8. Методы изучения вертикальных и горизонтальных движений

Старейшим из методов изучения вертикальных движений яв­ляется водомерный метод, представляющий дальнейшее развитие идей Цельсия и Черского.

Начиная с 80-х годов прошлого столетия во многих портах ми­ра были установлены водомерные приборы — сначала рейки, за­тем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюде­ний за изменением положения уровня моря. Эти изменения, как отмечалось, обусловлены двумя причинами: 1) собственными, эвстатическими, колебаниями уровня Мирового океана, обязанны­ми изменению объема его водной массы или рельефа дна; 2) под­нятием или опусканием берегов. Алгебраическое суммирование результатов наблюдений по всем портам мира, где установлены водомерные приборы, показывает, что в последнее столетие про­исходит систематическое повышение уровня океана со скоростью примерно 1,2 мм/год. Оно вызвано скорее всего таянием леднико­вых щитов Антарктиды и Гренландии в связи с потеплением кли­мата Земли. Между тем регистрируемые изменения уровня име­ют, как правило, более высокие значения и различный знак, что указывает на решающее значение второго фактора—движений береговой суши. Очевидно, чтобы получить правильное представ­ление об амплитуде и скорости последних, надо вычесть (в случае опускания) или сложить с замеренной величиной эвстатическую компоненту — 1,2 мм/год.

Водомерные наблюдения ведутся не только на берегах океа­нов и морей, но и на крупных озерах и реках, где интерпретация их результатов не отличается от вышеизложенной.

Метод повторного нивелирования. По мере строительства же­лезных дорог появилась необходимость периодического высоко­точного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопас­ности движения. Повторное нивелирование выявило изменение, от­меток реперов со временем. Оказалось, что в большинстве случа­ев эти изменения нельзя объяснить деформацией поверхности за счет экзогенных явлений (просадка или выпучивание грунта), что они носят систематический характер, т. е. происходят в данном пункте с одним знаком, и что этот знак обычно совпадает со зна­ком той структуры, на которой репер расположен, Это привело к выводу, что основной причиной смещения реперов являются дви­жения земной коры и что, следовательно, результаты повторного нивелирования вдоль железнодорожных линий могут быть ис­пользованы для выявления современных вертикальных движений суши (рис. 4.1). При этом необходимо увязать между собой изме­рения вдоль различных линии и привязать их к уровню океана в портах, где ведутся водомерные наблюдения. Подобная обработка данных повторного нивелирования позволила составить карту современных движений европейской части СССР (1958, 1963 гг.), а затем и всей Восточной Европы (1971 г.). Карты эти были сос­тавлены под руководством Ю. А. Мещерякова.

Результаты изучения современных вертикальных движений обоими описанными выше методами показали, что они происхо­дят со скоростью от долей до несколько миллиметров, реже более 10 мм/год. В большинстве случаев, как отмечалось, знак движений согласуется со структурным планом, указывая па унаследованное развитие поднятий и прогибов; для Русской равнины такое соот­ветствие наблюдается примерно в 70% случаев. Тем не менее в ряде районов знак движений и структур не совпадает; так, При­каспийская впадина по данным нивелировок испытывает поднятие, а Урал с прилегающими районами— опускание (но относитель­ное {поднятие по сравнению с непосредственным обрамлением). Парадоксально то, что на Русской равнине местами, например в центральной части Украинского щита, скорость поднятий оказыва­ется не меньшей, чем на Кавказе, — более 10 мм/год. Если допус­тить, что поднятие здесь шло с такой скоростью хотя бы в течение всего последнего миллиона лет, оно должно было создать (без поправки на денудацию) горы высотой в 10 км! И вообще скорость современных движений оказывается минимум на один-два поряд­ка выше, чем измеренная методом анализа мощностей для движе­ний более отдаленного геологического прошлого, и на порядок выше, чем установленная геоморфологическими методами для но­вейших движений. Этот «парадокс скоростей» может иметь двоя­кое объяснение: 1) реальное ускорение вертикальных движений в новейшую и особенно современную эпоху и 2) вертикальные дви­жения имеют колебательный характер и истинное представление об их скорости может дать лишь алгебраическое суммирование за достаточно длительный промежуток времени. Современная эпоха действительно отличается высоким темпом вертикальных движе­ний, но все же это ускорение недостаточно для объяснения «па­радокса скоростей». Основное значение имеет, очевидно, колеба­тельный характер движений, который подтверждается рядом фактов; изменением знака движений в портах Каспия относитель­но одного из них, принимаемого за неподвижный, или реперов при проведении третьего тура нивелировок в Прибалтике и др.

Методы изучения горизонтальных движений

Основным методом изучения горизонтальных движений до не­давнего времени служили повторные триангуляции, которые вна­чале также проводились не в целях выявления тектонических сме­щений и лишь затем стали использоваться в этом направлении. В настоящее время вместо триангуляции производятся трилатерации, при которых измеряется длина не одной, а всех сторон тре­угольника. Особенно заметные горизонтальные смещения, как и вертикальные, обнаруживаются после крупных землетрясений.

Результаты изучения горизонтальных движений показывают, что; скорость их не уступает скорости вертикальных движений, а часто превосходит последнюю. При этом горизонтальные движе­ния имеют не колебательный, а направленный характер, чем и объясняется то, что их суммарная амплитуда за определенный ин­тервал времени намного превышает амплитуду вертикальных дви­жений. Так, на Гармском полигоне, расположенном на стыке Па­мира и Тянь-Шаня, за последние 40 лет смещение Памира в сторо­ну Тянь-Шаня происходило со скоростью около 2 см/год.

Однако заключение об устойчивом однонаправленном знаке го­ризонтальных движений не должно абсолютизироваться. В от­ношении ряда сдвигов установлено, что знак перемещения по ним изменялся во времени. Но такие изменения происходили через значительные промежутки времени, на несколько порядков пре­восходящие период наблюдений за современными движениями-. Особый интерес представляет выявление относительных сме­щений литосферных плит. Прежние попытки измерения этих сме­щений путем повторного определения географических координат для. пунктов, расположенных на разных континентах, обычным астрономическим методом были признаны недостаточно надежны­ми. В настоящее время используются для других, значительно бо­лее точных метода повторного измерения расстояния между от­даленными пунктами: 1) с помощью лазерных отражателей, уста­новленных па Луне или на искусственных спутниках Земли; 2) с помощью регистрации радиосигналов от квазаров (длиннобазовый радиоинтерферометрический метод). Точность определения отно­сительного смещения плит этими методами достигла порядка сан­тиметра в год. Поскольку, скорость смещения плит составляет обычно несколько сантиметров в год (для некоторых плит более 10 см/год; см. рис. 5.1), то данные, накопленные за несколько лет измерений, уже по крайней мере на порядок превосходят возмож­ную ошибку этих измерений. Такие данные уже получены (на­блюдения ведутся с 1979 г.), и результаты их обработки приведе­ны на рис. 4.2 и 4.3. Как видно из их сопоставления с кинемати­кой литосферных плит, определенной по новейшим линейным маг­нитным аномалиям в океанах, между ними наблюдается хоро­шая сходимость, подтверждающая реальность горизонтальных пе­ремещений плит, предполагаемых в теории тектоники литосфер­ных плит, и достоверность определения их направления и скорости по океанским магнитным аномалиям.

На основании изучения современных вертикальных и горизон­тальных движений установлено, что вся поверхность Земли охва­чена этими движениями, первые носят колебательный, а вторые — направленный характер. Поскольку скорость вертикальных дви­жений, замеренная в подвижных поясах и па континентальных платформах, оказывается соизмеримой, можно предполагать, что па платформах колебательный характер этих движений проявлен более отчетливо, чей в подвижных поясах, т. е. здесь они явля­ются более короткопериодическими. В подвижных поясах вертикальные движения также более дифференцированы по площади, т. е. сопряженные волны поднятий и опусканий уже, чем на плат­формах, а градиент движений, т. е. изменение скорости движений на единицу расстояния, - на порядок или два выше.

Помимо изучения вертикальных и горизонтальных смещений земной поверхности проводится изучение изменения ее наклонов специальными приборами — наклономерами, а также деформаций — деформографами. Последние представляют собой закреп ленные с двух концов кварцевые стержни, изменение длины которых и регистрируется.