двадцать фактов о землетрясениях и тектонике. часть II

19.03.2024
264

Продолжаем подборку фактов о землетрясениях и их изучении. В этой части рассказываем о не совсем обычных сейсмических событиях, а также об основной парадигме геологии XX-XXI столетия — теории дрейфа литосферных плит, или плейт-тектонике.Начало — в части 1.

12. Ледотрясения

McMurdo Antarctic station
Антарктическая станция Мак-Мердо (McMurdo Station). Matthias Wietz.

В Антарктике и Гренландии сейсмическим толчкам может быть подвержена не только земная кора, но и ледяной покров — так возникают ледотрясения. Эти сейсмические события ещё называют криосейсмами. Они похожи на «обычные» землетрясения, но возникают в пределах толщи льда, мощность которой достигает нескольких километров. Такие явления, возможно, даже более частые по сравнению с антарктическими землетрясениями, но и значительно слабее. Их регистрируют на сейсмографах, в частности, на станции на Южном Полюсе, а некоторые полярники даже утверждают, что ощущали их. Из-за слабости таких толчков сложно определить места их возникновения: сейсмосигнал не регистрируется на достаточно большом количестве станций для пеленга. Ледотрясения возникают при быстром замерзании подтаявшего льда: при замерзании объём воды увеличивается, и новый лёд разрывает поверхность ледника. Ледотрясения могут возникать и на космических телах. Так, планетологи ожидают зафиксировать их на ледяном спутнике Сатурна Энцеладе — они должны возникать из-за сильного приливного воздействия Сатурна, в частности, вдоль «тигровых борозд» — видимых на снимках длинных трещин в ледовом покрове.

13. Лунотрясения, марсотрясения,…

Martian InSight seismometer
Марсианский сейсмометр — станция InSight.

Лунотрясения встречаются реже, а их магнитуда в среднем значительно меньше, чем у землетрясений. Кроме того, как считается, большинство из них вызываются другими механизмами. На Луне в нашу эпоху почти нет тектонической активности, и большая часть лунотрясений возникает из-за приливного взаимодействия вещества Луны с Землёй. Их гипоцентры располагаются на значительной глубине — около 700 км, то есть примерно на половине расстояния между поверхностью и центром Луны. Есть и «обычные» лунотрясения тектонического происхождения, а также сейсмособытия, связанные с падением крупных метеоритов. Информация о лунотрясениях поступала благодаря небольшой сети сейсмометров, развёрнутых станциями «Аполлон» в 1969-1972 году в местах их посадки — эта сеть работала до 1977 года.

Марсотрясения тоже значительно слабее землетрясений и вызываются как слабой тектоникой Марса, так и падением метеоритов. Самое сильное зарегистрированное марсотрясение (сентябрь 2021 года) имело магнитуду 4,2 — см. об этом отдельную статью. В отличие от Луны, в распоряжении планетологов находится только один марсианский сейсмометр — станция InSight.

14. Цунами

Great Wave of Kanagawa
Кацусика Хокусай, «Большая волна в Канагаве» (1820-е годы).

Цунами — серия катастрофических волн, которые периодически обрушиваются на побережья океанов. Они возникают, как правило, из-за землетрясений с эпицентром в океане. В результате смещения земной коры под водой в движение приходит несколькикилометровая толща воды от дна до поверхности. Эта масса воды распространяется в разные стороны от эпицентра со скоростью несколько сотен км/час, рано или поздно достигая суши. Высота такой волны в открытом океане незначительна — порядка 0,5 метра, и определить, что эта волна именно цунами без специальных приборов нельзя — в океане цунами практически не выделяется на фоне обычных волн. Но в отличие от морских волн, которые распространяются в поверхностном слое воды, цунами гонит к берегу всю массу воды до дна. При входе на мелководье высота такой волны увеличивается до десятков метров, и последствия для береговой инфраструктуры часто бывают плачевными. Во многих случаях масштаб ущерба от землетрясения оказывался значительно меньше, чем от сопутствующего цунами.

15. Плиты и границы

Места возникновения землетрясений распределены на Земле очень неравномерно. Так же неравномерно распределены вулканы. Но если отложить на карте сразу две эти группы объектов — вулканы и эпицентры землетрясений, например, за последние 50 или 100 лет, то даже неискушенные в геологии читатели сразу подметят закономерность.

earthquakes and volcanos location and lithospheric plates boundaries
Зоны землетрясений и извержений вулканов и границы литосферных плит.

