- •ВВЕДЕНИЕ
- •Литература
- •1. МАТЕРИЯ. ДВИЖЕНИЕ
- •Единство природы
- •Иерархия объектов в природе
- •Четыре вида фундаментальных взаимодействий
- •Пространство и время
- •Торсионные поля
- •Вселенная, Галактика, Солнечная система, планеты. Основные гипотезы происхождения и эволюции
- •Основы «холодной» модели происхождения Солнечной системы
- •Модель горячей Земли
- •Вихревая материя Декарта и звездные системы
- •Модель образования Солнечной системы из эндо-галактического вихря
- •Геосолитоны как функциональная система Земли
- •Предмет физики Земли
- •Литература
- •О фигуре реальной Земли
- •Геофизическое обоснование геоида. Сфероид Клеро
- •Фигура и распределение массы внутри Земли
- •Референц-эллипсоид. Эллипсоид Красовского. Международный эллипсоид
- •Понятие о периодах Эйлера и Чандлера, нутации и прецессии, динамическое сжатие
- •Колебания Чандлера и сейсмотектонический процесс
- •Геоид по спутниковым данным. Квазигеоид
- •Земля как 3-осный эллипсоид
- •Литература
- •3. ФИЗИКА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
- •Определение науки сейсмологии. Классификация землетрясений по происхождению, глубине очага и силе. Географическое распределение землетрясений
- •Способы оценки интенсивности колебаний при землетрясениях: макросейсмические шкалы и 12-балльная шкала MSK-64
- •Прогнозирование землетрясений, сейсмическое районирование и сейсмостойкое строительство
- •Землетрясение, его очаг, гипоцентр, эпицентр, эпицентральное расстояние
- •Землетрясения Луны и Марса
- •Энергия землетрясения
- •Магнитуда землетрясения
- •Упругая энергия, выделяющаяся в очаге
- •Энергетический класс
- •Зависимость между размерами очага и количеством выделившейся в нем энергии
- •График повторяемости землетрясений
- •О повторяемости землетрясений
- •Дислокационные теории очага землетрясения
- •Модели сейсмического процесса
- •Литература
- •Основы теории упругости
- •Тензор деформации
- •Основное допущение классической теории упругости
- •Тензор напряжений
- •Энергия деформирования
- •Закон Гука
- •Однородные деформации
- •Адиабатические процессы
- •Продольные и поперечные упругие волны в изотропной среде
- •Поверхностные упругие волны
- •Законы Ферма, Гюйгенса и Снеллиуса
- •Упругие волны в твердых телах и сейсмические волны
- •Развитие сейсмометрических наблюдений
- •Сейсмическая станция
- •Сети сейсмических станций
- •Годографы
- •Траектории волн внутри Земли
- •Анализ данных о скоростях распространения продольных и поперечных волн по радиусу Земли
- •Проявление внешнего и внутреннего ядер Земли в особенностях выхода объемных сейсмических волн на поверхность Земли
- •Состояние слоев вещества Земли по данным сейсмологии. Распределение скоростей и сейсмических волн в земной коре (континентов и океана), типы земной коры (по данным сейсмологии)
- •Земная кора
- •Океаническая кора
- •Континентальная кора
- •Литосфера и астеносфера
- •Сейсмология и глобальная тектоника
- •Литература
- •Обзор развития представлений о моделях Земли
- •Предпосылки создания теории определения плотности
- •Упругость и плотность Земли
- •Распределение упругих модулей с глубиной
- •Давление и ускорение силы тяжести с глубиной
- •Мантия Земли
- •Земное ядро
- •Литература
- •6. ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
- •Отклонение Земли от состояния гидростатического равновесия
- •Волны геоида
- •Изостазия
- •О моментной природе волн геоида
- •Литература
- •7. ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
- •Геомагнетизм и физика Земли
- •История развития представлений о магнитном поле Земли и о магнитных явлениях
- •Элементы магнитного поля Земли
- •Магнитные поля планет
- •Методы исследования магнитного поля Земли
- •Миграция магнитных полюсов
- •Вариации значений магнитного момента Земли
- •Вековые вариации геомагнитного поля
- •Главное магнитное поле Земли. Аномалии геомагнитного поля
- •Магнитные свойства пород. Палеомагнетизм
- •Новая глобальная тектоника
- •Происхождение главного магнитного поля Земли
- •Электрические эффекты
- •Электромагнитные зондирования
- •Геомагнетизм и жизнь. Диапазон магнитных явлений
- •Глобальные магнитные аномалии как самоорганизующаяся система токовых контуров в ядре Земли
- •Литература
- •8. ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
- •Общие сведения о тепловом балансе Земли
- •Определение теплового потока и геотермического градиента на континентах и в океане
- •Связь теплового потока с основными структурами земной коры
- •Механизмы переноса тепла в Земле
- •Способы оценки температуры в земной коре
- •Температура в мантии
- •Температура в ядре Земли
- •Обобщенная температура по радиусу Земли
- •Новые данные о тепловом поле Земли
- •Литература
- •9. РЕОЛОГИЯ ЗЕМЛИ, ПРИРОДА ЕЕ ОСНОВНЫХ СЛОЕВ И РАЗДЕЛЯЮЩИХ ИХ ГРАНИЦ
- •Хроника появления и развития основных представлений физики вязкоупругих тел и их применение к веществу Земли
- •Среда в физике Земли
- •Процесс ползучести и его феноменологическое описание
- •Зависимость между напряжением и деформацией для некоторых реологических сред
- •Реология Земли
- •Вещество Земли в условиях высоких давлений и температур
- •Природа и характер границы Мохоровичича между земной корой и мантией
- •Происхождение земной коры, гипотезы дифференциации, зонной плавки и океанизации
- •Строение мантии
- •Ядро Земли
- •Литература
- •10. РОТАЦИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ
- •Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной
- •Вращательное движение в геологии
- •Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной
- •Структура пространства-времени
- •Новый диалог с Природой
- •Литература
- •11. ЭЛЕМЕНТЫ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ
- •О терминологии
- •Геология и время
- •Время и энтропия
- •Хронология фанерозоя
- •Резюме
- •Еще раз о вихрях в геологии
- •Моментная природа геодинамического процесса
- •Взаимодействие землетрясений
- •Колебания Чандлера
- •Ротационно-упругие волны
- •Физическая модель геологической среды
- •Дальнодействие
- •Уравнение движения однородной цепочки взаимодействующих блоков (на примере окраины Тихого океана)
- •Свойства решений
- •Характерная скорость процесса
- •Энергия сейсмического процесса
- •О связи вулканизма и сейсмичности
- •Волновая геодинамика
- •О вращательном движении тектонических плит
- •Энергия тектонического процесса
- •Сейсмичность, вулканизм и тектоника как составные части волнового геодинамического процесса
- •Что же такое землетрясение и его очаг?
- •Литература
- •12. ГЕОЛОГИЯ И МЕХАНИКА
- •Форма Земли и геодинамика
- •Парадокс Эверндена
- •Оценки М.В. Стоваса
- •Форма Земли и ее строение: новые подходы
- •Новая модель геоизостазии
- •Роль землетрясений в минимизации гравитационной энергии
- •Высота геоида
- •Замечание по поводу сжатия Земли
- •Принцип минимизации энергии
- •Механизмы реализации принципа минимизации
- •Процесс самоорганизации
- •Распределение плотности
- •Вихревые структуры
- •Новые данные и нестыковки
- •Начальный ньютоновский этап
- •Этап Якоби
- •Этап Дирихле
- •Современный этап
- •Литература
- •Суть проблемы геомагнетизма
- •Нестыковки
- •Бароэлектрический эффект и электромагнетизм планет
- •Резюме
- •Литература
- •14. ГЕОЛОГИЯ И ВРЕМЯ (продолжение)
- •Геология и жизнь
- •Суть проблемы
- •Обзор представлений о развитии концепции времени
- •Узловые моменты
- •Резюме
- •Литература
- •Общий обзор
- •Древний период
- •Эллада, древние Китай и Индия
- •Средние века
- •Эпоха возрождения
- •Разделение натурфилософии на естественные науки
- •Революция в естествознании
- •Современный период
- •Развитие представлений об эфире, вакууме, торсионных полях, информации и сознании
- •Древний период
- •Эллада, древние Китай и Индия
- •Средние века
- •Эпоха Возрождения
- •Разделение натурфилософии на естественные науки
- •Революция в естествознании
- •Современный период
- •«Неизбежность странного мира»
- •Литература
- •Гипотеза
- •Литература
- •Оглавление
c2 |
= 3 |
15 |
ΩR |
G |
≈V V |
(11.41) |
0 |
8π 2 |
0 |
ρ |
R S |
|
|
илиприпринятыхвышепараметрахмодели: |
|
|||||
c0 |
≈ (1÷10) см/с. |
|
(11.42) |
|||
Здесь VS = |
G / ρ |
- |
поперечная скорость упругих волн, |
VR = ΩR0 - центробежная |
скорость.
Соотношение численных значений «наклонов» глобальной (11.4) и локальной (11.6) зависимостей (рис. 3.4, I и II соответственно), описывающих миграцию очагов землетрясений (11.8), не противоречит такому же соотношению для теоретических «наклонов» (11.38) солитонной и экситонной зависимостей (рис. 11.8, I и II соответственно). Теоретическое модельное значение скорости c0 (11.42) равно «экспериментально» определенной (рис. 11.1,
зависимость I) предельной скорости глобальной миграции очагов |
тихоокеанских |
|||
землетрясений V1,max |
(11.5) |
и, тем самым, по смыслу, является характерной скоростью процесса |
||
V0 (рис. 11.8): |
|
|
|
|
c0 |
≈V1,max |
≈V0 . |
(11.43) |
|
Все эти данные в совокупности позволяют экспериментально установленные и глобальную и локальную зависимости магнитуд землетрясений от скоростей миграции их очагов считать солитонным и экситонным решениями уравнения СГ, описывающего движение цепочкиповорачивающихсягеоблоков(11.32), (11.34) всмыслеА.С. Давыдова[1982].
В качестве дополнительного подтверждения сформулированного вывода приведем следующие данные. В рамках предложенной модели удалось собственную частоту ω0 (11.38)
поворотного движения блока отождествить с частотой нутации полюса планеты, по сути, являющейся экситонной энергией E0 , определяющей «нулевое» состояние (11.39). В рамках
той же задачи было предсказано расщепление частоты нутации (Чандлера) на две частоты [Викулин, Кролевец, 2001; Vikulin, Krolevets, 2002]. И этому эффекту в рамках модели взаимодействующих блоков так же дано объяснение [Викулин, Викулина, 2008]: скорость миграции вдоль широты расщепляется на величину скорости Доплера, обусловленную вращением Земли вокруг своей оси, скорость миграции вдоль долготы – не расщепляется (см. вышераздел, посвященныйэффектуДоплера).
Характерную скорость процесса согласно соотношения (11.41) с точностью до численного множителя, можно представить в виде среднегеометрического произведения двух скоростей: центробежной VR и упругой VS . Отсюда и название модели, данное ей авторами
[Викулин, Иванчин, 1997, 1998] – ротационно-упругаяволноваямодель.
Энергия сейсмического процесса. Итак, энергетические оценки подтвердили модель одного блока и, тем самым, доказали возможность единственного физического допущения модели– существованиясобственногомоментаублокасреды(геофизическойсреды). Врамках модели двух блоков нашло свое естественное объяснение свойство дальнодействия и такие связанные с ним явления, как землетрясения-дуплеты и пары землетрясений, удаленные форшоки и афтершоки, расщепление скорости миграции форшоков и афтершоков вдоль географической широты и нутации полюса Земли. И, как следствие такого последовательного подхода, в рамках модели цепочки блоков получено волновое описание сейсмического процесса. При этом для вращающихся блоковых сред было показано существование принципиально нового типа волн – ротационно-упругих волн, характерная скорость которых
319
определяется ротационными свойствами слагающих ее блоков и упругостью среды (точнее - упругимипараметрами, определяющимисцеплениеблоковсматрицей).
Видим, чтопоследовательное«усложнение» моделибезеевнутреннегорассогласования приводит к «расширению ее возможностей». Это позволяет полученные аналитические решения для модели двух блоков применить к феноменологическому описанию цепочки блоков.
