-7-

контролировалось излучением акустической эмиссии. Как было установлено в эксперименте, и в закритическом состоянии модель (агрегат блоков) излучала акустические импульсы, основной особенностью которых является их регулярная повторяемость . Период повторяемости импульсов в серии экспериментов составлял от 40 до 120 сек. И явно зависел от заданной скорости интегральной деформации. Каждое возникновение импульса сопровождалось скачкообразным смещением берегов имитированных трещин, величины которого в пересчете на деформацию составляли 10-4 степени. Поведение кривых---- и ---- свидетельствует, что перед излучением импульса сопротивление среды резко возрастает. В процессе излучения происходит частичная потеря устойчивости,что подтверждается и скачками деформаций, а затем идет сложный процесс восстановления несущей способности агрегата блокой.Отличие экспериментов при одноосном нагружении заключается в том, что квазипериодическое акустическое излучение возникает раньше, чем при двуосном нагружении, т.е. уже на стадии упругопластического нагружения (Рис.2).Оценка энергии акустических импульсов по методике С.Д.Виноградова 5 дала результат 1.0-10.0 эрг. По формуле М.А.Садовского периоды повторяемости импульсов должны быть в пределах 45-100 сек.,что соответствует данным эксперимента.Следовательно, можно предположить, что зарегистрированное явление находится в общем, ряду свойств блочной среды.
В земных условиях по геологическим и инструментальным данным порядок скорости деформирования земной коры оценивается как 10-6 степени год-1. Т.к. в эксперименте мы задавали скорость 10-6 степени сек-1, то в первом приближении можно считать, что секунда в эксперименте эквивалентна году в природных условиях, т.е. акустические импульсы являются аналогами землетрясений с магнитудами 7 и выше, для которых периоды повторяемости превышают 40 лет. В большинстве случаев после основного импульса наблюдаются серии афтершоков, в редких случаях – форшоки.
         Таким образом, можно сделать вывод о том, что именно такие импульсы,их последовательности и стадии деформирования среды в промежутках между вспышками акустической эмиссии и должны быть объектами лабораторных исследований.Здесь важным может оказаться не только слежение за перечисленными выше параметрами, но и детальная расшифровка высокочастотного акустического фона – аналога сейсмического фона регионов.

При всём многообразии геотектонических моделей, построенных в плане классических представлений так называемых «фиксистов» и «мобилистов», фундаментальные вопросы общей геодинамики, геоморфологии  и вопросы исторической геологии, в принципе, пока что не получили решения. До сих пор науке неведома природа структур океанических впадин и материков, имеющих разительное отличие друг от друга.

Наряду с тем, существуют вопросы динамического свойства. Учёным совершенно не ясно, куда движутся и движутся ли материки вообще, а если движутся, то за счёт действия каких сил и источников энергии. Широко распространённое предположение о том, что причиной движения земной коры служит тепловая конвекция, по сути, неубедительно, ибо оказалось, что такого рода предположения идут вразрез с основными положениями многих физических законов, экспериментальных данных и многочисленных наблюдений, включая данные космических исследований о тектонике и строении других планет. Реальных схем тепловой конвекции, не противоречащих законам физики, и единого логически обоснованного механизма движения вещества, одинаково приемлемых для условий недр звёзд, планет и их спутников, до сих пор не найдено.

Ниже мы рассмотрим непротиворечивую схему образования и эволюции земной коры, а равно, твёрдых оболочек других планет и их спутников, построенную вне связи и без привлечения механизма тепловой конвекции, наличие которой, фактически, оказывается вовсе необязательным для нормального развития небесных тел любого иерархического уровня.

Из сочетания разного рода атомов химических элементов, спонтанно возникающих в недрах пра-Земляного космогенного вихря (а равно, в недрах иного небесного объекта шарообразной формы), образуется «перегретое» вещество (магма). Вся эта субстанция формируется из «новоявленных» атомов сразу же по выходу их из южного зеркала адиабатической магнитной ловушки, представляющей торцевую часть космогенного вихря, и оттуда данная субстанция начинает свой путь уже в новом своём качестве. Ориентируясь по ходу простирания силовых линий геомагнитного поля, вся масса «перегретого» вещества, постепенно переходит в сферическую часть

-8-

магнитного диполя, внедряясь в неё, и здесь, как бы растекаясь по сфере, вещество, удерживаемое магнитным каркасом, медленно течёт от одного геомагнитного полюса к другому, соизмеряясь с

направлением магнитных меридианов. Естественно, что какая-то часть вещества, составляющего сферу, может оказаться вблизи поверхности.

На ранней, до-геологической стадии развития Земли из этой части вещества формировались толщи, относительно быстро остывающей верхней мантии, поверх которой со временем образовались ещё две, значительно более холодные оболочки – кристаллическая кора и перенасыщенная водяным паром атмосфера. Из последней, постепенно конденсируясь, выпадала вода, образуя толщи единого Мирового океана. Таким образом, к концу до-геологической стадии развития Земли, вся поверхность нашей планеты оказалась полностью покрытой водой.

Вместе с тем, в области южного сопла, в районе современного материка Антарктида, продолжалась весьма активная вулканическая деятельность. Целые моря лавы исторгались из недр вихревого образования (ядра) планеты, выдавливаясь на поверхность своеобразного раструба – так называемого южного сопла, и здесь из этой субстанции формировались структуры основания (фундамента), единственного в то время пра-материка, одиноко возвышающегося над уровнем Мирового океана, что сразу же определило существующую и поныне асимметрию полюсов [рис.1]

[ 2] [3].

Именно здесь, у южного полюса, в условиях пространства, ограниченного водой Мирового океана, формировались «докембрийские» толщи кристаллических пород пра-материка, имеющих ряд специфических отличий от структур, образовавшихся в последующее время за пределами поверхности южного сопла. Именно здесь, в чрезвычайно сложных и неповторимых физико-динамических и климатических условиях, соизмеримых с условиями гигантского котла с кипящей кашей, могли сформироваться натёчные формы рельефа, представляющие ныне так называемые докембрийские купола, обширные блюдцеобразные депрессии и иного рода «экзотические» элементы тектоники «докембрия», поражающие ученых своим обилием и неповторимостью облика. Именно здесь, в условиях невиданно высокой магматической активности и повышенной миграции весьма агрессивных горячих газов и высокотермальных водных растворов, насыщенных калием, натрием, радиоактивными элементами и проч., формировались толщи гранитов и «древних» осадочно-метаморфических комплексов – свидетельств яркой и неповторимой эпохи раннего развития континентов Земли, эпохи становления их оснований (фундаментов).

В течение отрезка времени, продолжительностью около 700-800 млн. лет, в области южного полюса Земли поочерёдно наслаивались структуры материковых оснований массивов – лидеров и аутсайдеров. Лидеры – Канадская платформа, Восточно-Сибирская и Восточно-Европейская. Аутсайдеры – все остальные. Завершился процесс – образованием массива Восточная Антарктида [рис. 4].

Одинаковость физико-химических, динамических, климатических и прочих условий, которые существовали в области южного полюса на всём протяжении отрезка времени, пока формировались основания (фундаменты) материковых платформ-лидеров, а затем и аутсайдеров, привело в конечном итоге к одинаковости некоторых геологических признаков, по которым сейчас пытаются идентифицировать так называемые докембрийские комплексы.

Под воздействием двух противоположно направленных широтных сил А и А' (Кориолиса силы и «волн натяжения») и так называемой Непреодолимой силы – В, определяющей межполярное, с юга на север, течение вещества мантии [рис. 1], пра-материк раскалывался на отдельные блоки фундаментов материковых платформ. Вновь формирующиеся структуры отчленялись от южного пра-материка и, по мере того, уплывали вместе с уносимым их течением мантии в направлении северного полюса. Общая последовательность такого движения определялась условием сохранения динамической балансировки вращающегося геоида. Пра-материк при этом раскалывался на три части (ветви), и каждый обломок, в соответствии с принципом обеспечения балансировки планеты, вынужден был двигаться по своей индивидуальной траектории, общий вид которой имеет сходство с линией архимедовой спирали. Таким путём сформировалось три цепочки («ветви») материковых массивов, условно названных – левой, центральной и правой  [ рис.2 ] [3 ] [4]. Левую ветвь составили Североамериканская (Канадская) платформа (включая о. Гренландию) и Южноамериканская. Правую ветвь образовали Восточносибирская платформа, Китайско-Корейская и Австралийская. И, наконец, Восточноевропейская, Индостанская и «параллельная» ей

-9-

Африканская платформы, а так же структуры Восточной Антарктиды – составили одну общую ветвь – центральную.

В южном полушарии траектории движения материковых платформ, составляющих ветви, расходятся веером, следуя от южного полюса в северо-западном направлении (левая ветвь) и на

северо-восток (центральная и правая ветви). В северном полушарии линии всех трёх ветвей сходятся от экватора к северному полюсу, закручиваясь в одном направлении [рис.1 ] [2] [3] .

В зависимости от характера простирания участка криволинейной траектории, по которой движется материковый массив, меняется величина угловой скорости и направление нормального (синхронного ) вращения массива. А от этого меняется общий вид и характер взаимодействия массива со структурами, его окружающими. Как правило, на стадии изначального разобщения материковых оснований в области южного полюса, их вращение происходит с разной угловой скоростью и в разных направлениях (то есть, происходит взаимодействие по принципу разновеликих вращающихся зубчатых шестерён). А это означает, что наиболее существенные структурные изменения возникают, изначально, в сопредельных областях самих оснований. В результате чего у всех ранее взаимодействующих массивов происходила соответствующая подгонка профиля (выблоковка) смежных кромок и преобразование их до вида противолежащих профилей, то есть, когда выступ одного блока точно входит в выемку другого (см. контуры материковых платформ на рис. [2] [3] [4].

После того, как закончится разобщение материковых оснований каждый массив переходит в режим автономного плавания (межполярного дрейфа). Однако общий характер дрейфа зависит от влияния множества побочных факторов, определяемых действием разного рода законов механики, в том числе законами гидродинамики (движения текучих сред и их взаимодействия с твёрдыми телами). К примеру, общий характер изменения скорости движения основания материкового блока зависит не только от места его положения на геосфере, но и от величины общей массы материка, от размеров частей его составляющих, от величины «корней» (погружённой части материка, определяющей величину «парусности») дрейфующего массива и т.д.

Вместе с тем от величины скорости дрейфа («поступательного» движения) зависит величина угловой скорости собственного (синхронного) вращения дрейфующего массива. А направление такого вращения зависит от принадлежности массива к конкретной ветви материковых платформ, то есть от характера простирания их траекторий, и т.д. В свою очередь характером движения и вращения материкового массива, определяется процесс сжатия прибрежных структур и образования горных складок вдоль активной (фронтальной) кромки периметра блока. И, одновременно, определяется процесс образования структурных нарушений, связанных с растяжением или сдвигом (сколы, смещения, разрывы, и т.д.), на тыльной стороне периметра вращающегося массива.

Полное представление об этих и других видах движения материковых массивов (вытекающих из данной концепции), может служить реальной базой для определения (прогноза) мест концентрации механических напряжений и, значит, определения очагов землетрясений, для любого региона земного шара. А полное знание законов образования и развития литосферы Земли, может способствовать более точному определению условий образования и характера залегания полезных ископаемых, и способствовать решению других фундаментальных проблем геологии и геофизики.

-10-

IV.Вулканы и вулканическая активность

           Вулканы, отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры - крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим.

           К действующим относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и проч.). Некоторые ученые считают действующими те вулканы, о которых достоверно известно, что они извергались в течение последних 10 тыс. лет. Например, к действующим следовало относить вулкан Ареналь в Коста-Рике, поскольку при археологических раскопках стоянки первобытного человека в этом районе был обнаружен вулканический пепел, хотя впервые на памяти людей его извержение произошло в 1968, а до этого никаких признаков активности не проявлялось.

          Вулканы известны не только на Земле. На снимках, сделанных с космических аппаратов, обнаружены огромные древние кратеры на Марсе и множество действующих вулканов на Ио, спутнике Юпитера.

V. Распространение вулканической активности

          Распределение вулканов по поверхности земного шара лучше всего объясняется теорией тектоники плит, согласно которой поверхность Земли состоит из мозаики подвижных литосферных плит. При их встречном движении происходит столкновение, и одна из плит погружается (поддвигается) под другую в т.н. зоне субдукции, к которой приурочены эпицентры землетрясений. Если плиты раздвигаются, между ними образуется рифтовая зона. Проявления вулканизма связаны с этими двумя ситуациями.

          Вулканы зоны субдукции располагаются по границе подвигающихся плит. Известно, что океанские плиты, образующие дно Тихого океана, погружаются под материки и островные дуги. Области субдукции отмечены в рельефе дна океанов глубоководными желобами, параллельными берегу. Полагают, что в зонах погружения плит на глубинах 100-150 км формируется магма, при поднятии которой к поверхности происходит извержение вулканов. Поскольку угол погружения плиты часто близок к 45°, вулканы располагаются между сушей и глубоководным желобом примерно на расстоянии 100-150 км от оси последнего и в плане образуют вулканическую дугу, повторяющую очертания желоба и береговой линии. Иногда говорят об «огненном кольце» вулканов вокруг Тихого океана. Однако это кольцо прерывисто (как, например, в районе центральной и южной Калифорнии), т.к. субдукция происходит не повсеместно.

Вулканы рифтовых зон существуют в осевой части Срединно-Атлантического хребта и вдоль Восточно-Африканской системы разломов.

           Есть вулканы, связанные с «горячими точками», располагающимися внутри плит в местах подъема к поверхности мантийных струй (богатой газами раскаленной магмы), например, вулканы Гавайских о-вов. Как полагают, цепь этих островов, вытянутая в западном направлении, образовалась в процессе дрейфа на запад Тихоокеанской плиты при движении над «горячей точкой».

-11-

Сейчас эта «горячая точка» расположена под действующими вулканами о.Гавайи. По направлению к западу от этого острова возраст вулканов постепенно увеличивается.

           Тектоника плит определяет не только местоположение вулканов, но и тип вулканической деятельности. Гавайский тип извержений преобладает в районах «горячих точек» (вулкан Фурнез на о.Реюньон) и в рифтовых зонах. Плинианский, пелейский и вулканский типы характерны для зон субдукции. Известны и исключения, например, стромболианский тип наблюдается в различных геодинамических условиях.

Вулканическая активность: повторяемость и пространственные закономерности.

           Ежегодно извергается приблизительно 60 вулканов, причем и в предшествовавший год происходило извержение примерно трети из них. Имеются сведения о 627 вулканах, извергавшихся за последние 10 тыс. лет, и о 530 – в историческое время, причем 80% из них приурочены к зонам субдукции. Наибольшая вулканическая активность наблюдается в Камчатском и Центрально-Американском регионах, более спокойны зоны Каскадного хребта, Южных Сандвичевых о-вов и южного Чили.

Вулканы и климат. Полагают, что после извержений вулканов средняя температура атмосферы Земли понижается на несколько градусов за счет выброса мельчайших частиц (менее 0,001 мм) в виде аэрозолей и вулканической пыли (при этом сульфатные аэрозоли и тонкая пыль при извержениях попадают в стратосферу) и сохраняется таковой в течение 1–2 лет. По всей вероятности, такое понижение температуры наблюдалось после извержения вулкана Агунг на о.Бали (Индонезия) в 1962.

 VI. Вулканическая опасность

          Извержения вулканов угрожают жизни людей и наносят материальный ущерб. После 1600 в результате извержений и связанных с ними селей и цунами погибло 168 тыс. человек, жертвами болезней и голода, возникших после извержений, стали 95 тыс. человек. Вследствие извержения вулкана Монтань-Пеле в 1902 погибло 30 тыс. человек. В результате схода селей с вулкана Руис в Колумбии в 1985 погибли 20 тыс. человек. Извержение вулкана Кракатау в 1883 привело к образованию цунами, унесшего жизни 36 тыс. человек.

         Характер опасности зависит от действия разных факторов. Лавовые потоки разрушают здания, перекрывают дороги и сельскохозяйственные земли, которые на много столетий исключаются из хозяйственного использования, пока в результате процессов выветривания не сформируется новая почва. Темпы выветривания зависят от количества атмосферных осадков, температурного режима, условий стока и характера поверхности. Так, например, на более увлажненных склонах вулкана Этна в Италии земледелие на лавовых потоках возобновилось только через 300 лет после извержения.

         Вследствие вулканических извержений на крышах зданий накапливаются мощные слои пепла, что грозит их обрушением. Попадание в легкие мельчайших частиц пепла приводит к падежу скота. Взвесь пепла в воздухе представляет опасность для автомобильного и воздушного транспорта. Часто на время пеплопадов закрывают аэропорты.

        Пепловые потоки, представляющие собой раскаленную смесь взвешенного дисперсного материала и вулканических газов, перемещаются с большой скоростью. В результате от ожогов и удушья погибают люди, животные, растения и разрушаются дома. Древнеримские города Помпеи и Геркуланум попали в зону действия таких потоков и были засыпаны пеплом во время извержения вулкана Везувий.

-12-

       Вулканические газы, выделяемые вулканами любого типа, поднимаются в атмосферу и обычно не причиняют вреда, однако частично они могут возвращаться на поверхность земли в виде кислотных дождей. Иногда рельеф местности способствует тому, что вулканические газы (сернистый газ, хлористый водород или углекислый газ) распространяются близ поверхности земли,

уничтожая растительность или загрязняя воздух в концентрациях, превышающих предельные допустимые нормы. Вулканические газы могут наносить и косвенный вред. Так, содержащиеся в них соединения фтора захватываются пепловыми частицами, а при выпадении последних на земную поверхность заражают пастбища и водоемы, вызывая тяжелые заболевания скота. Таким же образом могут быть загрязнены открытые источники водоснабжения населения.

Огромные разрушения вызывают также грязекаменные потоки и цунами.

Прогноз извержений.

           Для прогноза извержений составляются карты вулканической опасности с показом характера и ареалов распространения продуктов прошлых извержений, и ведется мониторинг предвестников извержений. К таким предвестникам относится частота слабых вулканических землетрясений; если обычно их количество не превышает 10 за одни сутки, то непосредственно перед извержением возрастает до нескольких сотен. Ведутся инструментальные наблюдения за самыми незначительными деформациями поверхности. Точность измерений вертикальных перемещений, фиксируемых, например, лазерными приборами, составляет ~0,25 мм, горизонтальных - 6 мм, что позволяет выявлять наклон поверхности всего в 1 мм на полкилометра. Данные об изменениях высоты, расстояния и наклонов используются для выявления центра вспучивания, предшествующего извержению, или прогибания поверхности после него. Перед извержением повышаются температуры фумарол, иногда изменяется состав вулканических газов и интенсивность их выделения.

Предвестниковые явления, предшествовавшие большинству достаточно полно документированных извержений, сходны между собой. Однако с уверенностью предсказать, когда именно произойдет извержение, очень трудно.

Вулканологические обсерватории. Для предупреждения возможного извержения ведутся систематические инструментальные наблюдения в специальных обсерваториях. Самая старая вулканологическая обсерватория была основана в 1841-1845 на Везувии в Италии, затем с 1912 начала действовать обсерватория на вулкане Килауэа на о.Гавайи и примерно в то же время – несколько обсерваторий в Японии. Мониторинг вулканов проводится также в США (в т.ч. на вулкане Сент-Хеленс), Индонезии в обсерватории у вулкана Мерапи на о.Ява, в Исландии, России Институтом вулканологии РАН (Камчатка), Рабауле (Папуа - Новая Гвинея), на островах Гваделупа и Мартиника в Вест-Индии, начаты программы мониторинга в Коста-Рике и Колумбии.

Методы оповещения.

              Предупреждать о грозящей вулканической опасности и принимать меры по уменьшению последствий должны гражданские власти, которым вулканологи предоставляют необходимую информацию.

             Система оповещения населения может быть звуковой (сирены) или световой (например, на шоссе у подножья вулкана Сакурадзима в Японии мигающие сигнальные огни предупреждают автомобилистов о выпадении пепла). Устанавливаются также предупреждающие приборы, которые срабатывают при повышенных концентрациях опасных вулканических газов, например сероводорода. На дорогах в опасных районах, где идет извержение, размещают дорожные заграждения.

-13-

Уменьшение опасности, связанной с вулканическими извержениями.

            Для смягчения вулканической опасности используются как сложные инженерные сооружения, так и совсем простые способы. Например, при извержении вулкана Миякедзима в Японии в 1985 успешно применялось охлаждение фронта лавового потока морской водой. Устраивая искусственные бреши в застывшей лаве, ограничивающей потоки на склонах вулканов, удавалось

изменять их направление. Для защиты от грязекаменных потоков - лахаров - применяют оградительные насыпи и дамбы, направляющие потоки в определенное русло. Для избежания возникновения лахара кратерное озеро иногда спускают с помощью тоннеля (вулкан Келуд на о.Ява в Индонезии). В некоторых районах устанавливают специальные системы слежения за грозовыми тучами, которые могли бы принести ливни и активизировать лахары. В местах выпадения продуктов извержения сооружают разнообразные навесы и безопасные убежища.

             Одной из нерешенных проблем проявления вулканической активности является определение источника тепла, необходимого для локального плавления базальтового слоя или мантии. Такое плавление должно быть узколокализованным, поскольку прохождение сейсмических волн показывает, что кора и верхняя мантия обычно находятся в твердом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объемов твердого материала. Например, в США в бассейне р.Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объем базальтов более 820 тыс. км3; такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) и ЮАР (возвышенность Большое Кару). В настоящее время существуют три гипотезы. Одни геологи считают, что плавление обусловлено локальными высокими концентрациями радиоактивных элементов, но такие концентрации в природе кажутся маловероятными; другие предполагают, что тектонические нарушения в форме сдвигов и разломов сопровождаются выделением тепловой энергии. Существует еще одна точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твердом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, она плавится и по трещинам происходит излияние жидкой лавы.

Список используемой литературы:

1. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. О свойстве дискретности горных пород.Изв. АН СССР,Физика Земли, N 12, 1982, с. 3-18.
2. Садовский М.А., Голубева Т.В., Писаренко В.Ф., Шнирман М.Г. Характерные размеры горной породы и иерархические свойства сейсмичности. Изв. АН СССР,Физика Земли, N 2, 1984, с. 3-15.
3. Садовский М.А., Голубева Т.В., Наркунская Г.С., Писаренко В.Ф. и др. Структура геофизической среды и сейсмический процесс. Сб. Прогноз землетрясений.Дониш. Душ. -М., 1986, N6, с. 323-336.
4. Гущенко О.И.,Мострюков А.О., Петров В.А. Структура поля современных региональных напряжений сейсмоактивных областей земной коры Восточной части Средиземноморского подвижного пояса. ДАН т.312, N 4, 1990, с. 830-835.
5. Виноградов С.Д., Мирзоев К.М. Об энергии упругих импульсов при разрушении образцов из неоднородных материалов. Изв. АН СССР. Физика Земли, N 1,1978,с. 37-45.

Все рисунки идут по порядку указанному в курсовой работе, старые номера можно удалить.

Надеюсь, вы сдадите на отлично!

Страницы: 1, 2