Полная версия

Главная arrow Экология arrow Науки о Земле

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Геологические катастрофы в истории Земли

Падение метеоритов на Землю. На заре своего существования Земля подвергалась мощнейшей метеоритной бомбардировке, следы которой стерлись с ее поверхности благодаря активным геологическим процессам. Но, взглянув на Луну или Меркурий, можно представить себе, как выглядела поверхность Земли примерно 4,0 млрд лет назад. Эта бомбардировка сыграла очень большую роль в эволюции планеты, разогрев ее внешнюю оболочку. Крупные метеориты падали на Землю во все времена; сейчас известно примерно 200 достоверных так называемых астроблем, или «звездных ран», т. е. метеоритных кратеров, возрастом от 2,0 млрд лет в Африке до совсем молодых, например, в Сихотэ-Алине на Дальнем Востоке, возникших 12 февраля 1947 г. Столкновение метеорита с Землей, который может образовать воронку диаметром более чем в 100 км, как, например, Попигайский кратер в Восточной Сибири, - это катастрофа с колоссальными экологическими последствиями (рис. 18). А если метеориты попали в океаны? Разрушительные последствия огромных волн, возникающих при этом, даже трудно себе представить. Недаром массовое вымирание многих видов организмов на рубеже мелового и палеогенового периодов 65 млн лет назад, в том числе и динозавров, связывают с падением крупного метеорита, и, быть может, не одного, в районе современного полуострова Юкатан в Мексике (кратер Чик-скалуб).

На западе Северной Америки на огромных пространствах между меловыми и палеогеновыми отложениями, залегает слой пылевидного угля, богатый иридием. Предполагают, что он образовался из растительности, мгновенно уничтоженной тепловой волной. Образование этого слоя приурочено к рубежу в 65 млн лет и совпадает с эпохой массового вымирания биоты. А через миллион лет после этого среднегодовая температура на Земле повысилась на 10°. Результат столкновения метеорита диаметром в сотни метров с Землей равносилен

«ядерной зиме», сценарию последствий не совершившихся, к счастью, атомных бомбардировок, подробно разработанному российскими и американскими учеными.

Ударный фронт -^^Расплавленные породы

# Ударный фронт

'« .і*

___

__0

, - - . • V л V

->чв Ч'Л

/ V/ У? /г.

/АЧ

! Отраженная волна

?: *лу/; у • .у V.V.:::•; і: *Л *

Отраженная волна

Стадии образования метеоритного (взрывного) кратера

Рис. 18. Стадии образования метеоритного (взрывного) кратера:

д - III стадия -осаждение выброшенного грунта, заполнение воронки и окончательное формирование внешнего вида метеоритного кратера (1 - воронка, 2 - истинное дно, 3 - видимое дно, 4 - вал брекчии, 5 - лежачая синклиналь цокольного вала) (Короновский Н. В., 2001).

Осколок кометы Шумейкер-Леви, врезавшийся в июле 1994 г. в верхнюю атмосферу Юпитера, имел размер около 1 км в диаметре. Сила взрыва при этом соответствовала 250 млн т тринитротолуола (ТНТ), тогда как мощность всех бомб, взорванных за две мировые войны, не превышала 10 млн т ТНТ. Что бы случилось с Землей, столкнись она с таким обломком, страшно представить. В настоящее время в США (НАСА) и в России разрабатывается проект возможного отклонения орбит, приближающихся к Земле космических объектов, или их разрушения с помощью ядерных взрывов, но для этого надо точно знать орбиты астероидов за много месяцев до возможного их сближения с Землей. Кометы гораздо опаснее метеоритов, так как они из-за очень вытянутой орбиты могут появляться совершенно неожиданно.

Падение метеорита диаметром 10 км привело бы к выделению кинетической энергии, равной 2,6-10“ Дж или 6,2-10 т тринитротолуо; ла, нагреванию поверхности до 20 000 К, выбросу примерно 105 км' обломков пород из кратера, которые еще долго, в течение нескольких месяцев будут падать на Землю, как, впрочем, и материал метеорита, превратившийся в пыль и частично испарившийся. В результате удара колоссальной силы происходят шоковое нагревание атмосферы, уменьшение солнечной радиации и «удушье» фауны за счет оксидов азота, сокращение озонового слоя, выпадают кислотные дожди и совершается еще много негативных событий. Нельзя также исключить разрыв литосферных плит, инициирование мантийных плюмов -подъема более нагретой мантии, вулканических извержений, мощных землетрясений и т. д. Таким образом, падение крупных метеоритов на Землю могло приводить к очень крупным катастрофам, оказывающим влияние на геологическую среду огромных пространств поверхности планеты.

Извержения вулканов. Мощные извержения вулканов, происходящие одновременно или даже порознь, способны также приводить к природным катастрофам. Например, вулканические взрывы на острове Санторин в Эгейском море в XVI в. до н. э. привели к гибели миной-ской цивилизации, в том числе и на Крите.

Катастрофа в Эгейском море, случившаяся почти 3,5 тыс. лет назад, возможно, породила предание об Атлантиде, так красочно описанной еще Платоном. Гигантский взрыв вулканического острова Стронгили (что значит «круглый», греч.) уничтожил конус высотой до 2 км и образовал чашу - кальдеру (котел) - глубиной более 0,5 км и диаметром до 12 км (рис. 19). Выброшенная пемза и пемзовый туф покрыли оставшиеся склоны вулканического острова 50-метровым слоем, засыпав поселения, отрытые только в XX в. Греческий археолог Спиридон Маринатос в 60-е гг. XX в. раскопал город Акротири, в котором жило не меньше 30 000 жителей. Пепел Санторина, так теперь называется остров, найден во многих районах Восточного Средиземноморья, а на острове Крит обнаружены дома, засыпанные пеплом. Всего 7 см мощности некоторых видов пепла делают местность абсолютно не пригодной для сельского хозяйства. Радиоуглеродный анализ остатков древесины из-под пемзового туфа на Санторине дал цифры 1410 ±100 и 1559 ±44 лет до н. э.

1

О, М

Формирование кальдеры Санторина

Рис. 19. Формирование кальдеры Санторина:

1 - вулкан Стронгили до извержения в XV в. до н. э.; 2 - извержение вулкана в середине XV в. до н. э. и образование пласта пемзы до 50-100 м мощностью (заштрихован); 3 - проседание части вулкана и образование кальдеры диаметром 16—18 км и глубиной 0,5 км; 4 - формирование нового вулкана в центре кальдеры, последние извержения которого были в 1956 г. (Коронов-ский Н. В., 2001).

Таким образом, взрыв всего одного вулкана привел к экологической катастрофе в южной части Эгейского моря и гибели цивилизации.

Катастрофическим было извержение вулкана Везувий в августе 79 г. н. э., уничтожившее города Помпеи, Стабию и Геркуланум. На многие десятилетия плодороднейший и густонаселенный район Римской империи превратился в безжизненную мрачную, каменистую пустыню.

В 1883 г. произошли грандиозные взрывы вулкана Кракатау, расположенного в Зондском проливе. Начались они 22 мая, а 27 августа раздались кульминационные взрывы, гул от которых был слышен за 5000 км, а пепел поднялся на высоту в 30 км и держался в стратосфере несколько лет. Чудовищная волна цунами унесла 36 тыс. человеческих жизней. Извержения вулкана Эль-Чичон в 1982 г. в Центральной Америке и вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г. - это тоже природные катастрофы с большими экологическими последствиями. Так, после мощных взрывных извержений вулкана Эль-Чичон содержание озона в Северном полушарии упало на 1 %. Извержение вулкана Пинатубо в 1991 г., пожалуй самое мощное в XX в. на Земле, привело к выбросу 20 млн т диоксида серы, и приборы зарегистрировали уменьшение содержания озона в облаках, созданных взрывом. Кроме того, уменьшение озона фиксировалось в тропической стратосфере вокруг всего земного шара там, где сказывалось влияние взрывов Пинатубо.

В прошлом, когда мощность извержений была гораздо больше и количество одновременно действующих вулканов превышало современные показатели, гигантские облака вулканической пыли заволакивали небо, температура падала, на землю повсеместно выпадал толстый слой пепла, а в океанах при взрывах возникали огромные волны - цунами, которые, обрушившись на берега, сметали все на десятки километров в пределах низменной суши. Объемы извергнутой магмы колоссальны. Например, в 1912 г. вулкан Катмай на Аляске дал 15-16 км3; вулкан Мезама в Северной Америке 6,6 тыс. лет назад - 55 км3; вулкан Куччаро в Японии 32 тыс. лет назад - 150 км3; вулкан Таупо-Роторуа в Новой Зеландии 860 тыс. лет назад - 3000 км3 и т. д.

Периоды глобального усиления вулканической деятельности, известные в земной истории, довольно отчетливо совпадают с периодами общего похолодания и ледниковыми эпохами. Иными словами, вулканический пепел и туф, выброшенные в высокие слои атмосферы, способствовали уменьшению притока видимого солнечного света и инфракрасной радиации. Даже одно крупное извержение вулкана, например, в Северном полушарии, вызывает быстрое похолодание и снижение температуры на несколько десятых градуса, которая остается неизменной в течение двух лет. Таким образом, катастрофические извержения вулканов оказывают большое воздействие на природную обстановку.

