книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гяава 11. Геологические опасные природные процессы

геофизические поля (карты геофизических полей: гравитационные, магнитометрические);

неотектонику (карты новейших вертикальных движений земной коры); геоморфологические и геохимические особенности района (геоморфо­ логические карты с нанесением наледей, выходов источников и др., карты

выходов гелия, водорода, геохимических проявлений); типы горных пород (карты осадочно-вулканогенных и метаморфоген-

ных формаций, карты осадочного чехла и фундаментов различной консо­ лидации);

разрывные нарушения и трещиноватость.

Рис. 11.18. Местоположение эпицентров и фокальные механизмы (большие кружки) крупных землетрясений северо-востока России

Карты общего сейсмического районирования являются основой для аде­ кватной оценки сейсмической опасности и сейсмического риска. Они необ­ ходимы для детального районирования сейсмоактивных территорий, микро­ районирования городов и населенных пунктов, для рационального земле­ пользования и долгосрочного государственного социально-экономического планирования, для оценки сейсмической уязвимости, сейсмического риска и обеспечения готовности к сейсмическим явлениям в каждом конкретном регионе.

521

Раздел //. Опасные природные процессы

Рис. 1L19. Карта эпицентров землетрясении разных классов для Якутии за 1963—1969 гг. [по Козьмину Б.М. и др.ч 1971]. Энергия землетрясений (К = Е, Дж): 1 - К = 15-17; 2 - К = 13-14; 3 - К = 11-12; 4 - К = 9 -10; 5 - К = 8. Класс точности: 6 — А или Б; 7 — класс не установлен; 8 — разломы.

11.3.3

Методы математического анализа сейсмичности

Результаты OCP и каталоги землетрясений часто ис­ пользуют для целей средне- и долгосрочного прогноза. Приведем простей­ ший пример такого прогноза. Исследована территория Центральной Азии. Территория исследуемого региона неоднородна в тектоническом плане. Она состоит из мозаики многих плит и микроплит. Между двумя главными литосферными плитами — Евразийской и Индийской располагаются Мон­ гольская, Джунгарская, Ордосская, Таримская, Ольшанская, Тибетская, Па­ мирская. Афганская микроплиты, а также ряд более мелких блоков. Для по-

522

Гшва I /. Геологические опасные природные процессы

строения сейсмотектонических карт были использованы данные по земле­ трясениям с магнитудой свыше 4,5 балла для периода с 1969 по 2000 г. Был вычислен период гармонической составляющей в 12 лет. Затем были по­ строены сейсмические карты для каждого интервала в 12 лет начиная с 1969 г. Исследования выполнены в рамках концепции «сейсмических кла­ виш», согласно которой землетрясения повторяются в пределах одной и той же клавиши, только с определенной периодичностью. При сравнении карт выделяют системы дуг каждого временного 12-летнего интервала, при этом отчетливо видны тенденции их смещения. Дуги — это результат раз­ ворота клавиш. Исходя из этого, можно предсказать на ближайшие годы на­ правление и характер смещения дуг, а следовательно, и зоны активизации сейсмичности (рис. 11.20—11.23).

Рис. 11.20. Гармоническая составляющая распределения землетрясений на тер­ ритории Центральной Азии

в

50°

40 °

30°

20°

Рис. 11.21. Распределение эпицентров земзетрясеннй с 1969 по 1980 г

523

Раздел //. Опасные природные процессы

Рис. 11.22. Распределение эпицентров землетрясений с 1981 по 1992 г

Рис. 11.23. Распределение эпицентров землетрясений с 1993 по 2000 г.

524

Разде l II. Опасные природные процессы

11.4

Вулканические извержения

Явления вулканических извержений сопровождают всю историю Земли. Вполне вероятно, что они оказывали влияние на кли­ мат и биоту Земли. В настоящее время вулканы присутствуют на всех конти­ нентах, причем часть из них являются действующими и представляют собой не только захватывающее зрелище, но и грозные опасные явления.

Вулканы Средиземноморья связывались с божеством огня на Этне и вул­ канах островов Вулькано и Санторин. Считалось, что в подземных мастер­ ских трудились циклопы.

Аристотель считал их следствием действия сжатого воздуха в пустотах Земли. Эмпедокл полагал, что причиной действия вулканов является матери­ ал, расплавленный в глубинах Земли. В XVIII в. возникла гипотеза о том, что внутри Земли существует тепловой слой, и в результате явлений складчатости этот разогретый материал иногда выносится на поверхность. В XX в. сначала идет накопление фактического материала, а потом возникают идеи. Наиболее продуктивными они стали с момента возникновения теории тектоники ли­ тосферных плит. Спутниковые исследования показали, что вулканизм — явление космическое: на поверхности Луны и Венеры были обнаружены следы вулканизма, а на поверхности спутника Юпитера Ио — действую­ щие вулканы.

11.4.1

Основные характеристики и негативные последствия вулканических извержений

Вулкан — это место выхода магмы или грязи на поверхность из жерла.

Помимо этого, возможно излияние магмы по трещинам и выход газов по­ сле извержения вне вулкана. Вулканом также называют форму рельефа, возникшего при накоплении вулканического материала.

Вулканизм — совокупность процессов, связанных с появлением магмы на поверхности Земли. Если магма появляется на поверхности, то это эффузив­ ное извержение, а если она остается на глубине — это интрузивный процесс.