А именно, поверхность Земли разделяется на несколько крупных стабильных регионов, в которых землетрясений и вулканов очень немного. Эти участки по размерам сравнимы с земными континентами. Напротив, на их границах располагаются узкие неустойчивые области, в которых и сосредоточен основной массив наших точек. Это достаточно очевидное наблюдение и привело к концепции литосферных плит — относительно спокойных участков земной коры, на границах которых и происходят основные геологические катаклизмы. Речь здесь не только о землетрясениях: можно заметить, что крупные горные массивы часто (но далеко не всегда) также располагаются в таких пограничных зонах. Все эти явления вызываются перемещением плит друг относительно друга. Это можно себе представить, как крупные глыбы льда на реке или озере, которые во время ледохода сталкиваются, скользят или налезают друг на друга — торошение льда. Геологи выделяют семь крупных литосферных плит и семь малых. Крупные плиты, как правило, содержат целый континент, но их границы простираются значительно дальше его береговой линии. Они и называются по «своим» континентам — есть плиты Африканская, Евразийская, Антарктическая и т. д. Мелкие плиты располагаются обычно в пределах океанов или возле их границ, в частности, несколько таких плит есть в Тихом океане. Сам Тихий океан окружает так называемое «Огненное кольцо» из таких неустойчивых границ, и в этом кольце зарождается почти 80% всех землетрясений.

16. Литосферные плиты движутся? (плейт-тектоника и суперконтиненты)

Оказывается, литосферные плиты не только смещаются, но за сотни миллионов лет могут путешествовать по поверхности Земли на тысячи километров. По крайней мере, так считает современная концепция тектоники — мобилизм, или плейт-тектоника («тектоника плит»).

Идея о том, что континенты могут перемещаться, может возникнуть при взгляде на карту мира — ещё во времена Великих географических открытий заметили, например, что контуры западного побережья Африки и восточного Южной Америки повторяют друг друга. Может ли быть, что они раньше составляли единый континент и в результате каких-то катаклизмов (например, Всемирного Потопа) разделились? Об этом задумались ещё в XVII веке. Первым научную теорию дрейфа континентов предложил в 1912 году метеоролог А.Вегенер. Он опирался не только на вид береговой линии, но и на схожесть геологических комплексов и ископаемых растений и животных на двух континентах. Теорию Вегенера геологи тогда не приняли: было непонятно, за счёт какой силы могут перемещаться континенты. Только в 1960-х годах эта идея получила признание, только с существенным уточнением: видимо, перемещаются не сами континенты, а литосферные плиты, на которых они расположены.

Snider-Pellegrini Opening the Atlantic
Гипотеза дрейфа материков — рисунок из книги XIX века.

На геологических промежутках времени плиты могут собираться вместе, образуя суперконтиненты, или дробиться. Так, последний из таких суперконтинентов — Гондвана, он включал современные континенты южного полушария (Австралию, Антарктиду, Южную Америку и Африку, а также полуостров Индостан) и распался в меловом периоде 100-150 миллионов лет назад.

Скорость перемещения плит — несколько сантиметров в год, и её можно измерить при помощи GPS, изучая смещение специальных маячков на континентах. Модель дрейфа литосферных плит даёт единообразное объяснение многим вопросам строения земной коры. Например, в настоящее время Африканская и две американские плиты расходятся, образуя Срединно-Атлантический хребет — вдоль линии разлома на дне Атлантического океана происходят извержения базальтовой лавы и формируется молодая океаническая кора. С другой стороны, Индостанская плита — остаток Гондваны «наезжает» на Евразийскую, в результате чего образуется Гималайский хребет с самыми высокими горными вершинами. Аналогичное объяснение получает Тихо-Океанское Огненное кольцо: более тяжёлая океанская плита при столкновении с континентальной погружается под неё. Вулканы и очаги землетрясений возникают по линии соприкосновения двух плит — это являние называют субдукцией плит.

17. Или не движутся? (фиксизм и геосинклинали)

Tectonic plates
Литосферные плиты: семь больших и семь малых.

Часть геологов отрицает тектонику плит. По их мнению, перемещение плит на тысячи километров на протяжении геологической истории, а следовательно, формирование и распад суперконтинентов и подобные представления современной геологии лишены основания. Такая альтернатива теперь общепринятой концепции (мобилизму) называется фиксизмом. По наблюдениям, фиксисты в настоящее время в основном встречаются на постсоветском пространстве (хотя большинство российских геологов — всё же мобилисты).