Энергию волнового |
движения |
в |
цепочке |
блоков можно оценить с помощью |
|||||
аналитически |
полученного |
выражения |
для |
энергии |
взаимодействия блоков Wint |
(11.27). |
|||
Полагаем, что землетрясения-дуплеты |
и/или пары землетрясений являются результатом |
||||||||
предельного |
(cosφ =1) взаимодействия, |
при котором |
моменты соответствующих |
таким |
|||||
событиям блоков |
параллельны (φ = 0) . |
Тогда |
для |
равновеликих соприкасающихся |
(l = 2R0 ,(R0 / l)3 =1/8) пар блоков (как в случае пары землетрясений на Средних Курилах
15.11.2006 и 13.01.2007, табл. 11.4, № 10) и/или блоков-дуплетов (как в случае Большого Камчатского землетрясения-дуплета 4.11.1952, табл. 11.4, № 12, рис. 3.4б), расположенных
«через один» (l = 4R |
,(R / l)3 =1/ 64) |
, для энергии волнового движения в цепочке блоков на |
||
0 |
0 |
|
|
|
основании(11.25) и(11.27) получаемследующуюоценку: |
|
|||
|
W |
≈ (0,02 ÷ |
0,7)W ≈1024±1 Дж. |
(11.44) |
|
int |
|
0 |
|
Полученная оценка (11.44), по сути, определяет энергию волнового сейсмотектонического процесса, протекающего в пределах геодинамически активных поясов (тихоокеанского кольца) планеты. Взаимодействие вследствие вращения Земли сейсмофокальных блоков друг с другом с энергией (11.44) приводит к их поворотам, что и сопровождается сильнейшими землетрясениями, при которых излучается упругая энергия примерно на восемь порядков по величине меньшая (11.24а) энергии сейсмотектонической волны(11.44).
ВолноваяприродавулканизмаокраиныТихогоокеана
Исходные данные. Сейсмичность и вулканизм, рассматриваемые как процессы планетарного масштаба, вне всякого сомнения, не просто взаимосвязаны. Действительно, подавляющая часть всех землетрясений планеты, в том числе все самые сильные из них, происходят в пределах тектонически активных поясов. Вблизи таких поясов расположены и самые активные вулканы планеты. Эти данные указывают на то, что причины, приводящие к землетрясениямикизвержениямвулканов, имеютобщиегенетическиекорни.
Поиску взаимосвязи между сейсмичностью и вулканизмом в пределах окраины Тихого океана и анализу такой взаимосвязи посвящено достаточно большое количество исследований. Их обзор представлен в работах [Акманова, 2008; Викулин, 2003; Викулин, Водинчар, Мелекесцев и др., 2007; Мелекесцев и др., 2005]. Согласно этих обзоров, отсутствуют данные, которые бы однозначно указывали на существование взаимосвязи между сейсмическим и вулканическим процессами. Тем не менее, большинство исследователей склоняются к мысли о существовании такой взаимосвязи. Имеющиеся данные позволили сформулировать гипотезу о том, что сейсмичность и вулканизм в пределах окраины Тихого океана взаимосвязаны и такая взаимосвязь имеет не локальный, а региональный характер втом смысле, что взаимосвязаны не конкретные землетрясения и извержения вулканов, а их совокупности, рассматриваемые в пределах региона. Опубликовано большое количество исследований, в которых содержатся сведения о миграции вулканической активности. Согласно [Акманова, 2008], скорости миграции вулканической активности в пределах разных и вулканических отдельно взятых центров и целых регионов протяженностью до 104 км, рассматриваемых в пределах различных по продолжительности интервалов времени от 100 лет до 80 млн лет, по данным разных исследователейизменяютсявдостаточноширокихпределах:
320
10−5 ≤V ≤103 |
[км/год]. |
(11.45) |
volc |
|
|
С целью изучения закономерностей вулканической активности и ее взаимосвязи с сейсмическим процессом была создана электронная база, включающая данные о землетрясениях и извержениях вулканов мира [Акманова, 2008; Викулин, Водинчар, Мелекесцев и др., 2007]. База вулканических извержений составлена в формате базы землетрясений и содержит следующие параметры: дата извержения (год, месяц, день), координаты вулкана (долгота и широта в градусах) и объем изверженного ювенильного материала W. В базе представлены все n = 6415 известные (датированные) извержения N = 607 вулкановпланетызапоследние12 тыс. летс9850 г. дон.э. по2005 г. включительно.
В соответствии со шкалой, принятой в Smithsonian Institution [Simkin, Siebert, 1993], все извержения в базе классифицировались по величине W = 1, 2, 3, …, 7, значения которой соответствуют следующим объемам извергнутых при извержении ювенильных пород 104-5, 106, 107, …, 1011 м3 соответственно. Распределение чисел извержений в базе по их величинам W для разных по масштабу регионов от всего мира до отдельно взятого вулкана представлено в табл. 11.6 и на рис. 11.10. Из этих данных видно, что вулканические извержения, независимо от масштаба рассмотрения вулканического процесса, по своей величине распределены вполне закономерным образом: как звезды и землетрясения – чем событие сильнее, тем реже оно происходит.
Таблица 11.6. Значения углов наклонов графиков повторяемости извержений вулканов.
|
|
Число |
Число |
|
Временной |
Угол |
||
№ |
Регион |
вулканов, |
извержений, |
Диапазон W |
интервал |
|||
наклона |
||||||||
|
|
N |
n |
|
извержений |
|||
|
|
|
|
|
||||
1 |
Планета в |
607 |
6415 |
1÷7 |
9850 до н.э. |
-0.51 ± 0.04 |
||
|
целом |
|
|
|
– 2006 |
|
|
|
|
Окраина |
|
|
|
9850 до н.э. |
|
|
|
2 |
Тихого |
503 |
5498 |
1÷7 |
-0.51 |
± 0.04 |
||
|
океана |
|
|
|
– 2006 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
Камчатка |
38 |
443 |
1÷7 |
8050 до н.э. |
-0.47 |
± 0.04 |
|
|
|
|
|
|
– 2006 |
|
|
|
|
Ключевской |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
вулкан, |
1 |
93 |
1÷4 |
1697 – 2005 |
-0.67 |
± 0.02 |
|
|
Камчатка |
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение угла наклона графика повторяемости извержений |
-0.5 |
± 0.1 |
Данные о повторяемости вулканических извержений, вслед за [Токарев, 1987], позволяют, в принципе, ставить задачу об энергетической классификации вулканических извержений.
Наиболее активным вулканическим регионом планеты является окраина Тихого океана (табл. 11.6). Вдоль узкого вулканического пояса – тихоокеанского огненного кольца, расположены N = 503 вулкана - 83% всех вулканов планеты, извергавшиеся за последние 12 тыс. лет n = 5498 раз (рис. 11.11 а). Из общего числа извержений вулканов планеты с W ≥ 5 и с W ≥ 6 на долю таких же по объему извержений тихоокеанских вулканов приходится 86% и 95% соответственно(рис. 11.11 б).
Данные о тихоокеанских вулканических извержениях с W ≥ 6 в 250 до н.э. – 1991 гг. представленытабл. 11.7.
О периодичности вулканического процесса. Методом Фурье-анализа исследовалось распределение чисел вулканических извержений по временным интервалам между ними. Оказалось, что по данным мирового каталога такое распределение содержит гармоническую составляющую, содержащуюпериоды1600 и2400 лет[Акманова, 2008].
321
Рис. 11.10. Распределение чисел вулканических извержений по их величинам W – графики повторяемостивулканических извержений, построенные по данным наразличных масштабных уровнях: вся планета в целом (а), окраина Тихого океана (б), Камчатка (в) и Ключевской вулкан на Камчатке (г). Характеристикакаждойвыборкиданныхприведенавтабл. 11.6.
С целью выявления периодов меньшей продолжительности исследовалось распределение чисел вулканических извержений аналогично тому, как это делалось для землетрясений (см. главу 3, раздел «О повторяемости землетрясений»): с разбиением всего (за 12 тыс. лет) и каждой из его половин (по 6 тыс. лет каждая) каталога вулканических извержений на различные выборки событий: планета в целом, Тихоокеанские извержения и извержения других регионов, Восточная и Западная окраины Тихого океана. Анализ показал, что выявленные значения периодов вулканического процесса заключены в широком диапазоне от 170 до 2700 лет. Периоды продолжительностей, меньших 170 лет, очевидно, вследствие малочисленностиисходныхданных, выявитьнеудалось.
Исходные данные и первичный анализ был выполнен студентами четвертого курса КамчатГТУ кафедры Информатики во время выполнения курсовой работы в ИВиС ДВО РАН летом2008 г. Зачтоавторвыражаетимпризнательность.
И числа выявленных периодов и их значения для каждой выборки оказались различными. Однако все выборки содержат все три, два или один из трех периодов, продолжительностикоторыхзаключенывследующихдиапазонах:
T1 ≈198 ±17 лет, |
(11.46.1) |
|
T2 ≈ 2T1 |
≈ 376 ±12 лет, |
(11.46.2) |
T3 ≈ 4T1 |
≈ 762 ±17 лет. |
(11.46.3) |
Приведенные в табл. 11.7 данные показывают, что выявленные статистическим анализом периоды действительно наблюдаются. Так, с интервалом по продолжительности близким ≈ 2T3 , извергался вулкан Кракатау в 416 и 1883 гг., ∆T =1402 лет (табл. 11.7, №№9,
26). ПримерночерезтакиежеинтервалыизвергалисьрядомрасположенныевулканыАмбримв 50 г. и Кувае в 1452 г., ∆T =1497 лет, Новые Гибриды (табл. 11.7, №№ 3, 20), и вулканы Кагуяк в 415 г. и Новарупта (Катмай) в 1912 г., ∆T =1497 лет на Аляске (табл. 11.7, №№ 8, 27). Интервал между извержениями рядом расположенных камчатских вулканов Ксудач в 240 г. иОпалав610 г. составил ∆T = 370 лет ≈ T2 .
322
Таблица 11.7. Данные об извержениях c W ≥ 6 тихоокеанских вулканах в 250 до н.э. – 1991 гг. [Викулин, Водинчар, Мелекесцев и др., 2007; Гущенко, 1979; Simkin, Siebert, 1993]
№ |
Дата извержения |
Широта, |
Долгота, |
W |
Название вулкана |
Район |
п.п. |
(год, месяц, день) |
φ |
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
-250 до н.э. |
-29.27 |
-177.92 |
6 |
о-в Раоул |
Новая Зеландия |
2 |
-100 до н.э. |
53.43 |
-168.13 |
6 |
Окмок |
п-ов Аляска |
3 |
50 |
-16.25 |
168.12 |
6 |
Амбрим |
Новые Гибриды |
4 |
60 |
61.38 |
-141.75 |
6 |
Чурчилл |
п-ов Аляска |
5 |
110.00.00 |
61.25 |
-141.70 |
6 |
Бона |
п-ов Аляска |
6 |
180.00.00 |
-38.82 |
176.00 |
7 |
Таупо |
Новая Зеландия |
7 |
240.00.00 |
51.8 |
157.53 |
6 |
Ксудач |
Камчатка |
8 |
415.00.00 |
58.61 |
-154.03 |
6 |
Кальдера Кагуяк |
п-ов Аляска |
9 |
416.00.00 |
-6.1 |
105.42 |
6 |
Кракатау |
Индонезия |
10 |
450.00.00 |
13.67 |
-89.05 |
6 |
Илопанго |
Сальвадор |
11 |
540.00.00 |
-4.27 |
152.2 |
6 |
Рабаул |
о. Н.Британия |
12 |
610.00.00 |
52.54 |
157.34 |
6 |
Опала |
Камчатка |
13 |
700.00.00 |
61.38 |
-141.75 |
6 |
Чурчилл |
п-ов Аляска |
14 |
710.00.00 |
-5.58 |
150.52 |
6 |
Паго |
о. Н.Британия |
15 |
740.00.00 |
61.25 |
-141.70 |
6 |
Бона |
п-ов Аляска |
16 |
800.00.00 |
-5.06 |
150.11 |
6 |
Дакатау |
о. Н.Британия |
17 |
930.00.00 |
21.13 |
-104.51 |
6 |
Цеборуко |
Мексика |
18 |
1030.00.00 |
-6.09 |
155.23 |
6 |
Билли Митчелл |
о. Бугенвиль |
19 |
1280.00.00 |
-0.85 |
-78.9 |
6 |
Куилотоа |
Эквадор |
20 |
1452.00.00 |
-16.83 |
168.54 |
6 |
Кувае |
Новые Гибриды |
21 |
1580.00.00 |
-6.09 |
155.23 |
6 |
Билли Митчелл |
о. Бугенвиль |
22 |
1600.02.19 |
-16.61 |
-70.85 |
6 |
Хуанапутина |
Перу |
23 |
1660.00.00 |
-5.36 |
147.12 |
6 |
о-в Лонг |
Новая Гвинея |
24 |
1815.00.00 |
-8.25 |
118 |
7 |
Тамбора |
Ява |
25 |
1835.01.20 |
12.98 |
-87.57 |
6 |
Косигвина |
Никарагуа |
26 |
1883.05.20 |
-6.1 |
105.42 |
6 |
Кракатау |
Индонезия |
27 |
1902.10.24 |
14.76 |
-91.55 |
6 |
Санта Мария |
Гуатемала |
28 |
1912.06.06 |
58.27 |
-155.16 |
6 |
Новарупта |
п-ов Аляска |
29 |
1932.04.10 |
-35.65 |
-70.76 |
6 |
Сьерро Азул |
Чили |
30 |
1991.04.02 |
15.13 |
120.35 |
6 |
Пинатубо |
Филиппины |
Примечание: «-» южная широта и западная долгота вулкана, W – величина извержения.
Полученные данные показывают, что и структура гармонической составляющей и значения характерных периодов вулканического процесса, по сути, повторяют такие же параметры сейсмического процесса: выявленные кратные друг другу вулканические периоды
(11.46.1), (11.46.2) и (11.46.3) оказались близкими сейсмическим периодам (3.22.2), (3.22.3) и (3.22.4) соответственно.
Как видим, вулканический и сейсмический процессы имеют много общих и даже тождественных свойств, по сути - волновых. Действительно. Вулканический процесс, как и сейсмический, является планетарным процессом и содержит гармоническую составляющую с кратными периодами. Вулканические извержения, как и землетрясения, по своей величине (энергии) распределены вполне закономерно - в соответствии с однотипными графиками повторяемости. Тихоокеанский вулканический пояс – огненное кольцо, как и тихоокеанский сейсмический пояс, является наиболее активным поясом планеты. Вулканический и сейсмический тихоокеанские пояса расположены параллельно друг другу на всем своем протяжении, при этом на западном сегменте окраины «корни» вулканов «прошивают» сейсмофокальную зону на глубинах около 150 км. Скорости миграции вулканической
323
активности (11.45) расположены в том же диапазоне значений, что и скорости миграции землетрясений(рис. 11.2, соотношения(11.4) – (11.7)).
Все приведенные сейсмические и вулканические данные свидетельствуют не просто о наличии некоторых общих свойств у сейсмического и вулканического процессов. Эти данные посвоему физическомусодержаниювполнеопределенноуказываютнасуществованиеединого энергетического источника для вулканического и сейсмического процессов, протекающих в пределах окраины Тихого океана. При этом вывод о едином источнике становится все более очевидным при переходе к рассмотрению совокупностей, содержащих все более сильные вулканические и сейсмические события. Например, извержения-«погодки» вулканов Кагуяк в 415 г. наАляске иКракатау в416 г. вИндонезии(табл. 11.7, №№8, 9), отстоящихдруготдруга примерно на 15·103 км, по аналогии с сильнейшими сейсмическими событиями (см. предыдущиеразделыэтойчасти), можносчитатьпаройизвержений.
Такимобразом, можноожидать, чтонаиболеесильныевулканическиеизвержения, каки сильнейшие землетрясения, мигрируют вдоль окраины Тихого океана по часовой стрелке со скоростями, близкимиповеличинескоростяммиграциисильнейшихземлетрясений.
Миграция вулканических извержений вдоль окраины Тихого океана. Данные об извержениях с W ≥ 6 (объемом извергнутого материала 10 км3 и более) тихоокеанских вулканов за интервал 250 до н.э. – 1991 гг. приведены в табл. 11.7; их расположение представлено на рис. 11.11. Видно, что общая протяженность линии, вдоль которой сосредоточены тихоокеанские вулканы, от крайнего на западе вулкана Бак Айленд (Антарктика) до крайнего на востоке вулкана Десепшен (Южная Америка), составляет L = 45400 км (рис. 11.11 а). Протяженность линии, вдоль которой расположены вулканы, извергавшиеся с W ≥ 6 , от вулкана Таупо, Новая Зеландия (табл. 11.7, № 6) до вулкана Сьерро Азул, Чили(табл. 11.7, №29) составляет41400 км(рис. 11.11 б).