Оледенения в истории Земли. Неоднократное образование крупных ледниковых покровов в пределах северной части России, Северной Америки и в горных областях Евразии - это тоже своеобразная природная катастрофа, только медленно развивавшаяся и вызывавшая изменения климата, морских течений, растительного и животного мира, многие виды которого исчезли, либо преобразились, приспособившись к суровым климатическим условиям.

20 000 лет назад в Северном полушарии было последнее покровное оледенение, занимавшее примерно 30 % поверхности суши (рис. 20), но ледники находились также и в акватории нынешних шельфовых морей Северного Ледовитого океана. Мощность ледяного покрова могла достигать 1,5-2,5 км.

Максимальное распространение ледникового покрова 20 тыс. лет назад (ранневалдайское оледенение)

Рис. 20. Максимальное распространение ледникового покрова 20 тыс. лет назад (ранневалдайское оледенение):

стрелки - движение льда; точки - приледниковые озера.

Сейчас трудно себе представить гигантские территории, покрытые ледяным покрывалом, отражающим солнечные лучи. Перед фронтом ледникового покрова формировались огромные озера, так как реки, текущие на север, подпруживались ледниковым барьером. В последние годы высказаны очень интересные идеи о периодических прорывах колоссальных масс воды из Арктического подледного озера, отделенного от океана ледяной перемычкой в проливе Фрама. Эти Евразийские гидросферные катастрофы были 12 тыс. лет, 10 тыс. лет и 7 тыс. лет назад, их следы отчетливо запечатлены на пространствах Евразии. А всего на Европейскую часть России за 2 млн лет ледники наступали 6 раз, причем максимальное оледенение (днепровское) достигало районов Днепропетровска и пространств южнее Воронежа. В это же время Североамериканские ледники занимали более 60 % суши.

Оледенения были и в далеком прошлом, в котором насчитывается до пяти криогенных эпох (рис. 21). Так, в каменноугольно-пермский период (360-250 млн лет назад) оледенение охватило Гондвану, так назывались соединенные в это время вместе материки Южного полушария. Между 460-410 млн лет назад, в ордовикское и силурийское время, фиксируются следы обширного оледенения в пределах южных материков, а на северных материках установлены и докембрийские оледенения (680-570 млн лет назад), и самые древние около 2,6-2,0 млрд лет назад. Причины периодически возникающих оледенений все еще неизвестны, хотя существует много гипотез, включая астрономические (изменение эксцентриситета орбиты Земли, прецессии ее оси), климатические (изменение состава атмосферы) и эндогенные, т. е. связанные с действием внутренних сил Земли и формированием ее рельефа.

К7 ^ ”

ш

рг 1

-

V !

=

Р3 1

«2

*1

1111

_____-1-

К

о_

А!*

  • 0.5
  • -1.5
  • -2,0
  • -2,5
  • —гО, млрд лет

Рис. 21. Основные криогенные ледниковые эпохи (черное) в истории Земли (Короновский Н.В.,

  • 2001).
  • 1.0

Следует признать, что сейчас мы живем в типичном межледниковом периоде с не очень теплым климатом и через 5-10 тыс. лет может начаться новый ледниковый период, тогда как последний так называемый «малый ледниковый период» (1500-1900 гг. н. э.), закончится всего лишь 100 лет назад. По расчетам, очередное похолодание наступит не ранее чем через 2500 лет.

Великие четвертичные оледенения вызвали формирование мощной криолитозоны, иногда называемой зоной «вечной мерзлоты», которая занимает в России более 60 % территории. В Северо-Восточной Сибири мощность многолетнемерзлых пород достигает нескольких сотен метров, а поверхностный слой, оттаивающий летом, составляет не более 1-2 м. Любая хозяйственная деятельность в таких районах сопряжена с большими трудностями и требует больших затрат.

Землетрясения - это природные геологические катастрофы, способные в одно мгновение унести десятки тысяч человеческих жизней. Спитакское землетрясение Армении в 1988 г. - 25 000 погибших; Ашхабадское в 1948 г. - 100 000 погибших; в Китае в 1920 г. - 200 000 погибших и в 1976 г. во время Ташкентского землетрясения - 250 000 погибших. Этот список можно продолжить.

Чтобы в горной породе образовался разрыв, напряжения должны превысить ее прочность. Любое землетрясение - это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва в горных породах на разной глубине. Максимальная глубина, на которую могут опуститься очаги или гипоцентры землетрясении, немного превышает 700 км. Деформация происходит скачкообразно, а излучаемые очагом землетрясения упругие волны распространяются в Земле во всех направлениях. Сейсмические волны фиксируются специальными приборами - сейсмографами, устанавливаемыми на поверхности Земли в специальных шахтах. Эпицентр землетрясения - это проекция на земную поверхность гипоцентра (рис. 22).