Для объяснения многих процессов, в частности, горообразования, которые хорошо укладываются в парадигму плейт-тектоники, у фиксистов есть свой понятийный аппарат. Он использует представление о геосинклиналях — структурах, которые возникают при вертикальных перемещениях земной коры, то есть её поднятиях и опусканиях. Сторонники этой концепции не отрицают горизонтальные движения литосферных плит — но они выражают сомнения, что такие перемещения могут накапливаться, приводя к дрейфу континентов.

Нужно сказать, что для большинства прикладных вопросов геологии, например, для разведки месторождений, приверженность учёного фиксизму или мобилизму мало на что влияет. Тем более что на протяжении, скажем, современной геологической эпохи, или кайнозоя (65 миллионов лет) эти плиты не так уж сильно переместились, в чём и фиксисты, и мобилисты сходятся, хоть и по разным причинам.

18. Почему движутся плиты?

Pangaea
Суперконтинент Пангея в начале мезозоя (200 млн лет назад).

Литосфера, или внешняя твёрдая и хрупкая оболочка Земли (это земная кора и часть верхней мантии) располагается на слое астеносферы — более вязкой и пластичной «подложке» в верхней мантии. Согласно концепции плейт-тектоники движение литосферных плит на геологических промежутках времени и происходит по такой «смазке». Механизм перемещения, по-видимому, связан с мантийными плюмами — конвекционным перемещением массы вещества Земли из-за наличия горячего ядра. Подробнее про плюмы и их связь с тектоникой можно прочитать в недавней статье. Вязкость астеносферы также объясняется нагревом от ядра. Литосферу и астеносферу можно представить как разные сегменты горящей свечки: близко к зажжённому фитилю парафин размягчён, и свечку в этом месте легко деформировать, а дальше от огня он твёрдый и хрупкий. Когда планета станет старше, ядро постепенно остынет, и тектонические движения замедлятся или вообще прекратятся. Вероятно, это и произошло в геологическом прошлом на Марсе, сейчас практически лишённом тектоники.

19. Меняют день, толкают земную ось?

Earth inner structure
Внутреннее строение Земли.

Крупные землетрясения могут изменять продолжительность суток на Земле. Это происходит из-за перераспределения вещества планеты. При этом изменяется её момент инерции — распределение массы в зависимости от расстояния до оси вращения. Такие изменения даже для катастрофических землетрясений выражаются микросекундами, но при помощи атомных часов их можно зафиксировать. Так, землетрясение 2004 года на Суматре магнитудой 9,1, согласно расчётам, привело к сокращению суток на 6,8 микросекунд. В силу этого же механизма землетрясения могут также привести к смещению земной оси на несколько сантиметров. Точно определить «вклад» конкретного землетрясения сложно, поскольку продолжительность земных суток постоянно изменяется в силу множества других факторов. Например, из-за взаимодействия с Луной сутки становятся длиннее (Земля вращается медленнее) примерно на 20 микросекунд в год. Подробнее об этом можно прочитать в этой статье на сайте.

20. Чем полезны землетрясения?

Землетрясения — неизбежное явление, как неизбежны, например, грозы. Землетрясения сопровождают перемещение литосферных плит и служат для снятия накопившихся напряжений между блоками земной коры. А тектоника плит является необходимым элементом геологической эволюции. Перемещение плит способствует циркуляции вещества на Земле. Например, при столкновении плит образуются горные массивы. В результате эрозии они постепенно разрушаются, а материал горных пород сносится в водоёмы и принимает участие в геохимическом цикле; так формируется и плодородный слой почвы. Из-за тектонических движений современный рельеф на Земле не старше нескольких миллионов лет. В частности, большинство метеоритных кратеров на планете давно уничтожено процессами горообразования или засыпано более поздними отложениями, и их можно найти только по косвенным признакам. На Марсе и Луне из-за отсутствия тектоники рельеф почти не меняется в течение миллиардов лет, и следы ударов метеоритов остаются видимыми, а по плотности кратеров в той или иной области можно судить о геологическом возрасте этого участка поверхности. Поэтому тектоника, и в частности землетрясения — признак того, что планета жива.

Tingvellir rift valley in Iceland
Рифтовая долина в Исландии вдоль Срединно-Атлантического хребта возникла из-за расхождения (дивергенции) Евразийской и Северо-Американской литосферных плит. Рифт долины Тингвеллир (Þingvellir) разрастается со скоростью около 1 сантиметра в год.

ИСТОЧНИК: XXII век https://22century.ru/popular-science-publications/earthquakes-tectonics-facts-part2

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *