ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ, СВЯЗАННЫЕ С ГЛУБИННЫМИ ГЕОСФЕРАМИ ЗЕМЛИ

Явления, обусловленные внутренними тектоническими процессами развития Земли, называются эндогенными, а зарождающиеся и развивающиеся на поверхности Земли — экзогенными (рис. 5.1).

Классификация опасных природных процессов в литосфере

Рис. 5.1. Классификация опасных природных процессов в литосфере

ЗЕМЛЯ: ФОРМИРОВАНИЕ, ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ

Внутреннее строение Земли. Самая глубокая скважина в мире, расположенная на Кольском полуострове недалеко от Мурманска, прошла немногим более 12 км. Тем не менее мы много знаем о внутреннем строении Земли благодаря геофизическим методам исследований. Сейсмические волны как бы просвечивают Землю и дают представление о той среде, через которую они проходят, поскольку их реальные скорости зависят от упругих свойств и плотности горных пород. Изменения скорости сейсмических волн отчетливо показывают на неоднородность и расслоенность Земли. На основании скорости распространения сейсмических волн австралийский сейсмолог К.Э. Буллен (1906—1976) разделил Землю на ряд зон, дал им буквенные обозначения в определенных усредненных интервалах глубин, которые используются с некоторыми уточнениями до настоящего времени. Выделяются три главные оболочки Земли (рис. 5.2).

Схема строения геосфер Земли

Рис. 5.2. Схема строения геосфер Земли:

латинские буквы — слои (по К. Буллену); доля геосфер — в процентах, глубина залегания геосфер — в километрах

Земная кора (слой А) — верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6—7 км под глубокими частями океанов, до 35—40 км под равнинными платформенными территориями континентов и до 50—70 (75) км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами). В 1909 г. югославский сейсмолог А Мохоровичич (1857—1936) при изучении Балканских землетрясений впервые установил наличие этого раздела, носящего теперь его имя и принятого за нижнюю границу земной коры. Это мохоровичича граница, которую часто сокращенно называют границей Мохо, или М.

Мантия Земли распространяется до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия — слои В, глубиной до 670 км, и С — до 800—1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия — слой D до глубины 2700 км с переходным слоем D' — от 2700 до 2900 км. Эта граница названа именем немецко-американского сейсмолога Б. Гутенберга (1889—1960).

Ядро Земли подразделяется на внешнее ядро — слой Е — в пределах глубин 2900—4980 км; переходную оболочку — слой F — от 4980 до 5120 км и внутреннее ядро — слой G — до 6971 км.

Современные сейсмические исследования показывают, что мантия Земли построена сложнее, чем это предполагалось ранее, и в ней также намечаются более тонкие изменения свойств вещества. Так, например, большое значение имеет граница на глубине 670 км, отделяющая верхнюю мантию от нижней.

Очень важным оказывается распределение плотности внутри Земли. Несмотря на общее увеличение плотности с глубиной, наибольший скачок от 5,5 г/см3 до 9,9 г/см3 фиксируется на глубине 2900 км, т.е. на границе нижней мантии и внешнего ядра, что связывают с переходом силикатов мантии с ковалентной и ионной связью к металлическому состоянию вещества во внешнем ядре, хотя оно обладает свойствами жидкости. Принципиальное значение имеет некоторое понижение плотности в интервале глубин от 10—20 км под океанами и до 250—400 км под континентами. Этот слой, характеризуемый также и уменьшением скоростей сейсмических волн, может быть частично, но не более чем на 2% расплавлен. Он выделяется в астеносферный, т.е. «ослабленный» слой, выше которого располагается твердая (жесткость — 1024 Нм) и хрупкая литосфера. Наличие астеносферы создает возможность перемещения по ней литосферных плит. Разница эффективной вязкости литосферы — 1023 пуаз и астеносферы 1021—109 пуаз составляет 2—4 порядка.

Рассмотренные параметры свойств вещества Земли свидетельствует о том, что в целом вещество планеты, за исключением внешнего ядра, твердое. Тем не менее в этом твердом веществе возможны процессы медленного течения, о чем свидетельствует форма планеты, близкая к равновесной, а также процессы изо- стазии, т.е. уравновешенности блоков земной коры и мантии. Это течение, или конвекция, происходит очень медленно, однако определяет геологические процессы в земной коре, в частности перемещения литосферных плит. Наличию конвекции не противоречит высокая расчетная вязкость нижней мантии.

Вещественный состав оболочек Земли и земной коры. Сложной и неоднозначно решаемой является проблема химического и минерального состава оболочек Земли. Если о земной коре имеются данные, полученные из наблюдений в полевых условиях и отличающиеся достоверностью, то все, что залегает глубже, не выходит за пределы предположений и догадок.

Земная кора подразделяется на два резко различных типа. Земная кора континентов состоит из двух слоев: верхнего, сложенного гранитами и метаморфическими, т.е. измененными, породами и называемого гранитно-метаморфическим, и нижнего, близкого к базальтам и потому называемого базальтовым. В составе океанической коры отсутствуют гранитно-метаморфический слой и современные маломощные осадки, и осадочные породы непосредственно залегают на базальтовом слое, ограниченном повсеместно снизу поверхностью М.

Земная кора нашей планеты состоит из различных по своему происхождению горных пород: магматических, осадочных и метаморфических. Состав верхней мантии и более глубоких оболочек земного шара может быть установлен лишь предположительно. Так, ниже раздела М, вероятно, залегают породы, богатые Fe и Mg и обедненные к Si02. Далее в глубь мантии, по мере нарастания давления, должны наступать преобразования и переход пород в новые фазы, характеризующиеся более высокой плотностью. Судя по экспериментальным данным, предполагаемые фазовые переходы, отвечающие определенному давлению и температуре, хорошо коррелируются с увеличением скоростей сейсмических волн и рассчитанным давлением. Таким образом, вся мантия Земли состоит из твердого вещества — силикатов, испытывающих фазовые переходы по мере роста давления. Ядро Земли, как внешнее, так и внутреннее, должно состоять из сплава Fe — 90% и Ni — 10%, при этом во внешнем ядре допускается некоторая примесь серы, более легкого элемента. Минеральные и химические особенности вещества Земли убедительно свидетельствуют о ее расслоенности, истоки которой восходят к процессам формирования Земли из про- топланетного газопылевого диска.

Современная тепловая энергия Земли определяется кон- дуктивным теплопотоком через кору как континентального (49—60 мВт/м), так и океанического типов (50—65 мВт/м). Харакгеризуясь в среднем цифрой в 49—63 мВт/м. Конвективные теплопо- тери имеют локализованный характер и связаны с действующими вулканами, гидротермами на суше, в срединно-океанских хребтах и в горячих точках. Суммарные общепланетарные теплопотери составляют 49—84 мВт/м, по данным Б.Г. Поляка, или 4,2 • 1013 Вт/г, что равняется 1,3 • 10 эрг/г.

Земля непрерывно излучает тепло в космическое пространство, одновременно поглощая его от солнечной радиации. Основными источниками тепла являются эндогенные процессы гравитационной, или плотностной, дифференциации вещества, приливное взаимодействие Земли и Луны и распад радиоактивных элементов. Плотностная дифференциация идет на всех уровнях, начиная от границы между внутренним и внешним ядром и кончая магматическими очагами в верхних слоях земной коры. Тепловое поле отражает современное состояние геологической активности регионов, что напрямую связано с предшествующей историей их развития. Даже в пределах древних платформ, где тепловой поток весьма низок, его незначительные изменения хорошо кор- релируются с геологическим строением, позволяя довольно четко оконтуривать различные структуры, в том числе и погребенные под толщей отложений.

