книги / Общая геология

ломление и отражение упругих колебаний, а также скачкообраз­ ные изменения скоростей распространения упругих колебаний.

В табл. 18 приведены данные об изменении скоростей распро­ странения сейсмических волн с глубиной.

Рис. 149. График изменения скоростей сейсмических волн с глубиной.

1 — продольные; 2 — поперечные.

Изобразим данные табл. 18 в виде графика (рис. 149). Табл. 18 и график рис. 149 показывают, что в недрах земли

Первая граница на глубине 30—80 км (в среднем 60 км) пред­ ставляет собой так называемый раздел Мохоровичича I порядка. Здесь скорость продольных колебаний до раздела равна 6,3 км/сек, поперечных 3,7 км/сек, под ним скорость продольных колебаний 8,0 км/сек, поперечных 4,3 км/сек.

Следующий раздел I порядка имеется на глубине 2900 км. Над этой глубиной скорость продольных колебаний равна 13,6 км/сек, поперечных 7,3 км/сек. Под ней скорость продольных колебаний равна 8 км/сек. Поперечные колебания с глубины 2900 км до самого центра Земли не наблюдаются.

Разделы I порядка — это глубины скачкообразного измене­ ния скоростей распространения продольных и поперечных коле­ баний. Кроме того, изменения в скоростях распространения упругих колебаний происходят на глубинах 900, 1800, 5000 и 5200 км.

На основании изучения землетрясений с каждым годом полу­ чают все больше материалов, дающих возможность выявлять все новые и новые детали строения недр Земли.

Весьма примечательным в сейсмологии является еще явле­ ние с е й с м и ч е с к о й т е н и . Оказывается, что любое земле­ трясение рядом сейсмических станций не обнаруживается. Уста­ новлено, что в число таких станций попадают те, которые распо­ лагаются на расстоянии от 13 000 до 16 000 км от эпицентра. Эти станции попадают в сейсмическую тень, обусловленную наличием центрального ядра Земли. Из табл. 18 и схемы скоростей распространения колебаний внутри Земли на разных глубинах видно, что на глубине 2900 км происходит очень резкий скачок скоростей распространения упругих колебаний (от 13,6 до 8 км/сек). Кроме того, до сих пор не удалось установить на глу­ бинах свыше 2900 км поперечные колебания. По-видимому, они сюда не проходят. Эти факты свидетельствуют о том, что физи­ ческое состояние вещества центрального ядра Земли должно резко отличаться от физического состояния вещества других оболочек ее.

Подобный скачок в изменениях скоростей мы имеем на гра­ нице сиаля и симы (см. табл. 18 и рис. 149). Таким образом, агре­ гатное состояние сиаля должно отличаться от состояния симы.

Предполагается, что вещество земли в пределах центрального ядра находится в так называемом «металлизированном» состоя­ нии, приближающемся к жидкости. Этим и объясняется, оче­ видно, отсутствие в его пределах поперечных сейсмических колебаний.

На рис. 150 приведена схема, поясняющая образование сейсми­ ческой тени.

Как уже указывалось, землетрясения распространены в са­ мых различных местах Земли. 43% всех землетрясений приходится на побережье Тихого океана и самый Тихий океан; 30% —

на складчатые зоны альпийского орогенеза вне пределов Тихого океана и его побережий; 22% — на зоны разломов в Исландии, Западной и Средней Европе, Балканах, Внутренней Африке, Малой Азии, Армении, Центральной Азии, Южном Китае, Мек­ сике и Средней Америке; 3% — на континентальные зоны опу­ скания; 1,5% — на древние континентальные структуры; 0,5% — на палеозой Урала, Аппалачских гор, Австралийских Альп, Капских и Скандинавских гор.

к областям молодых разломов земной коры, которые наблюдаются главным образом в местах проявления альпийского орогенеза. На платформах разломов меньше, и землетрясения на них про­ исходят реже, причем тем реже, чем древнее платформа. По ча­ стоте землетрясений области земной коры можно расположить в следующем порядке: зоны альпийского орогенеза, зоны мезо­ зойского, или тихоокеанского, орогенеза, герцинские платформы, каледонские платформы, докембрийские платформы.

Так как землетрясения часто бывают связаны с происходя­ щими ныне в земной коре горообразовательными и складкообра­ зовательными процессами, они чаще всего происходят там, где земная кора не пришла еще в состояние более или менее длитель­ ного (в геологическом смысле слова) равновесия.

Типы землетрясений

Все землетрясения по своему генезису подразделяются на т е к- т о н и ч е с к и е , в у л к а н и ч е с к и е и д е н у д а ц и о н ­ н ы е .

Выше мы говорили о землетрясениях первого типа, т. е. о тек­ тонических. К ним относится до 95% известпых нам землетря­ сений. Они отличаются сравнительно значительной глубиной нахождения гипоцентра и потому обнаруживаются всеми сей­ смическими станциями мира, за исключением тех, которые

и газов, насыщающих лавы. Для них характерно неглубокое расположение гипоцентра, иногда выше подошвы вулкана, а по­ тому они фиксируются только близко расположенными сейсми­ ческими станциями. По своей силе в районе эпицентра они иногда бывают весьма разрушительными и в то же время на сравнительно близких расстояниях от эпицентра оказываются уже неощу­ тимыми. Естественно, что гипоцентры вулканических землетря­ сений приурочены к районам ныне действующих вулканов.

Д е н у д а ц и о н н ы м и называются землетрясения, кото­ рые обусловлены различными внешними геологическими факто­ рами. К землетрясениям этого типа можно отнести обвальные землетрясения (обвалы в горах, обрушение подземных выработок— шахт, штолен, обвалы кровли пещер как результат карстовых процессов и т. д.). Сюда же относятся землетрясения от оползней, в том числе подводных. Особенностью денудационных землетря­ сений является неглубокое залегание гипоцентра.

Все сказанное о вулканических землетрясениях в части их интенсивности, фиксирования сейсмическими станциями спра­ ведливо и для денудационных землетрясений.

Так как землетрясения приносят исключительные для чело­ века бедствия, естественно, что в областях их распространения необходимы особые виды и нормы строительства. Согласно пра­ вилам строительства, в сейсмических областях не рекомендуется строить здания на крутых косогорах, у обрывов, на рыхлых грунтах, на влажных болотистых почвах. Не рекомендуются постройки из глины. Особенно тщательно надо возводить стены. Деревянные срубы выдерживают землетрясения лучше, чем кир­ пичные здания даже хорошей кладки.

Перекрытия зданий должны быть как можно более жесткими и прочно соединяться со стенами. Перегородки внутри зданий следует делать из легких материалов и надежно связывать их со стенками. Кладку печей, дымоходных труб и дымоходов надо укреплять проволокой или полосовым железом. В областях,

подверженных землетрясениям, не следует строить многоэтажных зданий.

Важнейшей практической задачей сейсмологии в настоящее время является возможность предсказания землетрясений. Изве­ стно, что землетрясениям иногда предшествуют магнитные бури, возникающие примерно за сутки до начала землетрясения. Перед началом вулканических землетрясений иногда наблюдают выде­ ление газов из кратера вулкана. Однако вопрос предсказания землетрясений разработан пока очень слабо.

о различных движениях в земной коре. Различаются движения горизонтальные (тангенциальные), или орогенические, и движения вертикальные (радиальные), или эпейрогенические. В резуль­ тате тангенциальных движений возникают главным образом раз­ нообразные пликативные (складчатые) дислокации, в резуль­ тате радиальных движений — разнообразные разрывные (дизъюнк­ тивные) дислокации.

Рассматривая геологическое строение гор, мы констатируем в них большое разнообразие как нликативных, так и дизъюнк­ тивных дислокаций. Естественно встает вопрос о причинах воз­ никновения этих дислокаций (т. е. о причинах возникновения движений, горизонтальных и радиальных, порождающих эти дислокации) и о причинах образования гор и складчатых соору­ жений. Эти вопросы в той или другой степени разрешаются г е о ­ т е к т о н и ч е с к и м и г и п о т е з а м и .

Геотектонические гипотезы выдвигались еще учеными и фило­ софами древнего мира, однако все они потеряли в дальнейшем научный смысл.

XIX и XX века характеризуются появлением значительного числа геотектонических гипотез. Их очень много, но до сего вре­ мени нельзя назвать ни одной гипотезы, которая бы до конца объясняла происхождение движений, обусловливающих про­ цессы образования гор и складчатости.

Объясняется это тем, что нам известно более или менее удо­ влетворительно лишь строение суши, занимающей около 29% поверхности земли. Остальные же 71% земной поверхности скрыто от нас водами морей и океанов.

Кроме того, мы имеем весьма недостаточные знания о глубоких недрах Земли и о тех процессах, которые там происходят.

Все геотектонические гипотезы можно разбить на три группы: гипотезы сжатия, гипотезы горизонтального движения континен­ тов и радиоактивные гипотезы.

Г и п о т е з ы с ж а т и я , или к о н т р а к ц и о н н ы е г и п о т е з ы , объясняют горообразование и складкообразование процессами сжатия пород земной коры. Эти гипотезы возникли давно и по-разному объясняли причины сжатия. В те времена, когда в науке господствовала гипотеза Канта-Лапласа, контракционисты (авторы гипотезы сжатия) считали, что вследствие ох­ лаждения Земли, а тем самым сокращения размеров недр ее зем­ ная кора должна была сминаться в складки, разрываться на от­ дельные глыбы, каждая из которых, опускаясь, испытывала бо­ ковое давление со стороны соседних, также опускавшихся глыб. Таким образом, сжатием, сокращением размеров Земли, объясня­ лись в земной коре орогенические и эпейрогенические движения.

В качестве доказательства сжатия земной коры приводились такие соображения: если складки, участвующие в строении любого горного сооружения, разгладить, ширина земной коры на месте горного сооружения должна резко увеличиться. Можно подсчи­ тать линейное и пространственное сокращение размеров земной коры вследствие, например, альпийского орогенеза. Подсчеты показали, что линейное сокращение земной коры перпендикулярно простиранию Альп только вследствие их возникновения равно —120 км (исходя из покровного строения Альп).

Альпы могли возникнуть только в результате общего сокра­ щения земного радиуса на 19 км. Если в то же время принять во внимание образование других складчатых гор альпийского оро­ генеза, сокращение земного радиуса за время этого орогенеза должно быть весьма значительным, измеряемым сотнями кило­ метров.

Сокращение размеров радиуса Земли могло происходить, как говорили контракционисты, также от химических реакций, происходящих в недрах Земли и идущих в направлении уменьше­ ния объема взаимодействующих веществ.

Но ряд геологических данных свидетельствует, что Земля не имеет тенденции к охлаждению. Ее недра в былые геологические эпохи имели временами более высокую и более низкую, чем в на­ стоящее время, температуру. Тб же самое можно сказать и об измене­ ниях объема вещества вследствие разнообразных химических реак­ ций. Ведь в недрах Земли происходят реакции как с уменьшением, так и с увеличением объема взаимодействующих веществ. Трудно сказать, какие реакции являются преобладающими. Иными словами, контракционисты перед лицом фактов вынуждены были отказаться от объяснения горообразовательных и складкообразо­ вательных процессов сокращением размеров недр Земли.

Тогда некоторые контракционисты стали объяснять сжатие земной коры процессами изменения формы Земли.

величина скоростей ае и km для каждой отдельной глыбы сиалической оболочки.

Наряду с плаванием глыб по веществу симы, продукты разру­ шения континентов должны были откладываться в морях и океа­ нах, дно которых сложено веществом симы. Осадки, откладываю­ щиеся по окраинам глыб, сминались в складки. Таким образом, по окраинам плавающих глыб происходили складкообразо­ вательные и горообразовательные процессы.

Согласно гипотезе Вегенера, горы возникали в результате того давления, которое испытывали перемещающиеся в горизон­ тальном направлении материковые глыбы.

Рис. 152. Движение сиалических глыб в раз­ личных полушариях Земли согласно гипотезе Вегепера.

Плавающие глыбы давили своим передним краем на осадки, перед ними накапливающиеся. Задний край глыб должен был испытывать растяжение, вызываемое застреванием сиалических масс в более вязком симатическом веществе. Вследствие этого от сиалических глыб отрывались отдельные куски, которые, подобно Гренландии, остались среди океана в виде островов.

Таким образом, гипотезы горизонтального движения конти­ нентов объясняют происхождение гирлянд островов на заднем — восточном — крае Европейско-Азиатской глыбы. Эти острова представляют собой мелкие части крупной сиалической глыбы, оторвавшейся от Азиатского материка. На востоке Африки про­ ходит так называемый Великий Эфиопский грабен, ориентирован­ ный в меридиональном направлении. С его образованием связаны меридионально вытянутые озера Восточной Африки: Тана, Вик­ тория, Танганьика, Ньяса и др. По этому грабену, согласно рассматриваемой гипотезе, началось отщепление восточного края Африки. В области Красного моря и Персидского залива это от­ щепление прошло глубже. В образовавшиеся щели хлынули воды океана, и на дне указанных водоемов выступила сима.