big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

О землетрясениях обвального типа

Землетрясения безусловно относятся к весьма сложному типу проявления тектонической активности и не может быть сомнений в том, что причины и энергетические источники землетрясений многообразны. Поэтому нет и не может быть рецепта, который позволил бы объяснять все и всякие землетрясения. Рассмотрим те из них, которые связаны с воздействием воды на вещество земной коры.

Из представлений, которые развиваются в данной работе, можно сделать выводы, что тектоническая активность земной коры должна вызываться вертикальными движениями отдельных ее блоков, облегчаемых эрозией или нагружаемых осадочными породами.

Как уже было показано, существует круговорот глубинной части воды и круговорот твердого вещества. Учет процессов, осуществляющих эрозию, выщелачивание и перенос вещества земной коры, позволяет понять некоторые специфические особенности землетрясений, происходящих в верхних слоях земной коры. Следует остановить внимание на том, что гипоцентры землетрясений в подавляющем числе случаев лежат на весьма малых глубинах. Так, очаги большинства южноитальянских землетрясений находятся на глубине 4—5 км. Очаги землетрясений в Средней Азии на 80% лежат на глубинах 0—10 и 30—40 км. В Японии 75% очагов землетрясений находится на глубине менее 50 км. В Италии за период 1897—1910 гг. более 90% сейсм исходили из глубины менее 8 км.

Взаимодействие гидросферы и литосферы нарушает равновесное состояние отдельных участков коры именно на этих глубинах, вызывая как восходящие, так и нисходящие их движения.

Как уже было рассмотрено в главе о круговороте твердого вещества, поверхность суши, особенно горные области, подвергаются интенсивной эрозии, что ведет к появлению отрицательных аномалий силы тяжести и к восходящим движениям облегченных участков горных областей. При этом неравномерный смыв отдельных участков суши приводит к неравномерному воздыманию их.

Неравномерное во времени и по поверхности горной местности воздымание отдельных участков земной коры приводит к землетрясениям. Постоянное уменьшение массы горных областей, вызывающее постоянное же воздымание их, приводит к повторению землетрясений в одних и тех же частях материков. Частота повторения таких землетрясений определяется главным образом интенсивностью эрозионных процессов. Однако причиной этих землетрясений является уменьшение веса участка земной коры не только вследствие выветривания и речного сноса суспензии поверхностного материкового вещества, но и вследствие растворения части вещества внутренних слоев земной коры. Так, чистая вода растворяет хлористые и сернокислые соли и карбонаты щелочных металлов, а вода, содержащая двуокись углерода, растворяет карбонаты и разлагает силикаты. Присутствие в воде кислорода еще больше усиливает ее растворяющую способность.

Поэтому длительное проникновение воды, особенно содержащей двуокись углерода, кислород, а также продукты разложения органического вещества, может привести к разложению и растворению не только карбонатов, но даже таких пород, как гранит, от которого остаются лишь зерна кварца.

Интенсивность растворения и выноса продуктов разложения определяется как составом пород, так и количеством проникающей воды, температурой и давлением в слоях, где происходит выщелачивание. Кроме того, что такое выщелачивание глубинных слоев пород уменьшает вес данного участка коры, чем вызывается дальнейшее воздымание участка и связанное с этим землетрясение, оно может объяснить специфические особенности землетрясений с большим числом относительно быстро повторяющихся толчков.

К такого рода землетрясениям, по нашему мнению, относится Ташкентское землетрясение 1966 г., когда на протяжении года было зарегистрировано свыше 700 толчков, в том числе около десяти семибалльных. Особенностью таких землетрясений является и то, что их гипоцентры лежат на глубине, не превышающей 10 км, и что они повторяются на одних и тех же территориях через 50—100 лет.

Вопрос о механизме и причинах землетрясений такого рода еще не имеет окончательного решения. Трудно объяснить особенности таких землетрясений всплыванием вещества астенолитов из астеносферы уже потому, что, во-первых, землетрясение затрагивает чрезвычайно малую площадь, и, во-вторых, многократное повторение толчков через короткие, измеряемые неделями и месяцами, сроки никак не может найти объяснение в процессах дифференциации вещества мантии на глубине 100—400 км и в процессах всплывания легких масс к основанию земной коры, лежащей значительно ниже гипоцентров землетрясений. Нельзя объяснить такого рода особенности землетрясений и вертикальными — восходящими движениями участков суши в процессах горообразования. В Ташкенте после весьма большого числа толчков поверхность в эпицентре поднялась всего на полметра, при этом не произошло никаких видимых разломов и сдвигов, неизбежных при горизонтальных и вертикальных перемещениях отдельных участков земной поверхности.

Землетрясение происходило так, как будто в недрах земной коры последовательно происходили обвалы больших масс — вначале на глубине — 10 км, а затем все выше и выше, т. е. все ближе к поверхности.

Гипотезы происхождения извержений вследствие обвалов в подземных полостях раньше считались наиболее обоснованными.

По контракционной теории появление пустот под жесткой корой вследствие уменьшения объема расплавленного вещества при его затвердевании было совершенно естественным и даже неизбежным. Теперь такой механизм появления пустот под уровнем земной коры не может быть принят, тем более, что сами пустоты, насколько можно судить по глубине гипоцентров землетрясений, должны находиться не под земной корой, а в самой земной коре.

Образование пустот и связанных с ними землетрясений, вызываемых обрушениями кровли, в какой-то мере допускается и сейчас, но такие объяснения считаются пригодными лишь для некоторых частных случаев, которые приводят к землетрясениям, заканчивающимся такими провалами участков суши, какой произошел на оз. Байкал.

Наличие дренажной оболочки и постоянное проникновение к ней сквозь земную кору воды может подвести новую базу под гипотезу, объясняющую землетрясения с большим числом повторных толчков, как землетрясений, обусловливаемых обрушениями кровли глубинных пустот.

Интенсивность проникновения воды сквозь земную кору зависит прежде всего от гидростатического напора и проницаемости толщи пород. Гидростатический напор, в свою очередь, зависит от высоты столба жидкости над уровнем океана и от плотности растворов. Если гидростатический напор и плотность растворов не могут колебаться в широких пределах, то проницаемость толщи пород может сильно различаться по своей величине. В соответствии со степенью проницаемости в земной коре устанавливаются избранные пути движения глубинных вод к дренажной оболочке, в которых будет происходить усиленный вынос растворимых компонентов к дренажной оболочке.

Тепловой и материальный балансы круговорота вещества земной коры показывают, что на протяжении года в среднем сквозь земную кору проходит к дренажной оболочке ~150 км3 воды. При этом вода превращается в растворы минеральных веществ, имеющие концентрацию ~4%. Это значит, что из наиболее проницаемых, преимущественно возвышенных участков земной коры, площадь которых равна 30—40 млн. км2, ежегодно выщелачивается —6 млрд. т, или — 2 км3 вещества. Если же учесть и те растворы, которые циркулируют только в коре материков, то можно представить, что в отдельных участках коры могут происходить такие процессы выщелачивания, которые, действуя постоянно, способны создать на глубине 10 км и более области сильно разуплотненных пород, из которых, как, например, из известняков, вымыты наиболее растворимые компоненты с образованием карстовых пещер.

Заслуживает рассмотрения вопрос о том, может ли обрушение пород кровли в такие полости создавать толчки, равноценные крупным землетрясениям.

Энергия крупных землетрясений выражается величиной, равной 1024 — 1025 эрг. Такая энергия выделяется при обрушении 4—40 км3 пород с плотностью 2,5 г/см3 с высоты в 1 км. Так как некоторые многотолчковые землетрясения вначале имеют гипоцентры на глубине около 10 км, которые после 10—15 толчков поднимаются на 5—7 км, то можно принять высоту полости, в которую происходит обрушение, равной 100—500 м. Сама полость может быть горизонтальной, наклонной, вертикальной и другой самой неожиданной формы. Такие полости могут образовать систему пещер, т. е. особую форму глубинного карста. Прежде наиболее часто для объяснения землетрясений привлекалась гипотеза обрушений, но эти объяснения не получили признания, ибо не было гипотезы процессов

Схема многотолчковых землетрясений обвального типа

образования глубинного карста. Гипотеза о дренажной оболочке и о постоянном нисходящем движении водных растворов объясняет эти процессы.

Наличие достаточно обширных пустот в слоях земной коры на глубине 10—20 км и более дает необходимые основания для объяснения землетрясений с большим числом толчков, в том числе и с большим числом высокобалльных толчков.

Как показано на схеме (рис. 16), возможность многократных толчков следует из того, что обвал кровли, перекрывающей глубинную полость, может и, по-видимому, должен происходить не как однократный, а как многократный процесс.

Кровля, перекрывающая пустоту, находящуюся, например, на глубине 10 км, состоит, как правило, из большого числа слоев пород, обладающих различным составом, различной прочностью и различной мощностью. В соответствии с этим будет иметь место постепенное обрушение сначала самых нижних, а затем вышележащих слоев кровли. Конечно, каждое обрушение не может происходить так, чтобы вверху не оставалось множества мелких, не полностью обломившихся останцов. Последовательное обрушение мощных пластов, перерываемое многочисленными обрушениями относительно мелких останцов, и создает ту пеструю картину землетрясений, которая характерна для землетрясений с большим числом высокобалльных и множеством мелких и мельчайших толчков.

Для таких землетрясений может наблюдаться закономерная связь с интенсивностью приливной волны в литосфере, вызываемой притяжением Луны и Солнца и зависящей главным образом от положения Луны. Эта связь не обязательно должна наблюдаться только в период наибольших толчков; скорее число всякого рода толчков, если они вызываются обрушениями, должно увеличиваться и уменьшаться с ходом приливной волны и ее интенсивности.

Свидетельством в пользу выдвигаемого механизма землетрясений такого типа должно было бы быть наличие местных отрицательных гравитационных аномалий непосредственно в эпицентре землетрясений. Важной особенностью такой аномалии должно быть то, что ее значение остается неизменным на всем протяжении землетрясения, ибо количество вещества под эпицентром не увеличивается, а скорее даже уменьшается, так как некоторая часть воды, заполнявшей полость, будет вытеснена более рыхлыми породами.

Как видно из рис. 16, гипоцентры многотолчковых землетрясений должны подниматься с каждым крупным толчком все выше и выше. В конце концов, они могут завершаться обрушением участка дневной поверхности в эпицентре. Образовавшийся провал может быть заполнен водой, но ожидать, как иногда предполагают, возможность вулканических извержений при такого рода землетрясениях особых оснований нет. Если же землетрясения начинаются на глубине непосредственно у поверхности Мохоровичича, то при быстром повторении многих толчков вулканические извержения вполне возможны. Нет также оснований всегда ожидать провала верхнего слоя земной коры. Такой провал обязателен только в тех случаях, когда полость в результате выщелачивания образуется на относительно малой глубине, но тогда землетрясение необязательно должно иметь большое число толчков. Можно думать, что в некоторых случаях обвальное, многотолчковое землетрясение будет сопровождаться некоторым подъемом дневной поверхности. Это произойдет тогда, когда вытесняемая более рыхлыми породами вода не может уйти в стороны и создает давление, достаточное для поднятия кровли. Гипотеза о возможности и специфических особенностях землетрясений, вызываемых обрушением кровли глубинных полостей в земной коре, имела, по-видимому, одно единственное возражение, состоявшее в том, что не был известен всегда и повсеместно действующий процесс, вызывающий образование полостей в слоях земной коры. Движение воды в ее круговороте постоянно и так же постоянно вымывание компонентов, растворимых в ней при тех физико-химических условиях, которые господствуют в земной коре. Следовательно, есть все основания предполагать, что одной из постоянно действующих причин землетрясений рассматриваемого вида является образование глубинных полостей с последующим обрушением слоев земной коры, находящихся в их кровле.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.