Процессы внутренней динамики Земли

В недрах Земли непрерывно происходят процессы, называемые внутренними, или эндогенными (греч. "эндон" - внутри). Среди них различают магматизм, метаморфизм и тектогенез.

Магматизм. Магматические процессы проявляются в перемещении из глубоких недр к земной поверхности расплавленной магмы (греч. "магма" - тесто). Различают поверхностный (эффузивный) и глубинный (интрузивный) магматизм.

П о в е р х н о с т н ы й м а г м а т и з м проявляется в форме вулканизма (лат. "вулканус" - огонь). Выделяют два типа вулканов - центральный и трещинный.

Вулканы центрального типа имеют форму усеченного конуса, образованного продуктами извержения (рис. 8). В центре вулкана расположено жерло (рис. 9, 5), соединяющееся непосредственно с вулканическим очагом (рис. 8,1). Через жерло извергаются магматические продукты. У поверхности жерло переходит в чашеобразную воронку - кратер (греч. "кратер" - глубокая чаша), образующийся в результате взрыва (рис. 8, 6). Нередко после извержения вулкана в верхней части вулканического очага возникает полость. В нее проваливается вершина вулкана, а иногда и примыкающая к нему местность. Такая обвалившаяся впадина называется кальдерой (исп. "кальдера" - большой котел). Размеры кальдер могут во много раз превышать размеры кратеров. Например, кальдера Кракатау имеет в поперечнике 7 км. В Японии известны кальдеры до 13-25 км.

Стенки древнего кратера представляют собой высокий вал, называемый "сомма" (рис. 8, 3). При следующем извержении вулкана на дне кальдеры образуется небольшой конус (рис. 8, 4). На его вершине располагается новообразованный кратер.

Продукты вулканических извержений представлены жидкими, твердыми и газообразными веществами.

Жидкие продукты вулканических извержений называются лавой (итал. "лава" - затопляю). Достигая земной поверхности, лавы теряют большую часть летучих компонентов и становятся более вязкими. По минеральному составу лавы разделяются на основные (базальтовые), средние (андезитовые) и кислые (гранитные, или риолитовые). От химического состава лавы в значительной степени зависят и ее физические свойства. Базальтовые (основные) лавы обычно более жидкие и высокотемпературные. Они текут со скоростью до 40-50 км/ч. Гранитные (кислые) лавы характеризуются повышенной вязкостью и малой текучестью. Их извержение сопровождается выделением огромного количества газов и выбрасыванием в атмосферу обломков твердых пород, встретившихся на пути их прорыва.

Твердые продукты вулканических извержений в зависимости от величины обломков подразделяются на пепел, песок, лапилли и бомбы. Пепел состоит из мельчайших частиц (менее 1 мм) лавы, вулканического стекла и других пород. Песком называются частицы лавы величиной от 1 до 5 мм. Лапилли (лат. "лапиллис" - камешки) - это пузырчатые или округленные обломки шлаков величиной до 1,5-3,0 см. Вулканические бомбы представлены крупными обломками лавы от нескольких сантиметров до 1 м и более.

В составе вулканических газов преобладают пары воды. В различных количествах присутствуют также углекислота, окись углерода, азот, водород, метан, хлор, фтор, газообразные соединения серы и бора, аргон и другие газы. По мере угасания активности вулкана и падения температуры состав газов изменяется.

Газы и пары воды с температурой выше 180С называются фумаролами (лат. "фумус" - дым). Поствулканические процессы также сопровождаются выделением газов. Газы с температурой 100-180 С, содержащие значительное количество сернистых соединений, называются сольфатарами (итал. "сольфатара" - серная копь). Газообразные смеси с температурой менее 100 С, в которых, кроме паров воды, преобладают углекислые газы, называются мофетами (итал. "мофета" - место зловонных испарений).

Обычно в качестве одного из "классических" примеров приводится извержение вулкана Мон-Пеле на о. Мартиника (Малые Антильские острова) 23 апреля 1902 г. Вулкан, возвышающийся в 10 км от города Сен-Пьер, стал проявлять активность с конца апреля. 8 мая в 7 ч 50 мин. утра раздались взрывы колоссальной силы. И на высоту более 10 км взметнулись мощные пепловые облака. Из кратера вулкана вырвалась плотная раскаленная черная туча газа и распыленной лавы. Она устремилась вниз по склону вулкана со скоростью 180 км/ч. Температура в огненной туче достигала 700 -1000 С. Туча толкала перед собой плотный сгусток горячего воздуха. Через несколько секунд он ураганом налетел на город Сен-Пьер, разрушил все дома. Еще через десять секунд город накрыла и сама туча.. Горячий газ мгновенно обжигал легкие. От удушья погибло 30 тысяч жителей Сен-Пьера. Спасся лишь один человек. Он сидел в подвале тюрьмы, и окошко его камеры было обращено в сторону, противоположную той, откуда надвигалась раскаленная черная туча.