Тектоника литосферных плит — современная геологическая теория. В 1910—1912 гг. немецкий геофизик и метеоролог Л. JI. Вегенер (1880—1930) высказал предположение, что когда-то, в далеком геологическом прошлом, существовал один крупный материк, названный им Пангеей, т.е. общей Землей. Этот суперматерик раскололся, и континенты стали дрейфовать, удаляясь друг от друга, однако местами они, наоборот, сталкивались, образуя горные хребты. Основная идея теперь уже не гипотезы, а теории тектоники литосферных плит заключается в признании делимости верхней оболочки земной коры — литосферы, располагающейся над более пластичными и, возможно, частично расплавленным (не более 2%) слоем астеносферы. Толщина литосферы колеблется от 150 до 300 км под континентами и от 5—10 до 90 км — под океанами. Границы плит в настоящее время маркируются очагами землетрясений, а внутри плит землетрясений очень мало. В настоящее время выделяется семь больших и несколько мелких плит, между которыми различают два типа основных границ (рис. 5.3).

Один тип представлен расходящимися, или дивергентными, границами. В океанах эти границы располагаются в сводовой части срединно-океанических хребтов, где находятся глубокие ущелья —

Основные литосферные плиты (по В.Е. Хайну и М.Г. Ломизе) [32, с. 44]

Рис. 5.3. Основные литосферные плиты (по В.Е. Хайну и М.Г. Ломизе) [32, с. 44]:

/ — оси спрединга (дивергентные границы); II — зоны субдукции (конвергентные границы); III — трансформные разломы; IV — векторы «абсолютных» движений литосферных плит. Малые плиты: 1 — Аравийская; 2 — Китайская; 3 — Карибская; 4 — Кокос; 5 — Хуан-де-Фука;

6 — Филиппинская; 7 — Индокитайская; 8 — Охотская

Модель тектоники плит [25, с. 383]

Рис. 5.4. Модель тектоники плит [25, с. 383]:

  • 1 — осадочный слой; 2 — океаническая кора; 3 — континентальная кора; 4 — направление конвекции мантийного вещества;
  • 5 — очаги землетрясений рифты (рис. 5.4). Система рифтов имеет протяженность около 80 тыс. км и охватывает все океаны. Изучение очагов землетрясений показывает, что в рифтах развиты процессы растяжения.

Второй тип границ называется конвергентный, они характеризуют участки сжатия, столкновения и погружения тяжелой океанической коры под более легкую континентальную. Протяженность границ этого типа — около 60 тыс. км, особенно хорошо они выражены по периферии Тихого океана и в Альпийско-Гималайском горно-складчатом поясе. Очаги землетрясений в конвергентных зонах демонстрируют обстановки сжатия.

Существует еще один тип границ, названный трансформными разломами, имеющими прямолинейные очертания и в которых очаги землетрясений показывают условия сдвига. Такие трансформные разломы в изобилии пересекают срединно-океанские хребты и смещают их отрезки.

Литосферные плиты, включая в себя массивы как с континентальной, так и с океанической корой, испытывают непрерывное движение со скоростями от нескольких миллиметров до 15—18 см в год. Учитывая, что диаметр земного шара остается неизменным и все рассуждения о его сколько-нибудь значимом увеличении или уменьшении лишены доказательности, разрастание, или спрединг, океанического дна должно компенсироваться погружением, или субдукцией.

Вот, собственно, и весь механизм движения литосферных плит. Тектоника литосферных плит позволила объяснить практически все особенности геологического развития различных структур, понять, как рождается океаническая кора, куда она исчезает, как и почему происходит формирование вулканических толщ разного состава, как и где образуются горно-складчатые сооружения. Эта теория совсем по-другому, нежели предыдущие геологические концепции, позволяет объяснять палеогеографические особенности регионов, происхождение оруденения. Иными словами, тектоника литосферных плит контролирует основные геологические процессы и обладает глобальным характером.

Японские ученые С. Мару яма и Н. Фудзия высказали идею, что тектоника плит — это только определенный этап в развитии Земли. Эволюция нашей планеты может привести к ее охлаждению и, соответственно, к сжатию и формированию твердой, упругой планеты, как, например, Марс или, особенно, Меркурий. Внутренней энергии Земли хватит еще на несколько миллиардов лет, так что все еще впереди.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >