Вопрос 1. Что такое земная кора?

Земная кора - внешняя твёрдая оболочка (кора) Земли, верхняя часть литосферы.

Вопрос 2. Какие существуют виды земной коры?

Материковая кора. Она состоит из нескольких слоев. Верхний - слой осадочных горных пород. Мощность этого слоя до 10-15 км. Под ним залегает гранитный слой. Горные породы, которые его слагают, по своим физическим свойствам сходны с гранитом. Толщина этого слоя от 5 до 15 км. Под гранитным слоем располагается базальтовый слой, состоящий из базальта и горных пород, физические свойства которых напоминают базальт. Толщина этого слоя от 10 до 35 км.

Океаническая земная кора. Она отличается от материковой коры тем, что не имеет гранитного слоя или он очень тонок, поэтому толщина океанической земной коры всего лишь 6-15 км.

Вопрос 3. Чем отличаются виды земной коры друг от друга?

Виды земной коры отличаются друг от друга толщиной. Общая толщина материковой земной коры достигает 30-70 км. Толщина океанической земной коры всего лишь 6-15 км.

Вопрос 4. Почему мы не замечаем большую часть движений земной коры?

Потому что земная кора движется очень медленно, и только при трениях между плитами возникают землетрясения.

Вопрос 5. Куда и как движется твёрдая оболочка Земли?

Каждая точка земной коры движется: поднимается вверх или опускается вниз, смещается вперёд, назад, вправо или влево относительно других точек. Их совместные передвижения приводят к тому, что где-то земная кора медленно поднимается, где-то опускается.

Вопрос 6. Какие виды движения характерны для земной коры?

Медленные, или вековые, движения земной коры - это вертикальные движения поверхности Земли со скоростью до нескольких сантиметров в год, связанные с действием процессов, протекающих в её недрах.

Землетрясения связаны с разрывами и нарушениями целостности горных пород в литосфере. Зона, в которой зарождается землетрясение, называется очагом землетрясения, а район, расположенный на поверхности Земли точно над очагом, - эпицентром. В эпицентре колебания земной коры особенно сильны.

Вопрос 7. Как называется наука, изучающая движения земной коры?

Наука, занимающаяся изучением землетрясений, называется сейсмологией, от слова «сейсмос» - колебания.

Вопрос 8. Что такое сейсмограф?

Все землетрясения чётко фиксируются чувствительными приборами, которые называются сейсмографами. Сейсмограф работает на основе принципа маятника: на любые, даже самые слабые колебания земной поверхности чувствительный маятник обязательно отреагирует. Маятник качнётся, и это движение приведёт в действие перо, оставляющее след на бумажной ленте. Чем сильнее землетрясение, тем больше колебания маятника и заметнее след пера на бумаге.

Вопрос 9. Что такое очаг землетрясения?

Зона, в которой зарождается землетрясение, называется очагом землетрясения, а район, расположенный на поверхности Земли точно над очагом, - эпицентром.

Вопрос 10. Где расположен эпицентр землетрясения?

Район, расположенный на поверхности Земли точно над очагом, - эпицентром. В эпицентре колебания земной коры особенно сильны.

Вопрос 11. Чем отличаются виды движения земной коры?

Тем, что вековые движения земной коры происходят очень медленно и незаметно, а быстрые движения коры (землетрясения) – быстро и имеют разрушительные последствия.

Вопрос 12. Как можно обнаружить вековые движения земной коры?

В результате вековых движений земной коры на поверхности Земли сухопутные условия могут сменяться морскими - и наоборот. Так, например, можно обнаружить на Восточно-Европейской равнине окаменевшие раковины принадлежавшие моллюскам. Это говорит о том, что там когда-то было море, но дно поднялось и теперь там холмистая равнина.

Вопрос 13. Почему возникают землетрясения?

Землетрясения связаны с разрывами и нарушениями целостности горных пород в литосфере. Большинство землетрясений возникает в районах сейсмических поясов, самый крупный из которых - Тихоокеанский.

Вопрос 14. В чём состоит принцип работы сейсмографа?

Сейсмограф работает на основе принципа маятника: на любые, даже самые слабые колебания земной поверхности чувствительный маятник обязательно отреагирует. Маятник качнётся, и это движение приведёт в действие перо, оставляющее след на бумажной ленте. Чем сильнее землетрясение, тем больше колебания маятника и заметнее след пера на бумаге.

Вопрос 15. Какой принцип положен в основу определения силы землетрясения?

Силу землетрясений измеряют в баллах. Для этого разработана специальная 12-балльная шкала силы землетрясений. Силу землетрясения определяют по последствиям этого опасного процесса, то есть по разрушениям.

Вопрос 16. Почему вулканы чаще всего возникают на дне океанов или на их берегах?

Возникновение вулканов связано с прорывом на поверхность Земли вещества из мантии. Чаще всего это происходит там, где земная кора имеет небольшую толщину.

Вопрос 17. Используя карты атласа, определите, где чаще происходят извержения вулканов: на суше или на дне океана?

Больше всего извержений происходит на дне и берегах океанов на стыке литосферных плит. Например, вдоль Тихоокеанского побережья.

Тектоническими называют движения земной коры, связанные с внутренними силами в земной коре и мантии Земли. Отрасль геологии , которая изучает эти движения, а также современное строение и развитие структурных элементов земной коры называетсятектоникой .

Крупнейшими структурными элементами земной коры являются платформы, геосинклинали и океанические плиты.

Платформы – огромные относительно неподвижные, устойчивые участки земной коры. Для платформ характерно двухъярусное строение. Нижний, более древний ярус (кристаллический фундамент) сложен осадочными породами, смятыми в складки, либо магматическими породами, подвергнутыми метаморфизму. Верхний ярус (платформенный чехол) почти целиком состоит из горизонтально залегающих осадочных горных пород.

Классическими примерами платформенных областей являются Восточно-Европейская (Русская) платформа, Западно-Сибирская, Туранская и Сибирская, занимающие огромные пространства. В мире известны также Северо-Африканская, Индийская и другие платформы.

Мощность верхнего яруса платформ достигает 1,5-2,0 км и более. Участок земной коры, где верний ярус отсутствует и кристаллический фундамент выходит непосредственно на наружную поверхность, называют щитами (Балтийский, Воронежский, Украинский и др.).

В пределах платформ тектонические движения выражаются в виде медленных вертикальныз колебательных движений земной коры. Слабо развиты или совсем отсутствуют вулканизм и сейсмические движения (землятресения). Рельеф платформ имеет тесную связь с глубинным строением земной коры и выражен главным образом в виде обширных равнин (низменностей).

Геосинклинали – наиболее подвижные, линейно вытянутые участки земной коры, обрамляющие платформы. На ранних стадиях своего развития они характеризуются интенсивными погружениями, а на заключительных – импульсивными поднятиями.

Геосинклинальные области – это Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, Памир, Гималаи, полоса Тихоокеанского побережья и другие горно-складчатые сооружения. Для всех этих областей характерны активные тектонические движения, высокая сейсмичность и вулканизм. В этих же областях активно развиваются мощные магматические процессы с образованием эффузивных лавовых покровов и потоков и интрузивных тел (штоков и др.). В Северной Евразии наиболее подвижным и сейсмически активным регионом является Курило-Камчатская зона.

Океанические плиты – крупнейшие тектонические структуры земной коры, составляют основу дна океанов. В отличие от континентов океанические плиты изучены недостаточно, что связано со значительными трудностями получения геологической информации об их строении и составе вещества.

Различают следующие главнейшие тектонические движения земной коры:

- колебательные;

- складчатые;

- разрывные.

Колебательные тектонические движения проявляются в виде медленных неравномерных поднятий и опусканий отдельных участков земной коры. Колебательный характер их движения заключается в изменении его знака: поднятие в одни геологические эпохи сменяется опусканием в другие. Тектонические движения этого типа происходят непрерывно и повсеместно. На земной поверхности нет тектонически неподвижных участков земной коры – одни поднимаются, другие опускаются.

По времени их проявления колебательные движения подразделяются на современные (последние 5-7 тыс.лет), новейшие (неоген и четвертичный период) и движения прошлых геологических периодов.

Современные колебательные движения изучают на специальных полигонах с помощью повторных геодезических наблюдений методом высокоточного нивелирования. О более древних колебательных движениях судят по чередованию морских и континентальных отложений и ряду других признаков.

Скорость поднятия или опускания отдельных участков земной коры варьируется в широких пределах и может достигать 10-20 мм в год и более. Например, южное побережье Северного моря в Голландии опускается на 5-7 мм в год. От вторжения моря на сушу (трансгрессии) Голландию спасают дамбы высотой до 15 м, которые постоянно надстраиваются. В тоже время на близко расположенных участках в Северной Швеции в прибрежной зоне отмечаются современные поднятия земной коры до 10-12 мм в год. В этих районах часть портовых сооружений оказалась удаленной от моря вследствие его отступания от берегов (регресии).

Геодезические наблюдения, проведенные в районах Черного, Каспийского и Азовского морей, показали, что Прикаспийская низменность, восточный берег Ахзовского моря, впдины в устьях рек Терека и Кубани, северо-западный берег Черного моря опускаются со скоростью 2-4 мм в год. Как следствие, в этих районах отмечается трансгрессия, т.е. наступление моря на сушу. Наоборот, медленные поднятия испытывают участки суши на побережье Балтийского моря, а также, например, районы Курска, горняе районы Алтая, Саян, Новая земля и др. Другие участки продолжают погружаться Москва (3,7 мм/год), Санкт-Петербург (3,6 мм/год) и т.д.

Наибольшая интенсивность колебательных движений земной коры отмечается в геосинклинальных областях, а наименьшая в платформенных областях.

Геологическое значение колебательных движений огромно. Они определяют условия осадконакопления, положение границ между сушей и морем, обмеление или усиление размывающей деятельности рек. Колебательные движения, происходившие в новейшее время (неоген-четвертичный период), оказали решающее влияние на формирование современного рельефа Земли.

Колебательные (современные) движения необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений типа водохранилищ, плотин, судоходных каналов, городов у моря и т.д.

Складчатые тектонические движения. В геосинклинальных областях тектонические движения могут существенно нарушать первоначальную форму залегания горных пород. Нарушение форм первичного залегания горных пород, вызванные тектоническим движением земной коры, называют дислокациями. Их подразделяют на складчаты и разрывные.

Складчатые дислокации могут быть в форме вытянутых линейных складок или выражаться в общем наклоне слоев в одну сторону.

Антиклиналь – вытянутая линейная складка, обращенная выпуклостью вверх. В ядре (центре) антиклинали залегают более древние слои, на крыльях складки более молодые.

Синклиналь – складка, аналогичная антиклинали, но направленная выпуклостью вниз. В ядре синклинали залегают более молодые слои, чем на крыльях.

Моноклиналь – представляет собой толщу слоев горных пород, наклоненных в одну сторону под одинаковым углом.

Флексура – коленообразная складка со ступенчатым изгибом слоев.

Ориентировку слоев при моноклинальном залегании характеризуют с помощью линии простирания, линии падения и угла падения.

Разрывные тектонические движения. Приводят к нарушению сплошности горных пород и разрыву их по какой-либо поверхности. Разрывы в горных породах возникают в тех случаях, когда напряжения в земной коре превышают предел прочности горных пород.

К разрывным дислокациям относят сбросы, взбросы, надвиги, сдвиги, грабены и горсты.

Сброс – образуется в результате опускания одной части толщи относительно другой.

Взброс - образуется при поднятии одной части толщи относительно другой.

Надвиг – смещение блоков горных пород по наклонной поверхности разлома.

Сдвиг – смещение блоков горных пород в горизонтальном направлении.

Грабен – участок земной коры, ограниченный тектоническими разрывами (сбросами) и опущенный по ним относительно смежных участков.

Примером крупных грабенов могут служить впадина озера Байкал и долина р.Рейн.

Горст – приподнятый участок земной коры, ограниченный сбросами или взбросами.

Разрывные тектонические движения часто сопровождаются образованием различных тектонических трещин, для которых характерны захват ими мощных толщ горных пород, выдержанность ориентировки, наличие следов смещений и другие признаки.

Особым типом разрывных тектонических нарушений являются глубинные разломы, разделяющие земную кору на отдельные крупные блоки. Глубинные разломы имеют протяженность сотни и тысячи километров и глубину более 300 км. К зонам их развития приурочены современные интенсивные землетрясения и активная вулканическая деятельность (например разломы Курило-Камчатской зоны).

Тектонические движения, вызывающие формирование складок и разрывов, называются горообразовательными.

Значение тектонических условий для строительства. Тектонические особенности района весьма существенно влияют на выбор места расположения различных зданий и сооружений, их компоновку, условия возведения и эксплуатацию строительных объектов.

Благоприятны для строительства участки с горизонтальным ненарушенным залеганием слоев. Наличие дислокаций и развитой системы тектонических трещин существенно ухудшает инженерно-геологические условия района строительства. В частности, при строительном освоении территории, с активной тектонической деятельностью необходимо учитывать интенсивную трещиноватость и раздробленность горных пород, которая снижает их прочность и устойчивость, резкое повышение сейсмической активности в местах развития разрывных дислокаций и другие особенности.

Интенсивность колебательных движений земной коры обязательно учитывают при строительстве защитных дамб, а также линейных сооружений значительной протяженности (каналов, железных дорог и пр.).

Земная кора только кажется неподвижной, абсолютно устойчивой. На самом же деле она совершает непрерывные и разнообразные движения. Некоторые из них происходят очень медленно и не воспринимаются органами чувств человека, другие, например землетрясения, носят обвальный, разрушительный характер. Какие же титанические силы приводят в движение земную кору?

Внутренние силы Земли, источник их происхождения. Известно, что на границе мантии и литосферы температура превышает 1500 °C. При этой температуре материя должна либо расплавиться, либо превратиться в газ. При переходе твердых тел в жидкое или газообразное состояние объем их должен увеличиваться. Однако этого не происходит, так как перегретые породы находятся под давлением вышележащих слоев литосферы. Возникает эффект «парового котла», когда стремящаяся расшириться материя давит на литосферу, приводя ее в движение вместе с земной корой. При этом чем выше температура, тем сильнее давление и тем активнее движется литосфера . Особенно сильные очаги давления возникают в тех местах верхней мантии, где концентрируются радиоактивные элементы, распад которых разогревает слагающие породы до еще более высоких температур. Движения земной коры под действием внутренних сил Земли называют тектоническими. Эти движения подразделяют на колебательные, складкообразовательные и разрывные.

Колебательные движения. Эти движения происходят очень медленно, незаметно для человека, поэтому их еще называют вековыми или эпейрогеническими. В одних местах земная кора поднимается, в других – опускается. При этом нередко поднятие сменяется опусканием, и наоборот. Проследить за этими движениями можно только по тем «следам», которые остаются после них на земной поверхности. Например, на побережье Средиземного моря, близ Неаполя, находятся развалины храма Сераписа, колонны которого источены морскими моллюсками на высоте до 5,5 м над уровнем современного моря. Это служит безусловным доказательством того, что храм, построенный в IV в., побывал на дне моря, а затем произошло его поднятие. Сейчас этот участок суши вновь опускается. Нередко на побережьях морей выше их современного уровня находятся ступени – морские террасы, созданные когда-то морским прибоем. На площадках этих ступеней можно найти остатки морских организмов. Это свидетельствует о том, что площадки террас когда-то были дном моря, а затем берег поднялся и море отступило.

Опускание земной коры ниже 0 м над уровнем моря сопровождается наступлением моря – трансгрессией, а поднятие – его отступлением – регрессией. В настоящее время в Европе поднятия происходят в Исландии, Гренландии, на Скандинавском полуострове. Наблюдениями установлено, что область Ботнического залива поднимается со скоростью 2 см в год, т. е. на 2 м в столетие. Одновременно с этим происходит опускание территории Голландии, Южной Англии, Северной Италии, Причерноморской низменности, побережья Карского моря. Признаком опускания морских побережий служит образование морских заливов в устьевых участках рек – эстуариев (губ) и лиманов.

При поднятии земной коры и отступлении моря морское дно, сложенное осадочными породами, оказывается сушей. Так образуются обширные морские (первичные) равнины: например, Западно-Сибирская, Туранская, Северо-Сибирская, Амазонская (рис. 20).

Рис. 20. Строение первичных, или морских, пластовых равнин

Складкообразовательные движения. В тех случаях, когда пласты горных пород достаточно пластичны, под действием внутренних сил происходит смятие их в складки. Когда давление направлено по вертикали, породы смещаются, а если в горизонтальной плоскости – сжимаются в складки. Форма складок бывает самой разнообразной. Когда изгиб складки направлен вниз, ее называют синклиналью, вверх – антиклиналью (рис. 21). Образуются складки на больших глубинах, т. е. при высоких температурах и большом давлении, а затем под действием внутренних сил они могут быть подняты. Так возникают складчатые горы Кавказские, Альпы, Гималаи, Анды и др. (рис. 22). В таких горах складки легко наблюдать там, где они обнажены и выходят на поверхность.

