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,

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.

(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

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

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.

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

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]

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:

изверженийвдольокраиныТихогоокеанаопределяетсяизочевидногоравенства:

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):

324

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 .

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