2 | ... |
А.В. ТЕВЕЛЕВ Лекции по неотектонике НОВЕЙШАЯ АКТИВНОСТЬ |
Содержание курса:
|
... |
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЙТо, что Земля является скорее динамической, чем статической системой ясно видно из то-го, что во многих молодых породах наблюдаются деформации разного масштаба; во многих рай-онах Земли в геологическом смысле практически непрерывно происходят землетрясения; дейст-вуют вулканы; изливаются горячие источники; непрерывно меняется, модифицируется рельеф и пр. Условный термин "новейшая активность" охватывает все проявления динамичности, мобиль-ности Земли, и, понятно, речь может идти о явлениях разного масштаба, разной длительности и разной природы. Не все части Земли активны в одинаковой мере; в любое время можно обнару-жить большие участки, на которых, по видимому, ничего особенного не происходит, тогда как другие участки очень активны. Крайне неравномерное пространственное распределение проявле-ний новейшей и современной активности представляет некоторое фундаментальное свойство на-шей планеты, и если проанализировать геологические данные, можно увидеть, что это свойство было присуще Земле всегда.
К последней цифре можно относиться по разному. С одной, пессимистической, точки зрения индивидуальная жизнь представляет настолько малый, пренебрежимо малый миг в истории Земли, что в него просто не может вместиться ничего существенного. Оптимистический взгляд основывается на том, что, в принципе, в реальной жизни мы можем оперировать длительностями в секунду и год как сопоставимыми, и мы хорошо знаем, что зачастую секундные событий определяют жизнь на годы вперед. В этом смысле нет ничего удивительного, что медленное в целом развитие Земли определяется разноскоростными процессами, и о мобильности нашей планеты мы можем судить не только из данных геологической летописи, но и из непосредственных наблюдений. 2. СОВРЕМЕННАЯ И НОВЕЙШАЯ АКТИВНОСТЬ Очевидно, не существует сколько-нибудь определенного разделения понятий современная и новейшая активность. В принципе, термин "современный" относится к событиям, так или иначе зарегистрированным в данных исторического характера; термин "новейший" по отношению к ак-тивности (так же, как к тектонике) не имеет какой-либо отчетливой нижней возрастной границы. Как мы уже говорили, это просто констатация имевшей место когда-то резкой смены динамиче-ского режима; все что было до этого - это древняя активность (и древняя, иногда основная текто-ника), а после этого - новейшая. В разных регионах эти границы как правило не совпадают: на-пример в межгорных впадинах Юга бывшего СССР новейшая активность - это активность четвертичная, в южной части Восточно-Европейской платформы - кайнозойская, где-нибудь на Керченском полуострове - позднеплейстоцен-четвертичная и т.д. 3. ТИПЫ ПРОЯВЛЕНИЙ НОВЕЙШЕЙ АКТИВНОСТИ Теперь давайте попробуем классифицировать проявления новейшей активности. Понятно, что проявления новейшей тектонической активности по своему смыслу как-то меняют глубинную или приповерхностную структуру Земли и, так или иначе, связаны с перераспределением масс и тектонических напряжений. Это перераспределение являются следствием каких-то процессов, и первое, что приходит в голову, это разделить их на быстрые, т.е. такие, которые мы можем наблюдать непосредственно, и на медленные, сведения о которых мы можем получить из точных инструментальных наблюдений или по геологически значимым последствиям этих процессов. Поня-но, что эта классификация, как и всякая другая, достаточна условна: например землетрясение или извержение вулкана - это быстрые события, однако только в исключительных случаях они случаются изолированно, в то время как сейсмичность или вулканизм какой-либо территории, и сопряженные с ними модификация рельефа или развитие поверхностных деформаций - явления безусловно долговременные. Тем не менее давайте используем понятия быстрых и медленных неотектонических процессов и рассмотрим последовательно новейшие и современные вертикальные движения, горизонтальные движения, образование приповерхностных деформаций, сейсмичность и вулканизм. 4. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИМедленные колебания уровня суши известны с давних времен. Первые достоверные на-блюдения связаны с морским портом Торнео на шведском берегу Ботнического залива Балтийского моря. Он был построен в 1620 году, уже через 100 лет, когда эту местность посетил Цельсий, многие причалы находились в сотнях метров от берега. Жители северного побережья Скандинавии на протяжении столетий также отмечали медленное, но неуклонное обмеление моря, так что в конце-концов стало невозможно пользоваться старыми навигационными картами. Вначале отход моря объясняли понижением уровня Мирового океана, но при этом, очевидно, обмеление должно было бы наблюдаться повсеместно. Однако в это же время в других местах уровень моря наоборот повышался. Это отмечалось (и отмечается сейчас) в итальянских прибрежных городах - Венеции, Неаполе, Равенне и др. - где морем залиты исторические постройки, в Бельгии и, особенно, в Нидерландах, где почти треть отгороженной дамбами суши расположено ниже уровня моря.
В нашей стране повторные нивелировки триангуляционной сети первого класса позволили установить, что Предкавказье (кроме Ставропольского поднятия) опускается относительно нулевой марки. установленной в Ростове, а севернее его происходит поднятие с разными скоростями, достигающими максимумов в районе Воронежского щита и Среднерусской возвышенности. Хребты Кавказа поднимаются, а закавказские межгорные впадины - опускаются. Представленные данные свидетельствуют о долговременном устойчивом режиме неотектонических движений - там, где косвенно обнаруживаются поднятия в плиоцен-четвертичное время, оно, как правило, продолжается и сейчас, и, соответственно, также обстоит дело и с опусканиями. Подобные закономерности получены также в США, Канаде, Великобритании, Японии и др. странах, так что когда это правило нарушается, исследователи склонны искать локальные факторы возмущений. Так, когда в одной из серий повторных нивелировок выяснилось, что Прикаспийская впадина поднимается относительно Ура-ла, были пересмотрены места расположения реперов и выяснено, что некоторые из них в пределах впадины стоят на быстрорастущих соляных куполах, что, конечно, сильно искажает общую картину. Вековые прогибанияИнтегральным свидетельством режима вековых вертикальных движений является, разумеется, сам рельеф и строение соответствующих ему молодых отложений. В определенном временном масштабе любые горные породы показывают текучее поведение, и на поверхности Земли, и в ее глубинах. Соответственно и положительные, и отрицательные формы рельефа низбежно должны расплываться, наподобие теста, и изостатически тонуть (всплывать) в менее вязких глубинных горизонтах. Если учесть, кроме того, экзогенное разрушение пород, их снос и аккумуляцию в понижениях рельефа, то становится понятно, что у неровностей рельефа век недолог. То обстоятельство, что крупные горные системы, также как крупные высокоамплитудные впадины, тем не менее длительно существуют, говорит о том, что движения, поддерживающие эти формы рельфа, "работают" постоянно.
Вековые поднятияАмплитуды вековых поднятий определяются по геологическим свидетельствам с большим трудом. Относительно надежен метод морских террас, в котором амплитуды определяются из раз-ницы современного гипсометрического положения террасовых отложений и уровня моря в период их образования. В центральных частях континентов используют методы изучения поверхностей выравнивания и их деформаций; при этом получают только относительные величины со сравни-тельно большими погрешностями. В последние годы разработан оригинальный метод определения скорости откапывания склонов, сложенных древними образованиями, по трекам распада в апати-тах и цирконах. Он основан на том, что треки распада радиоактивных элементов в этих минералах самозалечиваются, причем скорость залечивания строго зависит от температуры. Сравнение соот-ветствующих серий измерений позволяет определить время откапывания (т.е. перехода в другие температурные условия) реперных образцов и выявлять, таким образом, скорость поднятий и ско-рость денудации. Проведенные исследования крупнейших горных систем, пока еще не очень мно-гочисленные, показали, что максимальные многолетние скорости поднятий могут достигать 1 см/год, а скорость денудации - 3-6 мм/год. Последняя оценка просто переворачивает имеющиеся представления о скоростях и величинах денудации, которые традиционно считались очень не-большими. За пределами гор такие скорости вертикальных поднятий достигаются только в исклю-чительных условиях, например в центрах исчезнувших позднеплейстоценовых ледниковых покро-вов, например в той же Скандинавии. 5. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯСовременные горизонтальные движения в континентальных областях также выявляются прямыми наблюдениями, инструментальными наблюдениями и по данным историко-геологического характера. Непосредственно могут быть оценены смещения, связанные главным образом с быстрыми горизонтальными подвижками при землетрясениях, которые могут достигать величины несколько метров за одно крупное сейсмическое событие. В хорошо обжитых местах также удается наблюдать подвижки, происходящие в форме постоянного приразломного скольже-ния или, иначе, асейсмичного крипа, скорость которого может достигать 1 см/год, иногда больше. Технически очень сложным, но зато относительно точным и надежным является современ-ный метод измерений горизонтальных движений поверхности Земли, известный как интерферометрия со сверхдлинной базой. Этот метод использует уникально устойчивую периодичность в радиоизлучении квазаров - квазизвездных объектов, рассматриваемых сейчас как выгоревшие и сколапсированные до размеров в первые км (всего!) ядра галактик. Так как разные точки земной поверхности смещаются относительно этих объектов, их радиочастотные характеристики меняются вследствие доплеровского эффекта. Понятно, что из-за крайне низких скоростей горизонталь-ных движений, характерных для земной коры, эти изменения совершенно ничтожны; однако феноменальная устойчивость частот излучения квазаров и совершенная техника радиоастрономических наблюдений оказываются достаточными для получения устойчивых интерференционных волновых картин, которые получаются при наложении волновых фронтов с разных приемных станций, расположенных обычно на разных континентах. Большинство данных сверхдлиннобазовой интерферометрии совпадают с предсказаниями плитной тектоники. Величины длительных горизонтальных движений устанавливаются геологическими и палеомагнитными методами. Геологические методы - это выявление и оценка амплитуд смещения вдоль разломных линий геологических тел либо линейных форм рельефа, например русел ручьев или других эрозионных ложбин. Поскольку надежные реперы при оценке горизонтальных движе-ний встречаются редко, значительная часть данных имеет предположительный характер. Общепринятыми являются смещения по крупным континентальным сдвигам в первые километры и десятки километров за плиоцен - четвертичное время со скоростями 0.1-1 см/год. Таковы данные по Таласо-Ферганскому сдвигу, разломам Чаман и Алтындаг, сдвигу Рифта Мертвого Моря, Анатолийскому разлому, сдвигу Сан-Андреас, Альпийскому сдвигу в Новой Зеландии и др. Палеомагнитные данные предоставляют потенциальную возможность определять палеокоординаты точек наблюдения и, соответственно, амплитуды их последующих перемещений по поверхности Земли. Современные и новейшие движения в активных зонах (например в окрестностях срединноокеанических хребтов) имеют по палеомагнитным данным скорости также до нескольких см в год. 6. СЕЙСМИЧНОСТЬС быстрыми и медленными движениями земной коры тесно связана сейсмичность, т.е. совокупность явлений, обусловленных землетрясениями. Достаточно формально землетрясениями называют быстрые колебания земной поверхности, вызванные резким высвобождением потенциальной - главным образом упругой - энергии, накопленной в недрах Земли. Исторически получилось так, что европейская цивилизация зародилась в мобильных районах Альпийского пояса, так что землетрясения, как мы выяснили на прошлой лекции, были известны с древнейших времен и всегда рассматривались как самые ужасные природные катастрофы и как один из важнейших факторов развития Земли. Между тем действительно сильные землетрясения происходят достаточно редко; для тех, кто никогда на своем опыте не испытывал этого явления, пожалуй лучшей аналогией будут чувства пассажира при резком рывке или, наоборот, остановке общественного транспорта, причем все соответствую-щие эффекты следует распространить на площади в тысячи квадратных километров. Мне довелось наблюдать или изучать последствия нескольких катастрофических событий: Ташкентского землетрясения 1966 года, Хаитского землетрясения 1949 года, Джиргитальского 1988 года и некоторых других. Они производят очень сильное впечатление.
Сейсмические волны от крупных землетрясений распространяются через всю Землю, и их заметные проявления могут ощущаться на расстоянии в сотни километров от очага. С таким воздействием связаны землетрясения в абсолютно асейсмичных районах - например, в Москве. Москву, с интервало в 35 - 50 лет, накрывают волны карпатских землетрясений, главным образом из сдвиговой зоны Вранчеа, вдоль которой Карпатская дуга накатывается на Мизийскую плиту.