После извержения 8 мая из жерла вулкана стал медленно выдавливаться купол, состоявший из раскаленной густой лавы кислого состава, имевшей температуру до 700-800 С. В середине октября 1902 г. На восточной стороне купола начал подниматься огромный лавовый обелиск, напоминавший по форме гигантский палец. Он рос со скоростью около 10 метров в сутки и достиг 900 м над уровнем кратера. В августе 1903 г. обелиск распался.

Подавляющее число современных вулканов центрального типа расположены в пределах трех основных вулканических поясов. Это - Атлантический, Средиземноморско-Индонезийский и Тихоокеанский вулканические пояса. На Земле насчитывается около 800 действующих вулканов центрального типа. Несколько тысяч вулканов, активных в минувшие геологические эпохи, считаются потухшими. Но некоторые из них неожиданно пробуждаются после нескольких веков "спячки".

В вулканах трещинного типа лавы изливаются из трещин, рассекающих земную поверхность. Обычно это очень жидкие текучие лавы базальтового состава. После застывания они принимают форму плоского горизонтального слоя, называемого покровом.

Такие излияния бурно происходили в минувшие геологические эпохи. Древние базальтовые покровы занимают огромные площади на земной поверхности. В России они распространены, например, в Красноярском крае (Тунгусская синеклиза) на территории около 1,5 млн. км². В Южной Бразилии, в районе реки Парана, базальтовые покровы проявляются на площади около 700 тыс. км². На полуострове Индостан площадь базальтов Деканского плато - около 650 тыс. км², а в Северной Америке, в районе рек Колумбии и Змеиной, - более 50 тыс. км² _.

Излияния базальтовых лав трещинного типа происходят и в современную эпоху. Например, на острове Исландия и в центральной части срединно-океанических хребтов. В Исландии в июне 1783 г. из трещины Лаки длиной 24 км хлынула жидкая базальтовая лава. Ее общий объем составил около 12 куб.км. Лава покрыла площадь 565 кв. км. Извержение Лаки, сопровождалось выбросом вулканического пепла и ядовитых газов.

В океанических водах базальтовые лавы образуют шаровую, или подушечную, отдельность. При излиянии горячей лавы на дно океанов морская вода разогревается до 350С. При взаимодействии растворенных в лаве химических веществ с водой образуется горячая серная кислота. Она растворяет минералы лав, вступая с ними в химические реакции. В результате возникают сульфиды - соединения серы с металлами. Выпадая в осадок, они создают конусообразные постройки, внутри которых реакции продолжаются.

Вдоль центральных частей таких "конусов", как по "трубам", к их вершинам поднимаются горячие растворы. Остывая, они освобождаются от сульфидов. Окрашенные в черный цвет растворы сульфидов образуют черные "облака". Поэтому их назвали "черными курильщиками". В таких конусах отмечено высокое содержание меди, свинца, цинка, золота и других металлов.

С вулканической деятельностью связаны проявления многих полезных ископаемых. Так, выделяющиеся при извержении вулканов и фумарол газообразные продукты способствуют образованию повышенных концентраций серы, борной кислоты, аммониевых солей, хлоридов натрия, железа, меди, цинка, окислов железа и меди, сернистого мышьяка, киновари и других минералов. Некоторые из них образуют крупные скопления. Например, месторождения самородной серы на Курильских островах, Камчатке, в Японии. Извержения вулканов сопровождаются выделением огромного количества тепла.

Г л у б и н н ы й м а г м а т и з м. Во многих случаях поднимающаяся из недр вверх магма остывает в различных горизонтах земной коры, не достигая поверхности Земли. Она образует различные по форме застывшие в коренных породах магматические тела, называемые интрузиями (лат. "интрузио" - внедрение). Этим же термином обозначается и процесс внедрения магматического расплава в земную кору.

Образовавшиеся на большой глубине очень крупные магматические тела площадью более 200 км² (рис. 9, 1) называются батолитами (греч. "батос" - глубина). Ближе к земной поверхности застывают дайки, жилы, лакколиты, лополиты, факолиты и силлы.

Дайка (англ. "дайк" - преграда) - это вертикальное (рис.9, 3) пластинообразное магматическое тело. Образуются дайки чаще всего путем заполнения магмой трещин. Подобные интрузии с непараллельным ограничением называются жилами.

Лакколит (греч. "лаккос" - яма, "литос" - камень) представляет собой караваеобразную интрузию (рис. 9, 2). Ее верхняя часть обычно выпуклая, нижняя - плоская. Вогнутые, чашеобразные пологие линзовидные магматические тела (рис. 9, 5) называются лополитами (греч. "лопас" - миска, "литос" - камень), а выпуклые (рис.9 ,6) - факолитами (греч. "факос" - чечевица). В качестве силл (англ. "силл" - порог) выделяются пластообразные магматические тела, внедрившиеся в горизонтально залегающие слои горных пород (рис. 9, 4).

В исходной магме содержатся в растворенном состоянии практически все химические элементы. В условиях больших давлений и высоких температур вязкость и подвижность магме придают пары воды и газообразные продукты (углекислота, сернистые, хлористые, фтористые и другие соединения, фтор, водород и другие газы) .

По мере приближения магматических расплавов к земной поверхности температура и давление понижаются. Вследствие этого из магмы в определенной последовательности выпадают различные минералы.

Согласно одной из гипотез, при понижении температуры расплава до 700 С начинают кристаллизоваться наиболее тугоплавкие безводные минералы. Такие, как оливин, пироксены, нефелин, апатит, полевые шпаты, гранат и др. Вместе с ними образуются рудные минералы (пирротин, пирит, магнетит, пентландит, ильменит, самородная платина и др.).

В интервале температур 600-400 С из магматического расплава кристаллизуются пегматиты - специфические светлые крупнозернистые породы. В их состав входят фтор, бром, хлор, вода и другие легколетучие компоненты. По данным академика А.Е.Ферсмана, в гранитных пегматитах присутствует около 300 минералов. Некоторые из них содержат ценные элементы - ниобий, тантал, литий, бериллий, рубидий, цезий, редкоземельные элементы и др.

По мере дальнейшего понижения температуры из магмы удаляются летучие компоненты. После кристаллизации значительной части расплава, при 500-350 С, видимо, одновременно существуют газ и жидкость. Такие растворы называются газо-водными, или пневматолито-гидротермальными (греч. "пневма" - газ, "гидор" - вода). В них содержится много летучих компонентов - H₂O, F, Cl, B, CO₂ и т.д. , являющихся переносчиками минералообразующих и рудообразующих веществ.

При пневматолито-гидротермальном процессе минералообразование осуществляется двумя путями. При взаимодействии растворов с твердыми вмещающими породами в последних растворяется часть собственных минералов. Они замещаются новыми минералами. Минералообразование происходит также в открытых трещинах и полостях. Так, в результате образования жил или при взаимодействии растворов с гранитными породами и сланцами возникают кварц, мусковит, топаз, а также касситерит, вольфрамит, берилл, молибденит, колумбит и др.

Метаморфизм. В определенных глубинных условиях, отличающихся от первоначальных условий образования горных пород, происходят необратимые изменения в их структуре, минеральном и химическом составе. Этот процесс называется метаморфизмом (греч. "метаморфоо" - превращаю). В результате проявления метаморфизма образуются отличные от исходных (прежних) горные породы, называемые метаморфическими породами.

Главные факторы метаморфизма - высокие температуры и давления, химическая активность воды, углекислоты, горячих растворов, содержащих ионы натрия, калия, кальция, фтора, бора и серы.

Различают два основных типа метаморфизма: региональный и локальный метаморфизм.

Р е г и о н а л ь н ы й м е т а м о р ф и з м охватывает большие площади и вызывается совместным действием повышения температуры и давления. Существенную роль играют и флюиды – вода и углекислота (СО₂), присутствующие в метаморфизуемых осадочных породах.

Л о к а л ь н ы й м е т а м о р ф и з м распространяется на ограниченную площадь и подразделяется на контактовый метаморфизм и динамометаморфизм.

Контактовый метаморфизм (лат. "контактус" - соприкосновение) связан с внедрением горячей магмы в относительно холодные осадочные толщи верхней часть земной коры. Магматический расплав подвергает осадочные толщи в зоне контакта тепловому и химическому воздействию. В результате этого происходит изменение минерального состава и структуры вмещающих горных пород. Магматические интрузии, в свою очередь, также изменяются под воздействием вмещающих пород. Характер контактных изменений зависит от температуры и состава магмы и вмещающих пород.

Преобразование горных пород под воздействием высокой температуры называется термометаморфизмом (фр. "термал" - теплый). Термальный контактный метаморфизм происходит при высокой температуре (850-1000 С) интрузивного тела и низком давлении. В этом случае горные породы перекристаллизовываются без существенного изменения химического состава исходной породы.

Контактовый метаморфизм, связанный с изменением химического состава пород вследствие значительного привноса и выноса вещества, называется метасоматическим (греч. "мета" - после, "сома" - тело) контактовым метаморфизмом. Причиной пневматолито-гидротермального метаморфизма являются пневматолито- гидротермальные растворы. Они вызывают изменение вмещающих пород при взаимодействии с ними летучих компонентов и горячих минерализованных растворов. В результате происходит замещение в них прежних минералов новыми. Высокотемпературные гидротермальные растворы, продвигаясь по порам и трещинам горных пород, производят гидратацию, окремнение, карбонатизацию, хлоритизацию и серитизацию первичных минералов.

Динамометаморфизм (греч. "динамис" - сила) - это изменение горных пород под влиянием высокого давления при сравнительно низкой температуре.

С метаморфическими породами связаны крупнейшие месторождения железа (Курская магнитная аномалия, Кривой Рог и др.), полиметаллов (меди, свинца, цинка и др.), редких металлов (месторождения шеелита, молибденита, оловянного камня и др.), золота и др. Многие метаморфические породы используются в качестве строительного материала. Например, мраморы, гнейсы, яшмы и др.

Предполагается, что и на очень больших глубинах в мантии Земли происходят глобальные метаморфические процессы. Это, например, описанный выше (гл. 1) переход базальтов в эклогиты на границе земной коры и мантии. В химическом отношении эти основные породы близки (табл. 3). Но минеральный состав и плотность их различны.

Таблица 3

Состав базальтов, эклогитов и перидотитов

(в весовых процентах)

Cостав	Базальт	Эклогит	Перидотит
SiO2 Al2O3 Fe3O3 FeO MgO CaO Na2O K2 O	49,9 16,0 5,4 6,5 6,3 9,1 3,2 1,5	49,9 14,5 3,8 9,1 8,9 11,5 2,5 0,7	43,9 4,O 2,5 9,9 34,3 3,5 0,6 0,2

В базальтах главные минералы представлены основными плагиоклазамии моноклинными пироксенами. Более плотные эклогиты состоят почти полностью из пироксена и граната. Плотность базальтов 2,9-3,0 г/см³, эклогитов - 3,4-3,6 г/см³.

Зоны скачкообразных фазовых изменений плотности вещества (без существенного изменения химического состава) предполагаются в мантии на глубинах 350-400 км и 650-700 км. На это, в частности, указывают результаты экспериментальных работ по физике высоких давлений. Они подтверждают, что в условиях огромных давлений и температур вещество за счет уплотнения упаковки молекул приобретает более компактную структуру.

Тектогенез. Тектоническими (греч. "тектоникос - относящийся к строительству) движениями называются перемещения отдельных блоков земной коры относительно друг друга. Различают колебательные, складкообразовательные и разрывные тектонические движения. Последние два типа выделяются как тектонические дислокации, или нарушения.

Колебательные движения. Земная поверхность постоянно попеременно то воздымается, то опускается. Каждое мгновение этого "дыхания" Земли незаметно глазу человека. Но длительные наблюдения подтверждают, что обширные участки земной коры, действительно, медленно поднимаются и опускаются относительно друг друга. Такие чередующиеся по знаку медленные вертикальные колебания земной поверхности называются колебательными, или вековыми, тектоническими движениями. Причины их кроются в глубоких недрах Земли. Возможно, они связаны с движением магматических расплавов. Некоторые исследователи связывают "вековые" колебания земной поверхности с влиянием лунно-солнечных приливов.

Изучение современных вертикальных движений земной коры показывает, что их скорость в среднем не превышает 1-2 см в год. То есть, за 1 млн лет может быть создан горный хребет, превышающий по высоте почти вдвое Гималаи. Установлено, что отдельные участки земной поверхности опускаются и поднимаются с различной скоростью. Например, в Японии за 1896-1928 гг. прибрежные части острова Хонсю погрузились в море до 70 мм, а центральные части опустились всего на несколько миллиметров.

С колебательными движениями связано перемещение береговой линии моря. Если прибрежный участок суши опускается, море переходит за береговую линию и наступает на сушу. Этот процесс называется трансгрессией (лат. "трансгрессио - переход). В случае поднятия суши, море отступает - регрессирует (лат. “регрессус" - обратное движение).

Существует мнение, что трансгрессии и регрессии моря вызываются не только колебательными движениями земной поверхности, но и изменением объёма воды Мирового океана или внутреннего водоема. Знаменитый австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) связывал такие медленные колебания уровня Мирового океана с изменением емкости океанических впадин и назвал их "эвстатическими" (греч. "эвстатис" - постоянный, спокойный) колебаниями. Установлено, что эвстатические колебания уровня Мирового океана происходят и вследствие возникновения или исчезновения материковых оледенений. Во время больших оледенений количество воды в океане должно было уменьшаться. Огромные массы ее связывались на суше в виде льда. Вследствие этого уровень Мирового океана понижался. Так, по оценкам, во время максимума последнего, четвертичного, оледенения уровень океана понижался более чем на 100 м. Таяние покровных ледников на материках, напротив, должно было значительно повысить уровень воды в морях и океанах.

Складкообразовательные (складчатые) движения создают необратимые изгибы пластов горных пород, называемые складками. Основой классификации складок является положение их изгиба. Существуют два основных вида складчатых дислокаций.

Если изгиб слоев обращен выпуклостью вверх (рис. 10, а), складка, называется антиклиналью (греч. "анти" - против, "клино" - наклоняю), прогнутая вниз складка (рис. 10, б) - это синклиналь (греч. "син" - вместе). Обычно они сопряжены друг с другом. В случае антиклинали крылья складки расходятся вверху от места изгиба в противоположные стороны. А у синклинали крылья сходятся вместе внизу у изгиба.

Основными элементами складок являются:

1) свод, или замок, - примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть антиклинальной складки;

2) мульда (нем. "мульде" - корыто) - примыкающая к линии перегиба пластов центральная часть синклинальной складки;

3) крылья - расходящиеся от перегиба вниз (в случае антиклинали) или вверх (в случае синклинали) боковые участки складки;

4) осевая плоскость - воображаемая плоскость, делящая угол между крыльями складки пополам;

5) ось складки - линия пересечения осевой плоскости с поверхностью Земли;

6) шарнир - линия пересечения осевой плоскости с поверхностью любого из образующих складку пластов;

7) ядро - внутренняя часть складки, прилегающая к осевой поверхности, сложенная в антиклиналях более древними слоями горных поро сравнительно с возрастом пластов, составляющих внешнюю часть складки, а в синклиналях – более молодыми.

Если спроецировать очертания складки на горизонтальную плоскость, то они имеют в плане различную форму. Протяженные складки называются линейными; укороченные (с отношением длины к ширине от 10 до 3) - брахиантиклиналями (греч. "брахис" - короткий) и брахисинклиналями . Складки округлой формы с примерно равновеликими осями называются куполами.

Кроме них выделяются флексуры – крутые изгибы, соединяющие разновысотные участки пологого залегания слоев и моноклинали - широкие участки наклонного залегания слоев.

Изначально пласты осадочных пород залегают горизонтально или полого. На вопрос - каким образом и под влиянием каких сил пласты сминаются в складки? - точного ответа нет. Несомненно одно: процесс формирования складок очень длителен. Он растягивается на тысячи и миллионы лет. В этом случае твердые и хрупкие горные породы, видимо, ведут себя как вязкая жидкость.

Разрывные движения связаны с нарушением сплошности (непрерывности) пластов горных пород. Они сопровождаются образованием трещин без смещения разделенных ими блоков и разрывов (со смещением). Поверхность, вдоль которой происходит разрыв и смещение одного участка земной коры относительно другого, называется "плоскостью разрыва". А смещенные блоки земной коры называются "крыльями". Смещения вдоль разрывов могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными.

Если одно крыло сместилось по отношению к другому вниз, разрывное нарушение называется сбросом (рис. 11, 1), если поднялось вверх - взбросом (рис. 11, 2). Перемещение блока горных пород вверх по полого наклоненной (до 45) поверхности другого блока называется надвигом (рис. 11, 4). В практике известны случаи, когда надвинутое крыло переместилось по пологой плоскости разрыва на расстояние до десятков километров. Такие пологие надвиги называются "тектоническими покровами", или "шарьяжами" (фр. "шарьяж" - перевозка).

Разрывы нередко достигают в длину сотни и тысячи километров. И в ширину - десятки километров.

Разрывное нарушение, при котором крылья смещаются в горизонтальном направлении, называется сдвигом (рис.11, 3). Если перемещено правое (со стороны наблюдателя) крыло, сдвиг называется правым, если левое - левым.

В случае опускания блока горных пород вдоль двух плоскостей разрывов (рис. 11, 5), образуется "грабен" (нем. "грабен" - ров). Если блок, наоборот, поднялся (рис. 11, 6), структура называется "горстом" (нем. "горст" - возвышенность). Грабены часто имеют вид узких вытянутых в длину впадин. Их называют рифтами (англ. "рифт" - расселина, ущелье). Грабеном (рифтом), например, является впадина озера Байкал, глубина которого достигает 1620 м. В грабенах расположены также озеро Балатон (Венгрия), Мертвое и Красное моря. Крупной системой грабенов являются Великие Восточно-Африканские озера - Ньяса, Руква, Танганьика, Киву, Альберта. Они рассекают Восточную Африку от устья реки Замбези через область Больших Африканских озер до Абиссинии.

Крупные разрывные нарушения, распространяющиеся на большую глубину и имеющие значительную длину, называют глубинными разломами. Например, активный разлом Сан-Андреас протягивается на 1000 км через всю Калифорнию от Калифорнийского залива на юге до города Сан-Франциско на севере. Изучение глубокофокусных землетрясений по периферии Тихого океана показало, что наиболее крупные - сверхглубокие разломы проникают в мантию Земли на глубину до 700 км.