Исследование свойств распределения в пространстве и во времени вулканических извержений с W ≥ 6 проводилось на плоскости с осями расстояние вдоль окраины L – время извержения t. Данные, приведенные на рис. 11.12, показывают, что все вулканические извержения (93%, 28 из 30) группируются вдоль двух достаточно узких областей (I, II) примерно параллельных друг другу - скорости миграции V1,2 вдоль которых примерно равны
междусобой:
V |
≈ 7,2 ± 4,0 км/год, V ≈ 4,3 ± 2,0 км/год, V ≈ |
1 (V |
+V ) ≈ 5 ± |
2 км/год. (11.47) |
||
I |
II |
|
2 |
I |
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность характерного |
периода |
T4 такой |
миграции вулканических |
изверженийвдольокраиныТихогоокеанаопределяетсяизочевидногоравенства:
V T |
= |
L |
≈ 2 104 км, |
(11.48) |
|
||||
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
где L = 4,5 104 км – протяженность тихоокеанского огненного кольца. Ясно, что в случае, если возможна миграция вулканических извержений с другой скоростью, скажем со скоростью a , то врамках периодического вулканического процесса характерный период Ta также должен соответствоватьуравнению(11.48):
a T = |
L |
. |
(11.49) |
a |
2 |
|
324
Рис. 11.11. Вулканическая активность окраины Тихого океана за последние 12 тыс. лет. а – вулканы с извержениями 1 ≤W ≤ 7 , б – вулканы, извергавшиеся с W ≥ 6 . 1 – вулканы, хотя бы один раз извергавшиеся с W ≥1; 2, 3 – вулканы, извергавшиеся с W ≥ 6 в 9850 – 251 гг. до н.э. и в 250 до н.э. – 1991 гг. соответственно, i – номер вулканического извержения согласно данным табл. 11.7; 4 – линия, вдоль которой определялась координата L вулканических извержений, градация расстояний соответствует5·103 км.
Рис. 11.12. Расположение тихоокеанских вулканов с W ≥ 6 извержениями на плоскости с осями L - расстояние вдоль окраины, t – время. Пустыми кружками обозначены извержения (№№ 9, 28), данныеокоторыхнеиспользовалисьприопределениизависимостей I иII (11.47). Цифрысоответствуют номерамвулканическихизверженийвтабл. 11.7.
325
Анализ показывает, что миграция тихоокеанских вулканических извержений с W ≥ 6 со скоростями, отличными от (11.47) возможна. Пример такой миграции представлен на рис. 11.13. Из данных этого рисунка видно, что все 30 вулканических тихоокеанских извержений с W ≥ 6 в течение последних 2250 лет оказывается возможным разместить вдоль таких цепочек, скорости миграции а вдоль которых и характерный период Ta удовлетворяют соотношению
(11.49):
a = 60 ±10 км/год, Ta = 330 ± 50 лет. (11.50)
Рис. 11.13. Пример «быстрой» миграции вулканических извержений в пределах окраины Тихого океана со скоростью около 60 км/год. 1 – вулканические извержения, 2 – эпицентры землетрясений с
MW ≥ 8,8 , 3 – линии миграции, определенные методом наименьших квадратов; цифрами обозначены номерамиграционныхцепочек, параметрыкоторыхприведенывтабл. 11.8
Действительно, как следует из данных табл. 11.8 среднеквадратичный разброс каждого из этих значений невелик и составляет не более 15-16%, что может служить доказательством миграциисоскоростьюа.
Таблица 11.8. Параметры цепочек «быстрой» миграции вулканических извержений в пределах окраиныТихогоокеанасучетомданныхоземлетрясенияхс MW ≥ 8,8 .
p |
k |
а, км/год |
Tа, год |
1 |
4 |
63 ± 24 |
|
2 |
4 |
61 ± 12 |
302 |
3 |
7 |
44 ± 7 |
375 |
4 |
3 |
51 ± 8 |
351 |
5 |
4 |
50 ± 5 |
273 |
6 |
8 |
80 ± 10 |
418 |
7 |
6 |
50 ± 40 |
278 |
Среднее |
5±2 |
57 ± 9 |
Tа ≈333 ± 49 |
Примечание: p – порядковый номер цепочек мигрирующих вулканических извержений, представленных на рис. 11.13; k – количество извержений вулканов и эпицентров землетрясений в цепочке мигрирующих событий; а – значение “угла наклона” цепочки – скорости миграции; Tа – интервалы времени между миграционными цепочками, определенные по их “центральным” частям на уровне L/2 ≈ 22500 км.
326