Изобретатель - природа
Шрифт:
Первыми исследованием природы "подземных бурь", разработкой методов их прогнозирования занялись советские ученые. В 1948 году, вскоре после ашхабадской трагедии, академики С. И. Вавилов и Г. А. Гамбурцев составили план поиска предвестников землетрясений, но выполнить этот план не удалось - главным образом потому, что имевшиеся в распоряжении сейсмологов тридцать лет назад технические средства не позволяли проводить с необходимой точностью, быстро и в большом количестве геофизические измерения. Тем не менее тогда были заложены основы теперешней работы сейсмологов. Через 15 лет ученые США и Японии приступили к составлению аналогичных программ исследований. Что же достигнуто советскими и зарубежными геофизиками за последние тридцать лет в изучении механики землетрясений? Как протекает в земной коре процесс подготовки "подземной бури"?
Ныне все сходятся на том, что непосредственной причиной землетрясений служит деформация земной коры (растяжение, сжатие, скручивание, изгиб и т. п.), которая вызывает
Но какие же силы вызывают саму деформацию? На этот узловой вопрос проблемы ученые, к сожалению, пока отвечают по-разному.
Существует так называемая лунная гипотеза. Известно, что когда Луна находится в перигее своей околоземной орбиты (то есть ближе всего к Земле), ее приливообразующая сила на 40% больше, чем в апогее. Исходя из этого, некоторые ученые считают, что именно эти силы и вызывают растяжение земной коры, то есть ее деформацию, которая, в свою очередь, приводит к упругим напряжениям в какой-либо части планеты. По другой гипотезе движение земной коры и тем самым ее сейсмичность обусловлены взаимодействием электрического и магнитного полей Земли. "Однако, - как писал известный советский сейсмолог, член-корреспондент АН СССР Е. Ф. Саваренский, - тут может быть не причинно-следственная связь, а простое совпадение. Например, в Ташкенте в 1966 году часть повторных толчков совпала с соответствующими фазами Луны, а другая часть - нет. Словом, четкая связь еще не установлена. То же самое можно сказать и о взаимодействии электрического и магнитного полей Земли. Энергетическое воздействие этих сил незначительно... Землетрясение как таковое они вызвать не могут. Разве что когда-нибудь, в исключительном случае, могут сыграть роль "спускового механизма".
Ну а коль "подземные бури" не вызываются внешними влияниями на земную кору, стало быть, основной "заряд" энергии землетрясений скрыт в недрах Земли? Где же?
Магнитологи (землетрясения изучают сейчас ученые разных специальностей) выдвигают такую гипотезу. Внутри Земли находится внешнее жидкое (расплавленное) ядро, в котором "плавает" твердое субъядро (рис. 9) - масса радиусом около 1,3 тысячи километров. Оно движется по эллипсу, и его приближение к поверхости может приводить, считают они, к увеличению деформирующих сил, а следовательно, и сейсмичности. Подтверждение гипотезы ее авторы видят в крупных землетрясениях, которые в 1976 году произошли в Китае, на Филиппинах, в Газли: субъядро в этот период "подплыло" близко к Гималаям (дрейф субъядра определенным образом влияет на магнитное поле Земли, и это дает возможность следить за ним).
В последнее время все больше и больше ученых в объяснении причин, вызывающих землетрясения, склоняются к так называемой "тектонической" теории дрейфа континентов ("теория тектоники литосферных плит", "плито-тектоника").
Плитотектоника– это, образно говоря, геометрия сферической поверхности в действии.
Дело в том, что согласно теории "тектоники плит" литосфера (самый верхний твердый слой Земли) разломана на 7-8 разных по форме и плотности крупных и множество сравнительно небольших, в сотни и десятки километров, плит, которые "плавают" по астеносфере (поверхностный слой мантии). На некоторых тектонических плитах покоятся континенты. Сложенные из более легкой породы, они дрейфуют вместе с платформой, "плавают по Мировому океану", меняя расположение.
Новая теория возникла не на пустом месте. Географы уже давно заметили: если вырезать на глобусе контуры Африки и Южной Америки, а потом соединить их вместе, они совпадут, словно части составной картинки-загадки. А если вырез сделать не по береговой линии, а по очертаниям шельфа - мелководья, окружающего материк, - сходство еще больше увеличивается. Исходя из этого, английские ученые еще в 1620 году предложили гипотезу континентального дрейфа, согласно которой в далеком прошлом Южная Америка и Африка составляли единый континент. Но одно дело выдвинуть гипотезу, а другое - найти для ее подтверждения такой источник энергии, который был бы достаточно мощным, чтобы оторвать Южную Америку от Африки на расстояние 4,5 тысячи километров. В середине XVII века француз Франсуа Пласе утверждал, что Старый и Новый Свет впервые разделились во время сорокадневного потопа, описанного в Библии. Отголоски этой идеи встречались еще в начале XIX века в высказываниях известного немецкого естествоиспытателя, одного из основоположников современной геофизики и гидрографии - Александра Гумбольдта (1769-1859 гг.).