По мере развития инструментальных методов стало понятно, что сильные землетрясения - это незначительная часть землетрясений вообще, поскольку в каждом отдельном сейсмическом районе частоты землетрясений разной силы связаны экспоненциально, и абсолютно большую часть сейсмических событий человек просто не ощущает. Для оценки интенсивности землетрясе-ний применяются разные шкалы. Исторически первой из них является шкала силы землетрясений по их поверхностным проявлениям. Сейчас принята 12 бальная международная шкала, в которой в один балл оцениваются землетрясения, которые регистрируются сейсмографом, но не ощущаются человеком, а в 12 баллов - сейсмические катастрофы, при которых разрушаются и гибнут все со-оружения, сделанные человеческими руками и резко меняется ландшафт: появляются уступы, крупные зияющие трещины со значительными горизонтальными смещениями, обвалы, новые озе-ра и потоки и т.д. Такая оценка разрушительных последствий землетрясений не дает сколько-нибудь точной информации о реальной мощности землетрясений, поскольку поверхностные раз-рушения связаны не только с силой сейсмического удара, но и с глубиной очага землетрясения, состоянием грунтов, локальными геоморфологическими и гидрогеологическими факторами и пр. 7. ВУЛКАНИЗМВ нашей лекции мы не будем рассматривать вулканизм специально, оставив это для курсов проф. М.Г.Ломизе и Л.И. Деминой. Здесь только отметим, что поверхностные вулканы - это последствия очень сложных глубинных процессов, включающих
В зависимости от состава, степени насыщения флюидом и некоторых других факторов, поверхностные лавы образуют постройки различного типа, названия которых приводятся в курсе "Общая геология". Их функционирование может сопровождаться катастрофическими событиями, такими как глубинные и приповерхностные землетрясения, вулканические взрывы, в том числе такими кошмарными как взрыв Крокатау, огненными облаками и пр. Очевидно, что вулканы локализованы в местах, где геодинамические условия делают возможным плавление крупных объемов глубинных масс и их вынос на поверхность Земли. Это:
8. ТЕПЛОВОЙ ПОТОККак известно, формально тепловой поток задается аналогично электрическому току. Из школьного закона Ома I=U/R, ток I - это частное от деления напряжения (или разности потенциалов) U на электрическое сопротивление R. Сходным образом тепловой поток J вводится как частное от деления разности температур T в какой-то колонне пород на величину теплового сопротивления, т.е. величину , обратную теплопроводности с : J=T/1/c=Т*с. Тепловой поток измеряется как в абсолютных, так и в условных единицах. По земному шару теплово поток распределен крайне неравномерно. Максимальных значений он достигает в срединно-океанических хребтах, континентальных рифтах, вулканических дугах и зонах континентального вулканизма, во впадинах с тонкой корой. Очевид-но, что зоны аномального теплового потока ассоциированы с другими аномальными проявлениями новейшей тектонической активности. 9. СОВРЕМЕННЫЕ И НОВЕЙШИЕ ДЕФОРМАЦИИВ некоторых районах Земли продолжается достаточно энергичное образование складчато-разрывных деформаций. Характерна ситуация во многих межгорных впадинах Альпийского пояса, где новейшее деформирование отмечено тремя главными фазами: (1) на границе среднего и позднего плиоцена: (2) около границы раннего и среднего плейстоцена; (3) около границы среднего и позднего плейстоцена. Данные детальных геологических и инструментальных наблюдений процесса деформирования показывают, что и в настоящее время он продолжается в альпийских межгорных впадинах, например в Таджикской депрессии. Активное развитие деформационных структур наблюдается сейчас также в склонах островных дуг, в окрестностях региональных тектониче-ских сдвигов, океанических трансформных разломов, в срединно-океанических хребтах и некоторых других мобильных районах. 10. ВЫВОДЫПодведем некоторые итоги. Мы выяснили, что различного вида проявления новейшей ак-тивности характерны практически для всей поверхности Земли. Их фундаментальным свойством является пространственная неоднородность. Наиболее мощные, наиболее интенсивные проявления новейшей тектонической активности, будь то контрастные высокоскоростные вертикальные и го-ризонтальные движения, или устойчивая сильная сейсмичность, или аномальные тепловые потоки, активный вулканизм или молодое деформирование, сосредоточены в довольно узких мобильных зонах, образующих глобальную сеть. В ячейках этой глобальной сети расположены территории, в которых новейшая активность на порядок или несколько порядков ниже. Разумно предположить, что эти территории, которые обычно называются плитами, являются относительно устойчивыми, а аномальная активность по их границам является результатом взаимодействия двигающихся как единое целое или почти как единое целое плит, то-есть имеет как бы контактовый характер. Ре-альный характер межплитных взаимодействий может быть понят только при изучении конкретных механизмов неотектонических процессов и их геологических последствий. В настоящее время наиболее корректно он описывается современными вариантами теории литосферных плит. Вопросы для самостоятельного изучения
|