Рис. 21. Синклинальная (1) и антиклинальная (2) складки

Рис. 22. Складчатые горы

Разрывные движения. Если горные породы недостаточно прочны, чтобы выдержать действие внутренних сил, в земной коре образуются трещины – разломы и происходит вертикальное смещение горных пород. Опустившиеся участки называют грабенами, а поднявшиеся – горстами (рис. 23). Чередование горстов и грабенов создает глыбовые (возрожденные) горы. Примерами таких гор служат: Алтай, Саянские, Верхоянский хребет, Аппалачи в Северной Америке и многие другие. Возрожденные горы отличаются от складчатых как по внутреннему строению, так и по внешнему виду – морфологии. Склоны этих гор часто отвесные, долины, как и водоразделы, широкие, плоские. Пласты горных пород всегда смещены относительно друг друга.

Рис. 23. Возрожденные складчато-глыбовые горы

Опустившиеся участки в этих горах, грабены, иногда заполняются водой, и тогда образуются глубокие озера: например, Байкал и Телецкое в России, Танганьика и Ньяса в Африке.

<<< Назад

Вперед >>>

Для земной коры свойственны тектонические процессы, которые обусловливают ее постоянную перестройку и развитие. Движущей силой этих процессов является, в основном, внутренняя энергия Земли. Тектонические процессы вызывают движения в земной коре - тектонические движения.

Тектонические процессы в земной коре изучает геологическая наука геотектоника. Изложенное далее относится согласно современным представлениям глобальной геотектоники к внутриплитной тектонике, само же движение материков и земной коры под океанами обусловлено перемещением литосферных плит, таких, например, как

Тихоокеанская или Евразийская. Формирование геосинклинальных зон приурочено к зонам субдукции (подныривания) или обдукции (наползания) одной такой литосферной плиты на другую как в случае с Японскими островами. В связи с тем, что строительство пока сосредоточено преимущественно на суше, т. е. на континетах, расположенных на литосферных плитах, то представления внутриплитной тектоники для инженерной геологии носят весьма важный характер.

Тектонические движения. В земной коре они проявляются по-разному, как во времени, так и в пространстве. Во времени движения проявляются в виде медленных (эпейрогенических) и быстрых (оро-генических - горообразовательных) движений. По положению в пространстве (по преобладающему направлению) тектонические движения бывают радиальные (по радиусам Земли), действующие вертикально вверх и вниз, и тангенциальные, направленные горизонтально. Различный характер движений связан со строением земной коры по горизонтали, т. е. с ее основными структурами.

Основные структуры земной коры. Строение земной коры по горизонтали очень сложное, но для понимания тектонических движений его можно упростить, если принять за основу положение, что земная кора состоит из двух основных структур - платформ и геосинклиналей.

Платформы являются наиболее крупными структурами земной коры. Это континенты и впадины океанов. Это устойчивые, жесткие, малоподвижные структуры. Им свойственны выровненные формы рельефа земной поверхности (типа равнины). Для платформ типичны спокойные, медленные движения вертикального характера (эпей-рогенические).

Геосинклинали - это участки земной коры, являющиеся подвижными сочленениями платформ. Для них характерны разнообразные тектонические движения, среди которых преобладают сильные, резкие, непредсказуемые по времени и в пространстве, с ними связаны вулканизм и сейсмические явления. В геосинклиналях возникают разломы земной коры, происходит интенсивное накопление мощных толщ осадочных пород. Тектонические силы выводят слои осадочных пород из горизонтального положения и придают им форму складок. К геосинклиналям относятся: 1) широтный пояс, который охватывает Средиземноморье, Кавказ, Переднюю Азию и до Индонезии; в состав пояса входят Алтай, Саяны, Прибайкалье, 2) кольцевой Тихоокеанский пояс - Северная и Южная Америки, Япония, Сахалин, Курильские острова, Камчатка, юг Приморья.

Движения платформ. Этим территориям свойственны медленные вертикальные колебательные движения (эпейрогенические). Они выражаются в том, что отдельные участки земной коры на протяжении многих столетий испытывают поднятие, в то время как другие территории опускаются. Движения медленные, длительные по времени, но от них многое зависит: положение границ между сушей и морями, обмеление или усиление размывающей деятельности рек, формирование рельефа Земли, повышение уровней водохранилищ, движение воды в самотечных каналах, положение прибрежных территорий по отношению к уровню моря и многое другое.

Интересно отметить, что платформы (материки) имеют тенденцию к горизонтальным подвижкам. Так, на основе данных, полученных с искусственных спутников Земли, установлено, что только за пять лет Австралия «подплыла» к Японским островам на 38 см (76 мм в год), Европа - на 19 см, Северная Америка - на 11, Гавайские острова - на 39 см (78 мм в год). Ученые подсчитали, что если такой темп движения сохранится, то ближайший к Японии сосед - Гавайские острова сольются с Японскими островами через 100 млн лет.

Для инженерной геологии особый интерес представляют современные вертикальные колебательные движения платформ, вызывающие изменения высот поверхности земли в том или ином районе. Оценку скорости их проявления осуществляют высокоточными геодезическими работами. Годичная скорость современных колебательных движений платформ чаще всего равна нескольким миллиметрам, но имеются участки, где скорость равна 1-2 см/год и даже больше. Цифры небольшие, но за длительное время они вырастают в значительные величины. Так, например, Скандинавия только за последние 50 лет поднялась на 19 см. Много веков интенсивно опускаются районы Нидерландов (40-60 мм/год).

Колебательные движения прослеживаются также в России. Среднерусская возвышенность поднимается на 1,5-2 см/год, район Курска - до 3,6 мм/год. Ряд территорий испытывает опускание поверхности Земли: Москва (3,7 мм/год), Санкт-Петербург (3,6 мм/год), Восточное Предкавказье (5-7 мм/год). Имеются территории, где подъем поверхности Земли происходит более интенсивно. Так, во второй половине XX в. на 14-15 см/год стал подниматься уровень Каспийского моря, что привело к затоплению многих прибрежных участков Астраханской области. К 2000 г. общий подъем уровня моря превысил 2 м. По всей видимости, это связано с тектоническими движениями земной коры в районе Каспийского моря.

Современные колебания поверхности Земли учитывают при строительстве различных объектов: крупных водохранилищ, высоких плотин, мелиоративных систем, но особенно при сооружении аэродромов и космодромов.

Рис. 4.

Вулканизм. Вулканы - это горы или возвышения конусовидной формы, которые созданы выходящей на поверхность Земли магмой (рис. 4). Магма выходит из вулкана, растекается по его склонам и по окружающей местности. В этих случаях магму называют лавой.

Вулканы разделяют на действующие, периодически извергающие магму, и потухшие, которые в настоящее время не действуют. Но история знает случаи, когда потухшие вулканы возобновляли свое действие, так было с вулканом Везувием (Италия), неожиданное извержение которого произошло в 79 г. н. э., что привело к гибели трех городов. Потухший ныне вулкан Казбек (Кавказ) еще действовал в начале четвертичного периода, и его лавы во многих местах залегают на Военно-Грузинской автодороге.

Вулканы приурочены к подвижным участкам земной коры, т. е. к геосинклиналям. На сегодня известно более 850 действующих вулканов, из них 76 располагаются на дне океанов. На территории России вулканы находятся на Камчатке (28 действующих) и на Курильских островах (10 действующих). Наиболее крупными являются вулканы Ключевская Сопка (высота конуса горы 4850 м), Авачинский, Ка-рымский, Безымянный.

Извержения вулканов происходят по-разному - в виде взрывов и бурного излияния лавы или спокойно, без взрывов, когда лава медленно растекается по округе вулканического конуса. Вулканы Камчатки и Курильских островов относятся к наиболее опасным, т. е. взрывным. Извержение таких вулканов начинается с подземных толчков (землетрясений, иногда силой до 5 баллов), далее следуют взрывы с выбросом лавы, газов и водяных паров.

Лавы образуют потоки, ширина и длина которых зависит от уклонов конусов горы и окружающего рельефа местности. Известен случай (Исландия), когда длина лавового потока достигла 80 км при его мощности 10-50 м. Скорость потоков различная, зависит от типа магмы и колеблется от 5-7 до 30 км/ч. При взрыве вулканов из их жерла одновременно с лавой вылетает твердый материал в виде обломков разных размеров: 1) глыбы (бомбы) весом несколько тонн; 2) куски, которые называют лапилли (1-3 см в диаметре) и 3) частицы в виде песка и пыли. Пылеватые частицы называют вулканическим пеплом. Все эти обломки разлетаются на различные расстояния и создают многометровые наносы. Наиболее далеко уносится вулканический пепел (сотни и даже тысячи километров).

Одновременно с лавой и камнями вулканы выбрасывают газы. В большинстве случаев газы ядовиты. Не менее опасны водяные пары, которые быстро конденсируются, что приводит к образованию на склонах и у подножий конусов грандиозных грязевых потоков (селей). Они обладают большой разрушительной силой и создают многометровые наносы.

Вышесказанное подтверждает, что автодороги и, особенно, аэродромы следует строить на определенном отдалении от действующих вулканов.

Расстояние обычно определяют исходя из многолетнего опыта строительства в каждом конкретном районе и с учетом особенностей извержений того или иного вулкана.

Интересен один из случаев, когда люди пытались бороться со стихией. Извержение вулкана Этна (Сицилия) продолжалось 130 дней. В потоки лавы было заброшено 300 т цементных блоков, связанных тяжелыми стальными цепями. Это изменило направление главного потока.

Сейсмические явления

Сейсмические (от греч. Бе^тоз - сотрясение) явления - упругие колебания земной коры, происходящие вследствие того, что в ее недрах (или в верхней мантии) возникают напряжения, которые в конечном итоге под действием тектонических сил находят выход в деформации сжатых пород, в образовании разрывов, что проявляется в виде толчков. Таким образом, сейсмические толчки - явление чисто механическое. При толчках возникают упругие волны, которые распространяются во все стороны от мест разрывов. Эти волны называются сейсмическими.

Если большинство пород, слагающих земную кору, рассматривать как упругую среду, то сейсмические волны передают деформации, возникающие в горных породах, на значительные расстояния и с большой скоростью. Эти волны по виду деформаций делятся на продольные и поперечные.

Продольные волны (или волны сжатия - растяжения) заставляют колебаться частицы пород в направлении, совпадающем с движением волны. Поперечные волны (или «волны сдвига») распространяются в направлении, перпендикулярном направлению движения продольных волн. Скорость и энергия этих волн в 1,7 раза меньше, чем у продольных.

При встрече подземных упругих волн с поверхностью земли возникает новый вид колебательного движения - так называемые поверхностные волны. Это обычные волны тяжести, которые приводят к деформациям поверхности земли (рис. 5).

Место, где возникает сейсмический толчок, лежащее в глубине земной коры, носит название гипоцентра. Глубина залегания гипоцентра бывает 1 - 10 км - поверхностные сейсмические явления;

Рис. 5. Схема распространения сейсмических волн на поверхности земли (Г) и

в земной коре (2):

Г - гипоцентр; Э - эпицентр. Сейсмические волны: / - продольные; 2- поперечные; 3- поверхностные

Рис. 6. Последствия землетрясений: а - в городском квартале; б - на горном плато в Иране

30-50 км - коровые и 100-700 км - глубокие. Наиболее разрушительными являются поверхностные сейсмические явления.

Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром. Сила удара продольной волны в эпицентре максимальна.

Анализ случаев сейсмических явлений показал, что в сейсмически активных районах Земли до 70 % гипоцентров располагается до глубины 60 км.

Продолжительность действия сейсмических волн обычно ограничивается несколькими секундами, иногда минутами, но бывают случаи и более длительного воздействия. Так, например, в 1923 г. на Камчатке сейсмическое явление продолжалось с февраля по апрель (195 толчков).

Сотрясения земной коры сейсмического происхождения происходят очень часто и как стихийное бедствие после ураганов и тайфунов занимают второе место по величине материального ущерба, наносимого человечеству (рис. 6). Ежегодно на земном шаре регистрируется около 100 тыс. сейсмических явлений, из которых около 100

Р и с 6. Продолжение

приводят к разрушениям, а в ряде случаев к катастрофам, как, например, в Токио (1923 г.), Сан-Франциско (1906 г.), в Чили и на острове Сицилия (1968 г.). Исключительное по силе сейсмическое явление произошло в Монголии (1956 г.) Один из горных пиков раскололся пополам, часть горы высотой 400 м обрушилась в ущелье, образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной около 800 м, на

• 5 м и более
• 0,5...1,0 м

Рис. 7.

поверхности земли появились трещины шириной до 20 м, главная из которых протянулась на 250 км.

Сейсмические явления возникают как на суше, так и на дне океанов. В связи с этим среди них различают моретрясения и землетрясения.

Моретрясения возникают в океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрое поднятие и опускание дна порождает на его поверхности пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями в несколько километров и высотой в многие метры (рис. 7). При подходе к берегам вместе с подъемом дна высота волны увеличивается до 15-20 м и более. Уникальный случай произошел в 1964 г. на Аляске, где высота волны достигла 66 м при скорости движения 585 км/ч.

Цунами передвигаются на расстояния в сотни и даже тысячи километров со скоростью 500-800 км/ч и более.

В России цунами бывают в Тихом океане у берегов Камчатки и Курильских островов. Одно из таких цунами было в 1952 г. Перед приходом волны море отступило на 500 м, а через 40 мин волна со страшной силой ударила в берег, разрушила все постройки и дороги, покрыла прибрежную территорию песком, илом и обломками пород. Через некоторое время, вслед за первой, пришла вторая волна высотой в 10-15 м, которая довершила разгром берега ниже десятиметровой отметки.

Цунами возникают реже землетрясений. Так, за 200 последних лет на Камчатке и Курилах их было всего 14, из которых четыре были катастрофическими. Последнее глобальное катастрофическое цунами произошло в Индийском океане в конце декабря 2004 г., когда по общим оценкам погибло более 200 тыс. человек в Индонезии и странах Индокитая.

Строительство автодорог и аэродромов на берегах, куда может подойти цунами, требует выполнения защитных мероприятий. В России, как и в сопредельных странах Тихоокеанского региона, действует служба наблюдений, которая своевременно оповещает о приближении цунами. Это позволяет укрыть людей от опасности. Автомобильные дороги размещают на высокой части рельефа, при необходимости прикрывают берега железобетонными молами, ставят волноотбойные стены, создают защитные земляные насыпи.

Землетрясения - это сейсмические явления на суше. В России землетрясения бывают на Кавказе, Алтае, Саянах, Прибайкалье, Сахалине, Курильских островах и Камчатке. Все эти территории находятся в геосинклинальном поясе. До настоящего времени только эти районы считались сейсмическими, но уже во второй половине XX в. стало очевидным, что землетрясения при определенных условиях могут возникать и на платформах, хотя они в отличие от тектонических землетрясений имеют другое происхождение.

По происхождению для суши предлагается различать четыре типа землетрясений:

• 1. Тектонические, вызванные тектоническими силами земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широкими площадями и большой силой или, иначе говоря, высокой балльностью.
• 2. Вулканические, связанные с извержением вулканов и имеющие локальное распространение, но иногда большой силы.
• 3. Денудационные (обвальные и провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или падением в провалы в результате карстообразования. Такие землетрясения имеют также локальный характер и сравнительно небольшую силу.
• 4. Техногенные, связанные с производственной деятельностью человека.

На сегодня вполне очевидно, что производственная деятельность человека может влиять на сейсмическую обстановку даже на глобальном уровне. Это так называемые наведенные землетрясения. Они могут быть вызваны заполнением обширных водохранилищ, откачкой нефти, газа, межпластовых подземных вод, ядерными взрывами, массированными военными бомбардировками и т. д. Вышеприведенный перечень показывает, что человек может оказывать определенное воздействие на геологическое пространство и своей деятельностью

Рис. 8.

способен создавать побудительные причины негативных тектонических событий, известных как природно-техногенные катастрофы.

Оценка силы землетрясений. Человечество уже многие столетия ведет наблюдение и регистрацию землетрясений на земном шаре. Теперь широко используется специальная аппаратура, в частности, сейсмографы, которые позволяют качественно определять, где произошло землетрясение, и оценивать его силу. Приборы автоматически регистрируют колебания Земли и вычерчивают сейсмограмму (рис. 8).

В настоящее время выявлена зависимость землетрясений от строения, состава и состояния земной коры. Это выглядит следующим образом.

• 1. В плотных породах скорость распространения сейсмического толчка больше, нежели в рыхлых связных и несвязных осадочных породах, однако сила землетрясения (его балльность), наоборот, возрастает в последних.
• 2. Обводненность, водонасыщение, высокое положение уровня грунтовых вод увеличивают интенсивность землетрясений. Территории, сложенные плывунами, илами, заболоченными и обводненными осадочными породами, являются районами повышенной интенсивности землетрясений.
• 3. Геологические структуры и тектонические нарушения, расположенные поперек движения сейсмических волн, могут уменьшать интенсивность землетрясений.
• 4. Отдельно стоящие и резко очерченные формы рельефа поверхности земли (холмы, крутые склоны гор и оврагов) могут повышать сейсмичность территории.

Каждое землетрясение обязательно сопровождается рядом физических явлений. Это звуки, световые эффекты, волны на твердых средах, обвалы, оползни и оплывы, трещины и провалы в земле, разрушения домов, дорог и мостов. Очень характерны звуки в виде «подземного гула».

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности земли (сотрясаемость поверхности) оценивается по сейсмическим шкалам. В России для оценки силы землетрясений используется шкала, состоящая из 12 баллов (табл. 1). Каждому баллу отвечает определенная величина сейсмического ускорения - а, мм/с 2 , вычисляемая по формуле

а = 4п 2 А/Т 2 ,

где Л - амплитуда колебаний, мм; Т - период колебаний сейсмической волны, с. По величине а определяют коэффициент сейсмичности, который необходим для оценки прочности и устойчивости сооружений:

Кс = а/&

где # - ускорение силы тяжести, мм/с 2 .

Таблица 1

Сейсмическая 12-балльная шкала

Кроме 12-балльной шкалы, которая используется во многих странах мира, очень известной является шкала Рихтера (шкала магнитуд - М). Магнитуды - это расчетные величины. Максимальные значения магнитуд М- 8,5-9.

Строительство автодорог и аэродромов. Важное место занимает сейсмическое районирование территорий и прогноз проявления возможных землетрясений. Сейсмическое районирование выражается в составлении сейсмических карт, по которым можно определять значение максимального балла для данной территории (рис. 9). Эго трудная задача. В последние годы карты периодически обновляют, так как сейсмичность земной коры в ряде районов возрастает. В большинстве случаев на новых картах значения баллов повышают. Стихия коварна. Это можно видеть на следующем примере. В 1976 г. землетрясение

Р и с. 9. Карта сейсмического районирования. Линии сейсмических баллов:

I - от 1 до 5; II - от 5 до 7; III - до 8

в Узбекистане (8 баллов) разрушило поселок Газли. Поселок отстроили, но в 1984 г. землетрясение повторилось, но уже силой 9 баллов и он был снова разрушен.

В последние годы в России создана Карта общего сейсмического районирования территории страны (имеется в виду Карта тектонических землетрясений). Из этой карты видно, что если раньше особо опасными по сейсмике считались Сахалин, Камчатка, Курилы, то теперь к этим территориям относят Восточную Сибирь и примыкающие к ней Прибайкалье и Забайкалье, включая горный Алтай. Для этих территорий возможны землетрясения в 9 баллов (по шкале Рихтера - Л/до8,5). Впервые на Карте появились зоны 10-балльных землетрясений (Сахалин, Камчатка, Курилы). Раньше таких районов в России не было. Территория Северного Кавказа с 6-7-балльной оценки переведена на 9-балльную.

Прогноз землетрясений. Предотвратить землетрясения нельзя. Прогноз требует ответа на три вопроса - где, какой силы и когда произойдет землетрясение. Наука работает в этом направлении, но точные достоверные ответы пока отсутствуют.

Строительство при прогнозе землетрясений в 6 баллов и больше осуществляется согласно Строительным нормам и правилам (СНиП). Величину балла определяют по Карте и корректируют в зависимости от рельефа, геологии и гидрогеологии данной местности. Корректировку баллов осуществляют только в ббльшую сторону.

В сейсмических районах автодороги и аэродромы рекомендуется строить вдали от крутых склонов гор и обрывов, откосы выемок и земляного полотна свыше 4 м делают более пологими, при 6 баллах и более высота насыпей и глубина выемок не должны превышать 15-20 м, водонасыщенные грунты под насыпями следует осушать дренажами, особое внимание уделяется повышению устойчивости мостов, которые опасно строить на тектонических разломах.

Поверхность Земли постоянно изменяется. В течение своей жизни мы замечаем, как движется земная кора, изменяя природу: осыпаются берега рек, образуются новые рельефы. Все эти изменения мы видим, но есть и такие, которые нами не ощущаются. И это к лучшему, ведь сильные движения земной коры способны вызывать сильнейшие разрушения: примером таких сдвигов являются землетрясения. Скрытые в недрах Земли силы способны перемещать континенты, пробуждать спящие вулканы, полностью изменять привычный рельеф, создавать горы.

Активность земной коры

Основная причина активности земной коры - это процессы, происходящие внутри планеты. Многочисленные исследования показали, что в некоторых участках земная кора более устойчива, а в других - подвижна. На основании этого была разработана целая схема возможных движений земной коры.

Типы движения коры

Движения коры могут быть нескольких типов: ученые их разделили на горизонтальные и вертикальные. В отдельную категорию внесли вулканизм и землетрясения. К каждому виду движения земной коры относят определенные типы смещения. Горизонтальные включают разломы, прогибы и складки. Движения происходят очень медленно.

К вертикальным типам относят поднятие и опускание грунта, увеличение высоты гор. Эти смещения происходят медленно.

Землетрясения

В отдельных уголках планеты происходят сильные движения земной коры, которые мы называем землетрясениями. Они возникают в результате толчков в глубинах Земли: за доли секунд или секунды земля опускается или поднимается на сантиметры или даже метры. В результате колебаний происходит изменение расположения одних участков коры относительно других в горизонтальных направлениях. Причиной движения является разрыв или смещение земли, происходящий на большой глубине. Это место в недрах планеты называют очагом землетрясения, а эпицентр находится на поверхности, где люди ощущают тектоническое движения земной коры. Именно в эпицентрах происходят самые сильные толчки, идущие снизу вверх, а затем расходящиеся в стороны. Сила землетрясений измеряется в баллах - от одного до двенадцати.

Наука, изучающая движение земной коры, а именно землетрясения - это сейсмология. Для измерения силы толчков применяют специальное устройство - сейсмограф. Он в автоматическом режиме измеряет и записывает любые, даже самые маленькие колебания земли.

Шкала землетрясений

При сообщениях о землетрясениях, мы слышим упоминание о баллах по шкале Рихтера. Единица ее измерения - это магнитуда: физическая величина, обозначающая энергию землетрясения. С каждым баллом сила энергии возрастает почти в тридцать раз.

Но чаще всего применяется шкала относительного типа. Оба варианта оценивают разрушающее действие толчков на постройки и людей. По этим критериям колебания земной коры от одного до четырех баллов практически не замечаются людьми, правда, могут раскачиваться люстры на верхних этажах здания. При показателях от пяти до шести баллов на стенах зданий возникают трещины, лопаются стекла. При девяти баллах рушится фундамент, падают линии электропередач, а землетрясение в двенадцать баллов способно стереть целые города с лица Земли.

Медленные колебания

Во время ледникового периода окутанная льдами земная кора сильно прогнулась. По мере таяния ледников поверхность стала подниматься. Увидеть происходящие в древние времена события можно по береговой линии суши. Из-за движения земной коры география морей изменялась, формировались новые берега. Особенно четко видны изменения на берегу Балтийского моря - и на суше, и на высоте до двухсот метров.

Сейчас под большими массами льда находятся Гренландия и Антарктида. По данным ученых, поверхность в этих местах прогнута почти на треть толщины ледников. Если предположить, что когда-нибудь придет время и льды растают, то перед нами появятся горы, равнины, озера и реки. Постепенно грунт будет подниматься.

Тектонические движения

Причинами движения земной коры является результат перемещения мантии. В пограничном слое между земной плитой и мантией температура очень высокая - порядка +1500 о С. Сильно нагретые слои находятся под давлением земных пластов, что вызывает эффект парового котла и провоцирует смещение коры. Эти перемещения могут быть колебательными, складкообразовательными или разрывными.

Колебательные движения

Под колебательными смещениями принято понимать медленное движение земной коры, которое не ощутимо для людей. В результате таких движений происходит смещение в вертикальной плоскости: одни участки поднимаются, а другие - опускаются. Эти процессы можно выявить, используя особые устройства. Так было выявлено, что Приднепровская возвышенность каждый год поднимается и опускается на 9 мм, а северо-восточная часть Восточноевропейской равнины опускается на 12 мм.

Вертикальные движения земной коры провоцируют сильные приливы. Если же уровень земли опускается ниже уровня моря, то вода наступает на сушу, а если поднимается выше - вода отступает. В наше время процесс отступления воды наблюдается на Скандинавском полуострове, а наступление воды - в Голландии, в северной части Италии, на Причерноморской низменности, а также в южных районах Великобритании. Характерными чертами опускания суши - образование морских заливов. Во время поднятия коры морское дно превращается в сушу. Таким образом сформировались известные равнины: Амазонская, Западно-Сибирская и некоторые другие.

Движения разрывного типа

Если горные породы не обладают достаточной прочностью, чтобы выдержать воздействие внутренних сил, начинается их движение. В таких случаях образуются трещины, разломы с вертикальным типом смещения грунта. Опущенные участки (грабены) чередуются с горстами - поднявшимися горными образованиями. Примером таких разрывных движений являются Алтайские горы, Аппалачи и т.д.

Глыбовые и складчатые горы имеют различия во внутреннем строении. Для них характерны широкие отвесные склоны, долины. В некоторых случаях опущенные места заполняются водой, образуя озера. Одним из самых знаменитых озер России является Байкал. Оно образовалось в результате разрывного движения земли.

Складкообразовательные движения

Если уровни горных пород пластичны, то во время горизонтального движения начинается смятие и сбор горных пород в складки. Если направление силы вертикальное, то породы смещаются вверх и вниз, и только при горизонтальном движении наблюдается складкообразование. Размеры и внешний вид складок может быть любым.

Складки в земной коре образуются на достаточно больших глубинах. Под воздействием внутренних сил они поднимаются наверх. Подобным образом возникли Альпы, Кавказские горы, Анды. В этих горных системах складки отчетливо видны на тех участках, где они выходят на поверхность.

Сейсмические пояса

Как известно, земная кора образована литосферными плитами. На пограничных участках этих образований наблюдается высокая подвижность, возникают частые землетрясения, образуются вулканы. Эти участки называются сейсмологическими поясами. Их протяженность составляет тысячи километров.

Ученые выделили два пояса-гиганта: меридиональный Тихоокеанский и широтный Средиземноморско-Трансазиатский. Пояса сейсмологической активности полностью соответствует активному горообразованию и вулканизму.

В отдельную категорию ученые выделяют первостепенные и второстепенные зоны сейсмичности. Ко вторым относятся Атлантический океан, Арктика, район Индийского океана. Примерно 10 % движений земной коры происходит в этих районах.

Первичные зоны представлены районами с очень высокой сейсмической активностью, сильными землетрясениями: Гавайские острова, Америка, Япония и т. д.

Вулканизм

Вулканизм - это процессы, во время которых происходит движение магмы в верхних слоях мантии и ее приближение к земной поверхности. Типичным проявлением вулканизма является образование геологических тел в осадочных породах, а также выход лавы на поверхность с формированием специфического рельефа.

Вулканизм и движение земной коры - это два взаимосвязанных явления. В результате движения земной коры образуются геологические возвышенности или вулканы, под которыми проходят трещины. Они настолько глубокие, что по ним поднимается лава, горячие газы, пары воды, а также обломки горных пород. Колебания земной коры провоцируют извержения лавы с выбросом огромного количества пепла в атмосферу. Эти явления оказывают сильное влияние на погоду, изменяют рельеф вулканов.

Тектонические движения земной коры происходят под воздействием радиоактивной, химической и тепловой энергий. Эти движения приводят к различным деформациям земной поверхности, а также вызывают землетрясения и извержения вулканов. Все это приводит к изменению рельефа в горизонтальном или вертикальном направлении.

На протяжении долгих лет ученые изучают эти явления, разрабатывают аппараты, позволяющие регистрировать любые сейсмологические явления, даже самые незначительные колебания земли. Полученные данные помогают разгадать тайны Земли, а также предупредить людей о предстоящих извержениях вулканов. Правда, предугадать предстоящее сильное землетрясение пока не удается.