Первым, кто взял на себя смелость научно объяснить, почему континенты движутся, и убедительно обосновать теорию континентального дрейфа, был немецкий ученый Альфред Вегенер (1880-1930). Будучи по профессии метеорологом, а также аэронавтом и полярным исследователем, Вегенер принадлежал
Вегенер, как и многие его предшественники, тоже был поражен удивительным сходством очертаний континентов. Он соединял их вместе, и они сливались в один огромный древний сверхконтинент... Ученый назвал его "объединенным материком" - Пангеей. Пангея, писал Вегенер в 1915 году в своей небольшой книге "Происхождение материков и океанов", начала разламываться на части в эпоху динозавров, около 150 млн. лет назад. На первом этапе из этого сверхконтинента выделились Антарктида, Австралия, Индия и Африка. Впоследствии Африка и Южная Америка отошли друг от друга, подобно "кускам треснувшего ледяного поля", в результате чего образовалась Атлантика (рис. 10).
В своей гипотезе о дрейфе континентов Вегенер опирался не только на поразительное сходство рисунка береговых линий Африки - Европы, с одной стороны, и Южной- Северной Америки, с другой, но и на удивительное сходство геологического строения континентальных окраин по разные стороны Атлантического океана, общность древней фауны и флоры на разобщенных ныне континентах Южного полушария и резкое несовпадение климатических зон в прошлом и настоящем. Например, 200-300 миллионов лет назад большую часть южных континентов, включая Индию, покрывал мощный слой льда, а в Северной Америке и Европе, в том числе и под Москвой, климат был тропическим...
Без допущения дрейфа континентов трудно увязать между собой все отмеченные Вегенером геологические данные. Тем не менее гипотеза о дрейфе континентов была предана лет на пятьдесят забвению, геологи в своей работе руководствовались в основном представлением о незыблемом расположении материкой.
В последние 20 лет, когда увеличился объем геологических и геофизических исследований с применением новой техники, появились дополнительные свидетельства о крупномасштабных горизонтальных перемещениях как океанских, так и континентальных блоков земной коры. И гипотеза Вегенера вновь "ожила". Ныне теория дрейфа континентов признается справедливой подавляющим большинством геофизиков.
Теоретически каждую тектоническую плиту можно сравнить с ленточным транспортером. Расселина, образовавшаяся в результате разлома океанического хребта (цепи гор длиной в 70 тысяч и шириной от 500 до 3 тысяч километров, расположенные на дне Мирового океана), начинает заполняться горячей и вязкой магмой, поднимающейся из астеносферы. Достигнув поверхности, она "прирастает" к краям, охлаждается, застывает, давая дорогу следующему потоку. На другом конце ленточного транспортера соответствующее количество породы должно исчезнуть. Именно это происходит в глубоководных впадинах, сосредоточенных в основном на дне Тихого океана, где одна тектоническая плита как бы заплывает, "ныряет" под другую и уходит на глубину под углом 50-70 градусов (как правило, "ныряет" та плита, на которой нет континентального массива, состоящего из более легкого материала, который, как понтон, держит край и не дает ему погрузиться). По мере оседания затвердевшее вещество литосферы вновь попадает в условия температуры и давления, свойственные подземным глубинам, и мало-помалу снова превращается в пластическую магму (рис. 11).
Жесткие, внутри спокойные тысячекилометровые глыбы-платформы толщиной до 100-150 километров движутся по раскаленной полупластичной подкладке со скоростью от 1 до 10 сантиметров в год. Взаимное перемещение блоков земной коры происходит по-разному. То они удаляются друг от друга, то сближаются, то спокойно скользят по отношению друг к другу. Наползая друг на друга, они образуют складки - горы, раздвигаясь - глубокие впадины, такие, как, например, озеро Байкал. Однако бывают случаи, когда громады-блоки как бы сцепляются и движение затрудняется. При этом горная порода, образующая блоки, начинает деформироваться. В ней, как в пружине, накапливается упругая энергия - тем большая, чем больший объем охвачен деформациями, пока не будет превзойдена прочность горной породы. Как только это происходит и порода начинает разрушаться, блоки получают возможность подвигаться скачками, а титаническая энергия, накопленная в породе, освобождается в виде сейсмических волн - происходит землетрясение.