Разрывные нарушения играют огромную роль в формировании залежей полезных ископаемых. Они служат путями, по которым движутся рудные растворы, нефть и горючие газы, пресные и минерализованные воды и т.п.

Землетрясения. Приборами - сейсмографами регистрируется около 100 тыс. слабых толчков в год. По всему земному шару за этот же период происходит около 100 сильных землетрясений. Землетрясения приводят к огромным разрушениям и человеческим. Некоторые из них уносили сотни тысяч человеческих жизней. Причиной землетрясений, по мнению ученых, являются быстрые смещения вдоль разрывов блоков земной. Участок земных недр, где происходит первичная подвижка земных масс, называется “гипоцентром” (греч. “гипо” - под, внизу; лат. "центрум"- центр круга ), "очагом", или “фокусом” (лат. “фокус” - очаг), землетрясения.

Землетрясения проявляются короткими подземными толчками. Они продолжаются от доли секунды до нескольких десятков секунд. Но этого бывает достаточно для того, чтобы произвести огромные разрушения на поверхности Земли.

Очаг землетрясения, в котором зарождается первый импульс колебания, – это определенный объем горных пород, подвергшихся разрушению. Отсюда начинают свой стремительный бег в разные стороны сейсмические (упругие) волны. Они передаются на сотни и тысячи километров. Подавляющее количество землетрясений приурочено к глубинам до 100-200 км. Наиболее близкие к поверхности очаги землетрясений располагаются на глубинах около 10 км. Глубокофокусные землетрясения зарождаются на глубинах до 700 км. Проекция "очага" на земную поверхность называется "эпицентром" (греч. "эпи" - на, над; лат. "центрум" - центр круга) землетрясения.

В очаге землетрясения высвобождается огромная внутренняя энергия Земли, достигающая 10¹⁵-10²⁵ джоулей (Дж). Интенсивность землетрясений в эпицентре на поверхности Земли первоначально оценивалась визуально по 12-балльной шкале, основанной на степени разрушения построек. При 1-2 баллах колебания почвы улавливаются только сейсмографами. 3-4 - балльное землетрясение ощущается людьми. При 5-ти баллах раскачиваются висячие предметы, дребезжат стекла, осыпается побелка в домах. 6-балльное землетрясение вызывает легкое повреждение зданий, появление трещин в штукатурке и т.п. При 7-ми баллах появляются значительные повреждения зданий. 8 баллов - большие трещины в стенах, падение карнизов; появление оползней и трещин на склонах гор. При 9-балльном землетрясении происходят обвалы во многих зданиях, обрушиваются стены, перегородки, кровля; в грунтах образуются трещины, в горах - обвалы, осыпи, оползни. 10-балльное землетрясение разрушает большинство зданий; образуются трещины в грунте (до 1 м шириной), обвалы, оползни и т.п. За счет завалов речных долин возникают озера. 11 баллов - многочисленные трещины на поверхности земли, вертикальные перемещения по ним, большие обвалы в горах; общее разрушение зданий. 12 баллов - сильное изменение рельефа, многочисленные вертикальные и горизонтальные перемещения по разломам; огромные обвалы и оползни; изменение русел рек, образование водопадов и озёр; общее разрушение всех зданий и сооружений .

Энергия, вызвавшая сейсмические колебания в очаге землетрясения, оценивается по шкале безразмерных величин (от 1 до 9), называемых магнитудами (лат. "магнитудо" - величина). Под магнитудой понимается логарифм отношения максимального смещения частиц грунта (в микрометрах = 10^-6 м) в сейсмической волне данного землетрясения (на расстоянии 100 км от пицентра) к смещению эталонного землетрясения, магнитуда которого условно принята равной нулю. Предложил эту шкалу японский ученый Т.Вадати и усовершенствовал в 1935 г. американский сейсмолог Ч.Рихтер. По имени последнего она получила название «шкала Рихтера». Оценка силы землетрясений в магнитудах более объективна, чем в баллах 12- балльной шкалы. Магнитуда 6 соответствует 6-9 баллам, 7-8 – баллам и 8-10 – 12 баллам 12- балльной шкалы интенсивности землетрясений.

Основные геологические структуры земной коры. Под геологической структурой понимаются обособленные участки земной коры, отличающиеся характером залегания слагающих их горных пород. В рельефе планеты крупнейшими структурами земной коры разного знака являются континенты и океанические впадины. Между ними существуют серьезные различия в строении земной коры и верхней мантии:

1) под континентами толщина земной коры составляет 35-80 км, под океанским дном 5-10 км;

2) в разрезе земной коры континентов выделяются "осадочный", "гранитный" и "базальтовый" слои; под океанами "гранитный" слой отсуствует;

3) "астеносфера" - слой, в котором мантийное вещество частично расплавлено, под материками залегает на глубине 150 км, под океанами – 15-150 км.

К числу крупных геологических структур континентов относятся платформы, горно-складчатые области, подводные окраины и кольцевые структуры.

Платформы (фр. "плат" - плоский, "форм" - форма) характеризуются пологим рельефом и рассечены крупными глубинными разломами. Обычно они имеют двухъярусное строение: осадочный чехол перекрывает более древний фундамент (рис. 12). Породы фундамента интенсивно смяты в складки, метаморфизованы. Осадочный чехол залегает на породах фундамента почти горизонтально со значительным угловым несогласием. Породы чехла образуют крупные пологие поднятия и прогибы, осложненные антиклинальными и синклинальными складками.

Области платформ с двухъярусным строением называются "плитами". Они возникают на месте выровненных эрозией складчатых областей, погрузившихся под уровень моря. К плитам относится, в частности, Туранская плита. Она охватывает обширные территории Закаспия. В областях длительного прогибания земной коры, например в Прикаспийской низменности, мощность платформенного чехла достигает 20 км.

В пределах плит различают тектонические структуры более низкого порядка, в первую очередь, антеклизы и синеклизы.

Антеклизы - это крупные пологие выпуклые тектонические структуры, осложненные сводами, впадинами, валами и прогибами. Синеклизы подобны им по внутреннему строению, но в целом являются вогнутыми структурами (рис.12). Своды - округлые или овальные в плане приподнятые структурные элементы. Они разделяются подобными по морфологии впадинами. Своды нередко осложняются валами - узкими и длинными цепочками антиклинальных поднятий, разделенных прогибами.

В течение геологической истории Земли платформы многократно покрывались сравнительно неглубокими морями. В периоды трансгрессий и регрессий в них создавались благоприятные условия для формирования месторождений фосфоритов, бокситов и других осадочных полезных ископаемых. В широко распространенных на платформах болотах и озерах накапливались бурые железные руды и угли.

Там, где фундамент не погружался под уровень моря, осадочный чехол отсутствует. И породы фундамента (граниты и др.) в настоящее время выходят на земную поверхность (рис. 12). Такие участки платформ с одноярусным строением называются щитами. Примерами щитов являются: Балтийский щит Русской платформы, Алданский щит Сибирской платформы, Канадский щит Северо-Американской платформы, Южно-Африканский щит и др. Возраст щитов составляет от 1,5 до 4,0 млрд. лет. Породы, слагающие щиты, возникли на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений.

Горно-складчатые области, или орогены (греч. "орос" - гора, "генезис" - происхождение), разделяют платформы, возвышаясь над ними. К орогенам приурочена большая часть вулканов. Здесь часты землетрясения. Горно-складчатые пояса имеют различный возраст. В течение длительного периода времени они разрушаются под воздействием выветривания и эрозии, и превращаются в молодые платформы.

Подводные континентальные окраины подразделяются в рельефе на пологий шельф (англ. “shelf“ - полка), где глубина моря медленно возрастает до 200 м, континентальный склон (c уклоном дна до 3-5) и океанское дно.

Специфическими тектоническими структурами в пределах материков являются линеаменты (лат. "линеаментум" - линия). Это – линейные или дугообразные элементы планетарного значения, связанные с зонами крупных глубинных разломов, рассекающих земную кору на протяжении многих сотен и даже тысяч километров. С помощью космической съемки линеаменты выявлены в области горных сооружений Тянь-Шаня, Кавказа, в Центральных Альпах, в районе плато Колорадо, в районе Невады, в области Южно-Африканского кристаллического щита и т.д. Примером может служить Урало-Оманский линеамент. Он протягивается от экватора до полярных областей России. Проходит вдоль Оманского залива, омывающего восточный край Аравийской плиты, к ирано-афганской и ирано-пакистанской границам, затем пересекает юг Туркмении и вдоль Урала доходит до Российского Заполярья.

Океанское дно занимает более 2/3 поверхности Земли. Основными структурами его являются обширные океанские котловины, срединно-океанические и другие горные хребты и глубоководные желоба.

В области глубоководных желобов, например Тихий океан, отделен от материков зонами сверхглубоких разломов, уходящих на глубину до 700 км.

Некоторые ученые отрицают существование принципиальных различий между земной корой континентов и океанов. Они полагают, что океанам присущи те же структуры, что и материкам. Большая часть океанской котловины сопоставляется с континентальными платформами. А срединно-океанические хребты - с горными системами суши.

Космическими снимками на континентах установленны "кольцевые структуры," сходные визуально с метеоритными кратерами, полученными на снимках Луны и Марса и называемыми ". Считается, что некоторые на земной поверхности образовались в результате столкновения астероидов и их осколков с Землей. Такие кольцевые структуры названы "астроблемами" (греч. "астрон" - звезда, "блема" - рана). На Земле известно более 170 астроблем. Треть из них находится в Северной Америке и четверть - в Европе.

При столкновении метеорита с Землей возникает ударная волна. Она дробит горные породы. Подсчитано, что при образовании кратера диаметром 30-80 км энергия метеоритного удара сопоставима с энергией катастрофических землетрясений. Но в отличие от них при ударе метеорита вся энергия выделяется мгновенно, за время в 10 тыс. раз более короткое. Согласно расчетам, в момент соударения с Землей возникает давление до 10 млн. атмосфер. Почти половина высвобождающейся энергии превращается в тепло. Температура в месте падения метеорита превышает 10 000 С. В результате горные породы оплавляются и частично испаряются. Возникают новые минералы, которые не могут появиться на Земле при обычных условиях.

Один из первых метеоритных кратеров установлен на Земле в конце ХIХ в. В штате Аризона (США) между городами Уинслоу и Флагстаф расположена чашеобразная котловина Метеор, имеющая 1220 м в поперечнике и 184 м глубиной. Она возникла около 50 тыс. лет назад при ударе железного метеорита, названного Каньоном Дьявола.

В кратере и вокруг него собрано более 30 т обломков метеоритного железа. Самый крупный из них весил более 639 кг. В измененных ударом метеорита песчаниках, слагающих плоскогорье, здесь впервые на Земле были обнаружены плотная и сверхплотная формы кремнезема. Обычно кремнезем (окись кремния - SiO₂) находится в земной коре в виде минерала кварца с плотностью около 2,65 г/см³. В Аризонском же кратере возникли два новых минерала - коэсит ( с плотностью 3,01 г/см³) и стишовит (4,35 г/см³). Для их образования требуется давление в 35 и 100 тыс. атмосфер соответственно. На поверхности Земли такие температуры и давления отсутствуют. По мнению ученых, указанные минералы могли появиться на земной поверхности только в астроблеме - древнем метеоритном кратере.

Самый древний из известных метеоритных кратеров на Земле - Суавъярви находится в Карелии. Его возраст около 2,5 млрд. лет. Диаметр - 16 км. Самый молодой - Стерлитамакский метеоритный кратер (Башкирия) образовался в результате падения метеорита 17 мая 1990 г. Вокруг кратера, имеющего диаметр около 10 м и глубину 5 м, собрано много обломков космического железа весом от долей грамма до 6,6 кг. По этим обломкам и размерам воронки кратера определили, что метеорит до удара имел в поперечнике около 1 м.

Одной из крупных кольцевых структур является кратер "Ришат" (Мавритания). Ее сфотографировали с американского пилотируемого космического корабля "Джемини" (1965 г.) и советского "Союз-9" (1970 г.). В 1969 г. было установлено, что около 39 млн. лет назад на севере Сибири в районе реки Попигай упал гигантский метеорит массой примерно 1 млрд. т. Он достигал в поперечнике 1-1,5 км. Здесь обнаружена огромная круглая котловина, глубиной полкилометра и в поперечнике достигающая ста километров.

Самый большой метеоритный кратер на Земле - Чиксулуб возник около 65 млн. лет назад в Мексике на полуострове Юкатан. Его диаметр - 180 км. Повидимому, тогда с Землей встретился астероид, имеющий в поперечнике примерно 10 км. Встреча Земли с таким астероидом, по расчетам, равнозначна взрыву миллиарда таких ядерных бомб, как бомба, уничтожившая в 1945 г. японский город Хиросиму.

На подходе к Земле астероид развалился на несколько обломков разного размера. Столкновение с ними оказало катастрофическое воздействие на жизнь на Земле. Гигантские взрывы вызвали землетрясения и воздушную ударную волну. Тепловое излучение сжигало все вокруг на десятки километров. Дым от пожаров, пыль и пар, выброшенные из кратеров, затмили Солнце. Это вызвало резкое долговременное похолодание. При образовании кратера Чиксулуб испарилось огромное количество ангидрита (сернокислого кальция). Вследствие этого на Землю выпал дождь из серной кислоты. На каждый квадратный километр поверхности планеты в среднем приходилось 1200 г кислоты.

Это вызвало гибель растений и животных на суше и в верхних слоях океанских вод. По мнению некоторых исследователей, именно с этой катастрофой связаны массовая гибель динозавров, летающих и плавающих ящеров, морских моллюсков, а также резкое сокращение разнообразия кораллов, фораминифер и других микроорганизмов, сильное изменение наземных растений и водорослей.

ммс