Если магматические расплавы вырывались на поверхность, то проис­ ходили извержения вулканов, носившие в основном спокойный характер. Такой тип магматизма называют эффузивным.

526

Гшва / / . Геологические опасные природные процессы

Нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается, и на земную поверхность выпадают за­ стывшие продукты расплава, включая застывшие капельки вулканического стекла. Подобные извержения называют эксплозивными.

Магма — это расплав силикатов, находящихся в глубинных зонах лито­ сферы или мантии. Она образуется при определенных значениях давления

итемпературы и с химической точки зрения представляет собой расплав, который содержит в своем составе кремнезем (Si), кислород (0 2) и летучие вещества, присутствующие в виде газа (пузырьков) либо растворенные в расплаве.

Вязкость магм зависит от состава, давления, температуры, газо- и вла­ гонасыщен ности

По составу выделяют 4 группы магм — кислые, основные, щелочные

ищелочноземельные.

По глубине образования выделяют 3 типа магм: пиромагма (богатый га­ зом глубинный расплав с Т - 1200°С, очень подвижный, скорость на скло­ нах до 60 км/ч), гипомагма (при больших Р. недостаточно насыщена газом

ималоподвижна, Т = 800—1000°С, как правило, кислая), эпимагма (дегази­ рована и неизлившаяся).

Генерирование магм — следствие фракционного плавления мантийных пород под влиянием привноса тепла, разуплотнения и повышения содержа­ ния воды в отдельных зонах верхней мантии (вода может понижать точку плавления). Это происходит: 1) в рифтах, 2) в зонах субдукции, 3) над го­ рячими точками, 4) в зонах трансформных разломов.

Типы магм определяют характер извержения. Следует различать первич­ ные и вторичные магмы. Первичные возникают на разных глубинах земной коры и верхней мантии и, как правило, имеют однородный состав. Однако, продвигаясь в верхние этажи земной коры, где термодинамические условия иные, первичные магмы изменяют свой состав, превращаясь во вторичные

иобразуя разные магматические серии. Подобный процесс называется маг­

матической дифференциацией.

Если жидкий магматический расплав достигает земной поверхности, то происходит его извержение. Характер извержения определяется:

составом расплава; температурой; давлением;

концентрацией летучих компонентов; водонасыщен ностью.

Одной из самых важных причин извержений магмы является ее дегазация. Именно газы, заключенные в расплаве, служат тем «двигателем», который вы­ зывает извержение.

Взависимости от количества газов, их состава и температуры они могут выделяться из магмы:

527

Разде i //. Опасные природные процессы

1) относительно спокойно — тогда происходит излияние, или эффу­ зия, лавовых потоков;

2)быстро — тогда происходит мгновенное вскипание расплава и маг­ ма разрывается расширяющимися газовыми пузырьками, вызывающими мощное взрывное извержение — эксплозию;

3)медленно — магма вязкая, температура ее невысока, и расплав медлен­ но выжимается, выдавливается на поверхность, происходит экструзия магмы.

Таким образом, способ и скорость отделения летучих веществ опреде­ ляют три главные формы извержений: эффузивное, эксплозивное и экс­ трузивное.

Продуктами вулканической деятельности являются лавы, газы. воды, столбчатые отдельности, пирокластические породы, игнимбриты (сваренные туфы), туфы, пемзы, пепел. Вулканические продукты при извержениях бы­ вают жидкими, твердыми и газообразными.

Жидкие вулканические продукты представлены лавой — магмой, вы­ шедшей на поверхность и сильно дегазированной. Термин «лава» произо­ шел от латинского слова «лавер» — мыть, стирать, раньше лавой называли грязевые потоки.

Главные свойства лавы — химический состав, вязкость, температура, содержание летучих веществ определяют характер эффузивных извержений, форму и протяженность лавовых потоков. Шире всего распространены ос­ новные — базальтовые лавы, в настоящее время наиболее крупные объемы единовременно излившихся лав также принадлежат базальтам.

Так, при извержении вулкана Лаки в Исландии в 1783 г. объем базаль­ тов составил 12 км\ что привело к гибели 10 тыс. человек. Базальтовые лавы при выходе на поверхность имеют высокую (до 1100—1200°С) температуру и малую (1 х 104 Па) вязкость, что связано с деполимеризацией алюмосиликат­ ного расплава. Такие жидкие, подвижные лавы текут со скоростью до 60 км/ч при небольших уклонах, образуя лавовые реки. Если рельеф слаборасчлененный, то жидкие базальты образуют обширные покровы.

Остывающие базальтовые лавы, первоначально нагретые до 1100°С, моiyr течь даже при температуре 700°С. На таких подвижных базальтовых лавах быстро образуется корка мощностью в десятки сантиметров, под которой еше долгое время лава остается раскаленной. Поверхность базальтовых лаво­ вых потоков нередко имеет вид толстых, причудливо изгибающихся канатов. Такие лавы называют канатными или пахоэхоэ (рис. 11.24).

Ниже сморщенной в «канаты» поверхности потока часто возникают по­ лости, трубы и туннели, с потолков которых свисают лавовые «сосульки». Для более вязких лав характерна глыбовая поверхность, называемая аа-лавой, которая состоит из остроугольных обломков, часто с шипами и отростками, являющихся раздробленной остывшей коркой (рис. 11.25).

Базальты, изливающиеся в подводных условиях, образуют подушечные, или пиллоу-лавы, размер «подушек» которых достигает нескольких метров.

528