Очаг землетрясения и распространение сотрясений

Рис. 22. Очаг землетрясения и распространение сотрясений

в объеме породы:

а - область очага или гипоцентр; б - проекция гипоцентра на поверхность Земли - эпицентр; 8М - линии изосейст или линии равных сотрясений в баллах.

К сожалению, предсказать место и время будущего землетрясения не представляется возможным. Реально лишь приблизительно очертить на карте участки земной коры, где существует вероятность землетрясений определенной силы. Эта процедура называется сейсмическим районированием. Последние сильные землетрясения в Турции, Японии, в Китае и на Тайване, Южном Сахалине (г. Невельск) и многие другие заставляют обратить пристальное внимание на укрепление жилых зданий, мостов, эстакад и промышленных сооружений. К землетрясениям надо быть готовым.

Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах (табл. 3), характеризует степень сотрясения на поверхности Земли, которая зависит от глубины залегания его очага. Мерой общей энергии волн служит магнитуда (М) землетрясения - некоторое условное число, пропорциональное логарифму максимальной амплитуды смещения частиц почвы, эта величина определяется по результатам наблюдений на сейсмических станциях и выражается в относительных единицах. Самое сильное землетрясение имеет магнитуду не более 9. Например, весьма сильное землетрясение Японии 11 марта 2011 г. имело магнитуду 8,9-9. Остров Хонсю был смещен на 2,5 м к западу.

Землетрясения происходят в тектонически активных районах (см. рис. 13). К ним относятся зоны спрединга (расширения дна) во всех океанах, зоны субдукции (погружения океанических плит под материки) и зоны коллизии (столкновения) континентов. Альпийско-

Гималайский горноскладчатый пояс возник в результате столкновения (коллизии) Африкано-Аравийской и Индостанской литосферных плит с Евразийской, начавшегося 23 млн лет назад. Именно давлением Аравийской плиты на Кавказский регион с юга объясняются многочисленные землетрясения на Кавказе, гипоцентры которых закономерно приурочены к системе диагональных сдвигов и субширотных надвигов.

Таблица 3

Сейсмическая шкала (схематизировано)

Балл

Названые

землетрясения

Краткая характеристика

1

Незаметное

Отмечается только сейсмическими приборами

2

Очень слабое

Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя

3

Слабое

Ощущается лишь небольшой частью населения

4

Умеренное

Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен

5

Довольно

сильное

Общее сотрясение зданий, колебание мебели. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих

6

Сильное

Ощущается всеми. Картины падают со стен. Откалываются куски штукатурки, лёгкое повреждение зданий

7

Очень сильное

Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные постройки остаются невредимыми

8

Разрушитель

ное

Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются

9

Опустоши

тельное

Сильное повреждение и разрушение каменных домов

10

Уничтожаю

щее

Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов

11

Катастрофа

Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома совершенно разрушаются

12

Сильная

катастрофа

Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает

Другие типы катастроф. Катастрофические события в геологической истории происходили довольно часто. Это падение крупных метеоритов, гигантские извержения вулканов, сильные землетрясения, громадные подводные оползни, инверсии магнитного поля, быстрое повышение или понижение уровня мирового океана (эвстатические колебания), оледенения и другие события.

Когда говорится о геологической катастрофе, то следует иметь в виду, что она может быть растянута во времени и большей частью это не обязательно мгновенное событие, а скачок, происходящий с конечной скоростью. Например, таяние ледяного покрова мощностью в 1,5— 2 км всего за 10-15 тыс. лет приводит к подъему ранее прогнувшейся под тяжестью льда земной коры. На фоне длительности геологического периода в десятки миллионов лет, это, конечно, мгновенное событие. Непрерывное и медленное изменение в конце концов может привести к резкому скачку, катастрофе, что прекрасно показано в последнее время в математической теории катастроф.

За последние 10 лет конца XX в. уровень Каспийского моря поднялся почти на 2 м. Для всего побережья это явление стало настоящей катастрофой. Были затоплены огромные пространства низменной суши, разрушены населенные пункты, в городах подмыты набережные, здания, повысился уровень грунтовых вод и т. д. Однако в последние годы уровень моря стал опять понижаться. Почему происходит такое быстрое повышение уровня моря неизвестно, однако в недалеком геологическом прошлом, всего несколько миллионов лет назад, в раннем плиоцене уровень Каспия был на 0,5 км ниже современного, и вода находилась только в небольшом бассейне Южного Каспия, а устье Волги было в районе современного Баку. Из огромных по мощности (5-6 км) отложений этой дельты и добывают сейчас нефть.

Инверсия климатических состояний, влекущая за собой кризис в динамике гидросферы и атмосферы - это тоже катастрофа, как и чередование оледенений и парниковых состояний. Все это сильно влияет на геологические процессы, формирующие облик нашей планеты.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>