Литосфера Земли
Верхние слои земной коры состоят преимущественно из пластов горных пород. Они образовались осаждением различных мелких частиц, главным образом в морях и океанах. В этих пластах захоронены остатки животных и растений, населявших земной шар в прошлом. С течением они времени превратились в окаменелости. Последние позволяют от пласта к пласту восстанавливать историю развития жизни на Земле. Толщина осадочных пород колеблется в широких пределах и иногда достигает 15-20 км. В их толще залегают уголь, нефть, руды железа и других металлов, драгоценные и поделочные камни.
Существует два основных типа земной коры: континентальная и океаническая. Средняя толщина континентальной коры 30-40 км, а под горами достигает 70 км. Континентальная кора распадается на ряд слоев. Их число и толщина изменяются от района к району. Обычно ниже осадочных пород выделяют два главных слоя: верхний - гранитный, близкий по физическим свойствам и составу к граниту, и нижний - базальтовый, состоящий из более тяжелых, чем гранит, пород, главным образом, из базальта. Средняя толщина каждого из этих слоев составляет 15-20 км.
Океаническая кора гораздо тоньше континентальной. Ее толщина 3-7 км. По составу и свойствам она ближе к веществу базальтового слоя континентальной коры, и, видимо, состоит из базальта и других пород, богатых магнием и железом. Этот тип коры свойствен только глубоким (не менее 4 тыс. м) участкам дна океанов. На дне океанов есть области, где земная кора имеет строение континентального или промежуточного типа.
Базальтовый слой отделяется от нижележащих пород поверхностью, получившей название поверхности Мохоровичича* (по имени открывшего ее в 1909 году югославского ученого). Эта поверхность наблюдается во всех областях земного шара и условно считается нижней границей земной коры. Глубже этой поверхности все свойства вещества Земли резко изменяются.
На современные представления о строении верхних горизонтов земной коры во многом повлияли уникальные данные, получаемые при сверхглубоком бурении. Обычное бурение позволяет проникнуть вглубь Земли не более, чем на 3 км (табл. 1).
Таблица 1. Глубины разведочных и эксплуатационных скважин (в м)
| Вид полезного ископаемого |
Глубина скважины, м |
| Средняя |
Максимальная |
Нефть и газ
Термальные воды
Каменный уголь
Железные руды
Цветные металлы
Благородные металлы, алмазы
Пресные воды |
2500 - 3000
700 - 800
600 - 1100
300 - 800
600 - 700
300 - 500
100 - 150 |
5000 - 7000
2000 - 4000
1500 - 1800
1000 - 2500
1000 - 1500
2000 - 3000
700 - 850 |
Сверхглубокая скважина в нашей стране пробурена на Кольском полуострове. Она углубилась в недра более чем на 12 км и впервые в истории позволила получить данные прямых наблюдений на такой глубине.
Геологический разрез, вскрытый скважиной, и схема ее ствола показаны на рис. 11. Средний угол наклона скважины по отношению к вертикали составляет 5о, максимальный - 17о (он наблюдается на глубине 10-10,5 км). Максимальное отклонение скважины от вертикали составляет 840 м, т.е. среднее отклонение - около 8 м на 100 м проходки.
Исследования показали, что давление в массиве пород, лежащих вблизи ствола скважины, возрастает по сложной зависимости от глубины и горно-геологических условий. Резкое повышение давления отмечено на глубине 3 км, а на отметке 8 км оно заметно падает.
Кольская сверхглубокая скважина опровергла устоявшееся представление о распределении температуры в недрах Земли. Предполагалось, что в районе скважины увеличение температуры с глубиной незначительно. Например, ожидали, что на отметке 7 км температура достигнет 50о С, а на отметке 10 км - 100оС. В действительности до глубины в 3 км температура росла как и предполагалось, на 1о С через каждые 100 м. Однако ниже температура стала возрастать на 2,5оС каждые 100 м и на уровне 10 км достигла 180о С.
По мнению теплофизиков, основным источником тепла, поступающего наверх, следует считать мантию. Радиоактивный распад, идущий в горных породах, пересеченных скважиной, дает лишь незначительную добавку.
На Кольской скважине по всей ее глубине обнаружены газы и притоки сильно минерализованных вод. Газы представлены гелием, водородом, азотом, метаном, а воды насыщены бромом, йодом и содержат тяжелые металлы. Эти газы и эти растворы на больших глубинах поступают в кристаллические породы. Значит, там протекают процессы рудообразования и, следовательно, расширяются перспективы выявления новых рудных горизонтов.
Особый интерес специалистов вызвали обнаруженные в интервале 4,5-11 километров крупные зоны раздробленных пород с низкотемпературной гидротермальной минерализацией. Обломки пород в этих зонах сцементированы различными минералами: сульфидами меди, железа, свинца, цинка, никеля, кобальта. Эти минералы образовались при относительно низких температурах, в зонах, расположенных на значительном удалении от поверхности Земли.
На глубинах более 9,5 километров также встречены признаки рудной минерализации. В образцах, взятых оттуда, обнаружены магнетит, мусковит, флогопит, сульфиды. Многочисленные данные указывают на то, что и на больших глубинах существуют благоприятные условия для образования месторождений полезных ископаемых, что условия в глубинах континентов благоприятны для рудоотложения.
Кольская сверхглубокая скважина подтверждает перспективность глубоких горизонтов в отношении большинства видов минерального сырья. С ее помощью выделены два источника углекислого газа: один связан с мантией, второй - с результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Обнаружены их окаменевшие остатки. Следовательно, земные недра некогда были ареной активных биологических процессов.
В настоящее время бурение скважины прекращено. Она стала лабораторией, в которой проводятся испытания новых приборов и методов геолого-геофизических, геохимических и гидрогеологических исследований, а также наблюдения за температурным режимом и физико-химическими процессами, протекающими в земной коре.
Для человечества недра Земли являются кладовой полезных ископаемых. Их добыча из года в год растет, и в настоящее время человечество ежегодно извлекает из недр Земли более 1 млрд. т железной руды, более 3 млрд. т нефти, более 2,5 млрд. т угля, миллиарды тонн строительных и других материалов.
Комплекс отраслей производства по разведке месторождений полезных ископаемых, их добыче из недр Земли и первичной обработке - обогащению - относится к горнодобывающей промышленности. В зависимости от вида ископаемого она делится на топливодобывающую (нефтяная, добыча природного газа, угольная, сланцевая, торфяная), рудодобывающую (железорудная, марганцоворудная, добыча руд цветных благородных и редких металлов, радиоактивных элементов), промышленность неметаллических ископаемых и местных стройматериалов (добыча мрамора, гранита, асбеста, мела, доломита, кварцита, каолина, глины, гипса, мергеля, полевого шпата, известняка), горно-химическую (добыча апатита, калийных солей, нефелина, селитры, серного колчедана, борных руд, фосфатного сырья), гидроминеральную (минеральные подземные воды, водоснабжение), алмазодобывающую.
В качестве примера остановимся на топливодобывающей промышленности. Некоторые показатели земных запасов топлива представлены на рис. 12. Ежедневно человечество расходует на 0,02% больше энергии, чем накануне. Каждые 13 лет потребность в ней удваивается. Развитие энергетики в значительной степени стимулирует промышленную мощь любой страны, уровень благосостояния ее жителей. Каждый новый процент увеличения электроэнергии дает, например, один процент прироста производительности труда. В большинстве стран мира жизненный уровень людей прямо пропорционален их энергопотреблению.
Это во многом предопределяет нынешнее интенсивное развитие мировой топливно-энергетической индустрии, при которой "львиная доля" отводится нефти, газу и каменному углю. Так, в середине 80-х годов мировой энергобаланс складывался на 46% из нефти, на 19% из газа, на 26% из угля (всего 91%), остальные 9% занимали гидроэнергетика (6%), ядерная (2%) и другие виды энергии (1%). За последнее пятилетие появилась тенденция к некоторому снижению доли нефти, но к увеличению роли каменного угля, гидро- и ядерной энергетики (рис. 13).
Если представить годовую добычу нефти в России в виде непрерывного потока, то увидим нефтяную реку с расходом меньше расхода Москвы-реки всего лишь в шесть раз. Этот поток делится на четыре основных рукава. Один из них - экспортный ручей, утекающий за рубеж и возвращающийся в виде конвертируемой валюты. Второй - ручей, также, к сожалению, утекающий за рубеж и представляющий собой нефтепродукты, которые мы отдаем кредиторам или дружеским странам в счет долгосрочных обязательств. Третий ручей - это потери, происходящие при транспортировке, хранении нефти и нефтепродуктов. Считается нормой, если от годовой добычи теряется два процента.
Что же остается от нефтяной реки нам, для внутренних нужд страны ? В лучшем случае это 65% от общегодового объема добычи, то есть примерно 400 млн. т нефти. Для сравнения, США потребляют в год порядка 750 млн. т нефти, из которых 455 млн. т добывают у себя (в 1987 году) и около 300 млн. т - импортируют.
Для прогрессивного развития экономики и повышения производительности труда России необходимо иметь для своих нужд не менее 500 млн. т нефти в год. И это при соблюдении строжайшей экономии в использовании нефтепродуктов, чего, к сожалению, пока мы не научились делать.
С внедрением нефти и газа роль каменного угля как энергоносителя заметно поблекла. Однако в последнее время о каменном угле снова заговорили как об альтернативе истощающимся углеводородам. Главный козырь в том, что запасы угля огромные - 1012 т. На его долю приходится свыше 80% ресурсов биологического ископаемого топлива, тогда как на нефть и газ - всего 17%. Но тепловая стация (в пересчете на 1 ГВт электрической мощности) потребляет в год 8 млн. т угля, при этом выбрасывает в атмосферу около 10 млн. т углекислого газа (CO2) и несколько сот тысяч тонн золы. На наших отечественных ТЭС выбросы твердых частиц в 10 раз, а оксидов серы и азота в 2-3 раза больше, чем в развитых странах мира.
Сторонники использования угля в тепловых станциях предлагают его двухстадийное сжигание, что резко удорожает всю технологию. Первая стадия - получение из угля топливного газа (в основном метана), вторая - утилизация его в топках котлов или камер сгорания газовых турбин. На каждой из этих стадий необходимо обеспечить улавливание оксидов серы и азота. Таким образом, интенсивное использование каменного угля связано с созданием новой технологии экологически чистого метода его сжигания.
Надо также учитывать последствия интенсивной угледобычи, необходимость рекультивации земель, транспортировку угля и даже возможность радиоактивного загрязнения местности при сжигании угля. Последнее связано с тем, что каменный уголь в ряде примесей содержит такие радиоактивные элементы, как уран, торий, радий, калий. Вместе с дымом они попадают в атмосферу, а потом оседают на Землю. По данным ООН, годовая коллективная доза радиоактивного облучения людей от выбросов всех ТЭЦ в два раза превышает излучение от всех АЭС. Причем эти оценки выполнены при условии, что степень очистки от летучей золы составляет не менее 90%.
Природный газ занимает пока сравнительно скромное место в энергетическом балансе мира - в среднем около 19%. Мировые запасы его (по данным на 1987 год) - 107 трлн. м3, а годовая добыча составляет примерно 1,8 трлн. м3. Это означает, что если газ извлекать из недр такими же темпами, как сейчас, то его хватит лет на 60. Это без учета возможного прироста запасов.
В развитых капиталистических странах использование газа в последние годы получило тенденцию к возрастанию. В Японии, например, потребление газа увеличивается ежегодно на 5%, в Западной Европе - на 6,5%. Эта тенденция характерна и для нашей страны: ежегодный прирост в потреблении газа достиг 7,7%. В 1988 году мы добывали его 770 млрд. м3, в первом полугодии 1989 года - 399 млрд. м3. Доля газа в энергетическом балансе нашей страны достигла 38%. Так как в наших недрах находится более 43% мировых запасов голубого топлива, то в условиях возможного нефтяного кризиса активное использование газа, по всей видимости, правильно.
У газа теплота сгорания в 1,5 раза выше, чем у угля. Поэтому широкое использование его в электро- и тепловых станциях сулит большие выгоды. И в США, и ряде стран Европы взят курс на замену бензиновых автодвигателей на газовые, переход значительной части электростанций на природный газ.
Очевидно, именно газ должен стать в нашей стране на обозримую перспективу альтернативой нефти и каменному углю. Чтобы покрыть топливный дефицит, который неизбежно разовьется при падении нефтедобычи, чтобы обеспечить необходимое ежегодное увеличение в потреблении энергии, придется в разумных пределах наращивать газодобычу. Ее доля, вероятно, дойдет до 50%. Ресурсная база страны позволяет к 2000 году довести добычу газа до 1 трлн. м3 в год и удерживать этот уровень до 2030-2040 годов.
Но не обойтись нам и без нефти. Как ни жалко, но в ближайшие 15-20 лет вряд ли удастся полностью изъять ее из топок тепло- и электростанций. По всей вероятности, энергобаланс нашей страны будет удовлетворяться за счет черного золота на четверть. Остальное место займут другие источники энергии.
Сейчас во многих странах мира существенно пересматриваются стратегия и тактика использования энергии. Экономное, эффективное потребление энергии позволило там за последние 10-15 лет при росте валовой продукции более чем на 30% увеличить расход энергии лишь на 5%. Это означает огромную экономию всех видов топлива.
Процесс формирования полезных ископаемых связан с эволюцией Земли. Одна из современных теорий, объясняющих динамику процессов в земной коре, называется теорией неомобилизма. Ее зарождение относится к концу 60-х годов нынешнего века и вызвано сенсационным открытием на дне океана цепи горных хребтов, оплетающих Землю. Ничего подобного на суше нет. Альпы, Кавказ, Памир, Гималаи, даже вместе взятые, не сравнимы с обнаруженной полосой срединных хребтов Мирового океана. Ее длина превышает 72 тысячи километров.
Человечество как бы открыло неведомую прежде планету. Узкие впадины и большие котловины, глубокие ущелья, тянущиеся почти непрерывно вдоль оси срединных хребтов, тысячи гор, подводные землетрясения, подводные действующие вулканы, сильные магнитные, гравитационные и тепловые аномалии, горячие глубоководные источники, колоссальные скопления железомарганцевых конкреций - все это было открыто за короткий промежуток времени на дне океана. Попытка объяснения новых открытий и привела к построению теорий неомобилизма.
Как выяснилось, океанской коре свойственно постоянное обновление. Она зарождается на дне рифта, секущего срединные хребты по оси. Сами хребты - из той же купели и тоже молоды. Океанская кора "умирает" в местах расколов - там, где она поддвигается под соседние плиты. Опускаясь в глубь планеты, в мантию и оплавляясь, она успевает отдать часть себя вместе с накопившимися на ней осадочными отложениями на строительство материковой коры. Последнее обычно начинается с образования дугообразных цепочек островов. Расслоение недр Земли по плотности рождает своего рода течения в мантии. Эти течения обеспечивают поставку материала для разрастания океанского дна. Они же заставляют дрейфовать глобальные плиты с выступающим из Мирового океана континентами.
Дрейф крупных плит литосферы с возвышающейся на них сушей и называется неомобилизмом.*
Перемещение материков подтверждено в настоящее время наблюдениями с космических аппаратов. Нарождение океанской коры исследователи увидели своими глазами, приблизившись ко дну Атлантики, Тихого и Индийского океанов, Красного моря. Используя современную технику глубоководного погружения акванавты обнаружили образование трещин в растягиваемом дне и молодые вулканчики, поднимающиеся из таких "щелей".
Компьютерные программы, построенные на основе теории неомобилизма, позволили смоделировать динамические процессы, происходившие внутри Земли и на ее поверхности в относительно близкие эпохи прошлого. Ситуации совсем далеких времен восстановлены пока схематично. Вот как, возможно, развивались события 600-миллионолетней давности.
...Евразии в знакомых нам современных ее контурах тогда не существовало. Были только разрозненные "заготовки", которым еще предстояло стать Восточной Европой, частью Сибири, Китаем. Обширный Палеоазиатский океан отделял их от сверхконтинента Гондваны, включающего в себя все нынешние южные материки. Но миновало около полутораста миллионов лет, и океан заметно сузился. Его потеснила вновь появившаяся щедрая россыпь островов, сгруппированных в дугообразные архипелаги. Потом часть из них спаялась с Сибирским континентом.
Старый океан угасал. Зато зародились два новых: ближе к Гондване - Палеотетис и под прямым углом к нему - неширокий Уральский.
Через несколько сотен миллионов лет северные материки сгрудились и вытеснили разделявшие их воды. Не стало Уральского океана, остался только след - шов на суше.
Возможно именно так все менялось, развивалось, трансформировалось дно Мирового океана, которое вплоть до середины нашего века считалось в геологическом отношении нейтральным, на самом деле во все обозримые времена повсюду неизменно жило и живет общей жизнью с материками. А это означает еще и то, что на океанском дне всегда шла концентрация минерального сырья. Шла не менее, а более активно, чем на суше. Но шла не по всему дну ровно, чаще - в избранных местах.
Сегодня морские бассейны, находятся на разных стадиях развития и, следовательно, имеют разный "образ жизни". Например, в Атлантике граница плиты пролегает далеко от того места, где плита крепко спаяна с прилежащими материками (рис. 14). Такие окраины материков называют спокойными, пассивными. А Тихий океан словно бы окружен огненным подвижным кольцом активных границ между сушей и морем.
Там, где островные дуги или континенты сближаются, плиты трескаются, торосятся, дыбятся; их трение друг о друга порождает действующие вулканы и сильные землетрясения.
Одним из доказательств наличия этих процессов служит то, что почти по всем современным границам плит сосредоточены скопления минерального сырья. Например, как известно, Красное море раскрывается и, может быть, когда-нибудь соединится океаном. На его дне в рифовых впадинах обнаружен многоцветный ил. Он насыщен железом, марганцем, медью, цинком, молибденом, кобальтом. Подобный набор руд найден вблизи гребней всех срединных хребтов во всех океанах.
Другим примером является Западная часть Южной Америки, на которой находятся Перу, Боливия, Чили.
Рис. 2.13. Схема дрейфа плит литосферы
Это узкая полоса суши, огражденная высокими Андами. Она представляет собой одну из самых активных зон Земли. Миллионы лет под нее поддвигается океанское дно, порождая потоки расплавленной магмы, горячих вод, насыщенных металлами газообразных флюидов. Поэтому гористая окраина материка почти на всем своем протяжении чрезвычайно богата медными, оловянными, серебряными и вольфрамовыми рудами. Причем они расположены как бы зонами: одни - ближе к океану, другие - дальше от него. Аналогичными рудами насыщено и восточное побережье Азии, и зоны оруднения там, как правило, те же.
Очевидно, частью общей эволюции земной коры является эволюция любой газонефтяной провинции. Предположим, что в каком-то месте происходит раскол коры океана и, следовательно, поддвиг плит. Над поверхностью воды пологой дугой поднимается архипелаг островов. Он как бы отшнуровывает часть акватории, прилегающую к материку. Нарождается окраинное море - изолированное место для захоронения погибших организмов и всего того, что будет снесено реками с суши. Под влиянием давления, нагрева происходит преобразование органики, генерация нефти и газа. Они еще рассеяны в горных породах, до залежей далеко. Но вот подвижные плиты то тут то там сдавливают, сминают в гармошку слой осадков, и это сгоняет нефть и газ в скопища, которые в зонах поддвига плит могут быть отжаты вдоль пористых пластов, могут слиться воедино, образовав крупные месторождения.
Не исключено, что в зоне поддвига, где от трещин плит постепенно растут температура и давление, тоже происходит преобразование части затянутой туда органики в нефть и газ. Расчеты показывают, что подобный механизм реален - у него огромная производительность, он щедро обеспечен "полуфабрикатами", водой и энергией. Отсюда разогретые углеводороды могут по трещинам проникнуть и в наползающую плиту.
Сказочные богатства некоторых нефтегазоносных бассейнов - это, по-видимому, результат многократного наложения друг на друга разнотипных готовых залежей. Природа как бы располагает системой "обогатительных фабрик". При прохождении через них вещества, прежде рассеянные и распыленные, оказываются скопленными. Такие "фабрики" находятся почти всегда на пересечении древних и древнейших границ разных плит. Знание мест положения древних плитовых границ, куда каждая плита приходила со своим "приданым", - ключ к крупным месторождениям.
Воспроизводя расположение материков и океанов в минувшие времена, устанавливая местонахождение затихших ныне рифтов, зон поддвига и других древних границ плит, ученые получают представление о том, где могут быть сложные "перекрестки", а следовательно, и особо щедрые скопления руд, нефти, газа. Сторонники теории неомобилизма считают, что можно прогнозировать продолжение рудных поясов и провинций с края одного из расколовшихся континентов на край другого. Например, редкие металлы, добываемые на юго-западном побережье Африки, должны быть и в Бразилии, а в Скандинавии должны быть такие же залежи, как в Северной Америке. Ведь Атлантический океан разорвал некогда единые рудные пояса.
Теория неомобилизма сегодня является основой всех наук о Земле. Она, в частности, вносит весомый вклад в описание таких процессов, происходящих в земной коре, как извержения вулканов и землетрясения.
...В Тирренском море есть небольшой остров, на котором еще в незапамятные времена люди наблюдали, как с вершины огромной горы иногда вырывались огненные языки и облака черного дыма, выбрасывались раскаленные камни. Этот остров древние римляне считали входом в ад, владением бога огня и кузнечного ремесла Вулкана. По имени этого бога остров назвали Вулькано, а впоследствии все огнедышащие горы стали называть вулканами.
Извержение вулкана обычно продолжается несколько дней, иногда - несколько месяцев. После сильного извержения вулкан успокаивается на несколько лет и даже десятилетий. Вулканы, подверженные извержениям, называются действующими, а неподверженные - потухшими. Последние извергались в давно прошедшие времена, и о их деятельности, как правило, никаких сведений не сохранилось. К потухшим относятся, например, вулканы Эльбрус и Казбек, расположенные на Кавказе. Их вершины покрыты сверкающими, ослепительно белыми ледниками. Остатки древних вулканов можно увидеть в Крыму, Забайкалье и в других местах.
В настоящее время на земном шаре известно несколько сотен действующих вулканов. Большая часть их расположена по берегам Тихого океана. В России среди действующих вулканов выделяется Ключевская сопка, находящаяся на Камчатке. Ее извержения повторяются, как правило, через каждые 6-7 лет и продолжаются иногда по нескольку месяцев. Лавовые потоки нередко растекаются по склону на полтора десятка километров вниз. Высота Ключевской сопки составляет 4750 м. Поэтому на ее вершине образуются мощные ледники, которые при сильных извержениях тают, создавая стремительные потоки воды.
Около Ключевской сопки располагается группа потухших вулканов. Один из них - вулкан Безымянный - 30 марта 1956 года внезапно пробудился. Это было одно из крупнейших извержений за последнее столетие. Туча пепла взметнулась почти на 40 км в высоту. Через два дня пепел достиг Северного полюса, а через четыре - он появился над Англией. На расстоянии 25-30 км от вулкана были сломаны и обожжены все деревья. Раскаленный лавовый поток имел ширину 20-30 м и длину 18 км. На площади около 500 км2 выпал раскаленный пепел, который растопил снег, создав огромные грязевые потоки длиной до 90 км.
В Центральной части Тихого океана, на Гавайских островах, находится вулкан Килауза, у которого кратер имеет диаметр около 5 км. На его дне среди застывших глыб черной лавы во время извержений появляется огненное озеро диаметром 700-800 м. Оно заполнено расплавленной лавой, которая бурлит под влиянием выделяющихся газов.
В Атлантическом океане среди Антильских островов есть остров Мартиника с вулканом Мон-Пеле. В 1902 г. при его извержении в течение нескольких минут был уничтожен целый город, при этом погибло около 30 тыс. человек.
Вулканы обычно имеют форму конуса со склонами, пологими у подошв и крутыми у вершин. Если подняться на вершину действующего, но временно спокойного вулкана, то можно рассмотреть кратер. Это, как правило, глубокая впадина с обрывистыми стенками, похожая на гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких камней, а из трещин поднимаются струи газа и пара. Одни струи поднимаются спокойно, другие вырываются с шипением и свистом. Кратер наполняют удушливые газы, образующие облако на вершине вулкана. Так вулкан может спокойно куриться месяцы и годы, пока не произойдет извержение.
Вулканологи научились предсказывать извержения вулканов. Методы предсказания основаны на анализе событий, предшествующих извержению. В частности, извержению обычно предшествуют землетрясения, подземный гул, усиленное выделение паров и газов. При активизации вулкана над его вершиной сгущаются облака, а его склоны начинают "вспучиваться". Под давлением газов, вырывающихся из недр Земли, дно кратера взрывается. Из черных, густых туч вместе с огнем, пеплом и раскаленными камнями выпадают ливневые дожди, образуя потоки грязи. Последние скатываются по склонам вулкана и заливают окрестности. Вулкан грохочет и дрожит, по его жерлу поднимается бурлящая огненно-жидкая лава. Переливаясь через края, она устремляется по склонам, сжигая и уничтожая все на своем пути (рис. 15).
Если лава обладает большой вязкостью, она изливается не жидким потоком, а нагромождается вокруг жерла в виде вулканического купола.  С краев такого купола при обвалах и взрывах обрушиваются раскаленные каменные лавины, которые вызывают разрушения у подножия вулкана. При слабых извержениях в кратере вулкана происходят только периодические взрывы газов.
Извержения вулканов происходят также на дне морей и океанов. При этом над водой поднимаются столбы пара, на поверхности воды появляется "каменная пена" - пемза. Иногда в результате извержения вулканов под водой возникают мели, на которые неожиданно наталкиваются суда. Со временем эти мели размываются морскими волнами и бесследно исчезают. Конусы некоторых подводных вулканов выступают над поверхностью воды в виде островов.
Отчего же происходят извержения вулканов и откуда в земном шаре берется такая огромная энергия ? Предполагают, что тепло внутри Земли накапливается от распада радиоактивных элементов. Накопленное в глубине Земли тепло раскаляет вещество земного ядра. Температура его так высока, что это вещество должно было бы расплавиться, но под давлением верхних слоев земной коры оно удерживается в твердом состоянии. В тех местах, где в связи с движением земной коры и образованием трещин, давление верхних слоев ослабевает, раскаленные массы переходят в жидкое состояние. Расплавленная порода, образующаяся при этом глубоко в недрах Земли, называется магмой.
Очаги магмы располагаются под земной корой, в верхней части мантии, на глубине не менее 50 км. Под сильным давлением выделяющихся газов магма, расплавляя окружающие породы, прокладывает себе путь и образует жерло, или канал, вулкана (рис. 15). Освобождающиеся газы взрывами расчищают путь по жерлу, разламывают твердые породы и выбрасывают их куски на большую высоту. При этом магма выливается из кратера и уже как лава течет по склонам вулкана. Если магма не находит выхода на поверхность, то она затвердевает в трещинах земной коры. Иногда, внедряясь в трещины, магма поднимает поверхность земли куполом и застывает в форме каравая хлеба.
В зависимости от своего состава лава может быть жидкой, густой и вязкой. Если лава жидкая, то она относительно быстро растекается, образуя на своем пути лавопады. Газы, вырываясь из кратера, выбрасывают раскаленные фонтаны лавы. Ее брызги застывают в форме каменных капель - лавовых слез. Густая лава течет медленно, лопается на глыбы, нагромождающиеся одна на другую, а газы, выходящие из нее, отрывают от глыб куски вязкой лавы, высоко подбрасывая их. Если сгустки такой лавы при взлете вращаются, то они принимают веретенообразную или шаровидную форму. Такие застывшие куски лавы называются вулканическими бомбами.
При застывании лавы, переполненной газами, образуется каменная пена - пемза. Благодаря своей легкости пемза в воде не тонет и при подводных извержениях всплывает на поверхность моря.
Выброшенные при извержении обломки лавы величиной с горошину или лесной орех называются лапилли. Более мелкий, рыхлый изверженный материал называется вулканическим пеплом. Он падает на склоны вулкана и относится ветром на большие расстояния. Скапливаясь на поверхности Земли и уплотняясь, пепел постепенно превращается в туф.
Еще одним видом динамических процессов, происходящих в земной коре, являются землетрясения. Различают землетрясения: тектонические, вулканические и обвальные.
Тектонические землетрясения связаны с подвижностью земной коры, продолжающимся процессом горообразования. При тектонических землетрясениях происходят разрывы или перемещения горных пород в глубине Земли. Именно отсюда идет волна сотрясений, захватывающая и поверхностную часть земного шара. Область возникновения этой волны называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его распространения обычно составляет несколько десятков, в отдельных случаях - сотен километров. Участок поверхности Земли, расположенный непосредственно над очагом землетрясения, называется его эпицентром. В эпицентре сила подземных толчков достигает наибольшей величины,
Тектонические землетрясения происходят в сравнительно узких поясах, расположенных в районах высоких гор или глубоких океанических желобов. Первый такой пояс - Тихоокеанский - обрамляет Тихий океан; второй - Средиземнотрансазиатский - простирается от середины Атлантического океана через бассейн Средиземного моря, Гималаи, Восточную Азию вплоть до Тихого океана; третий - Атлантоарктический - захватывает срединный Атлантический подводный хребет, Исландию, подводный хребет в Арктике.
Тектонические землетрясения происходят также в зоне африканских и азиатских впадин, таких, как Красное море, озера Танганьика и Ньюса в Африке, Иссык-Куль и Байкал в Азии. Имеются карты тектонических землетрясений, на которых показано, какой силы бывают или могут быть землетрясения в соответствующих районах земли.
Вулканические землетрясения происходят тогда, когда лава и раскаленные газы, бурлящие в недрах вулканов, давят на верхние слои Земли и заставляют их колебаться. Обычно вулканические землетрясения довольно слабы, но они долго продолжаются (недели и даже месяцы). Замечены случаи, когда они возникают непосредственно перед извержением вулкана и служат его предвестником.
Наконец, сотрясения Земли могут быть вызваны обвалами или большими оползнями. Это - местные обвальные землетрясения.
Современные приборы фиксируют ежегодно более 100 тыс. землетрясений, но только около 10 тыс. из них ощущают человек. Разрушительных землетрясений бывает на Земле ежегодно около сотни.
Энергетический уровень самого слабого землетрясения (1012 эрг) принимают за ноль, уровень в 100 раз больший - за единицу, еще в 100 раз больший за две единицы и т.д. Энергетический уровень землетрясения, измеренный в такой шкале, называют его магнитудой.* Эта величина характеризует количество упругой энергии колебаний, выделяемой очагом землетрясения во все стороны земного шара. Эта величина не зависит ни от глубины очага под земной поверхностью, ни от расстояния до пункта наблюдений. Например, магнитуда Чилийского землетрясения 22 мая 1960 г. составила 8,5, а Ташкентского 26 апреля 1966 г. - 5,3. Максимальное значение магнитуды землетрясения равно 9.
Сила сотрясения, или сила проявления землетрясения на земной поверхности, определяется баллами. Наиболее распространенной является 12-балльная шкала. Граница между неразрушительными и разрушительным землетрясениями соответствует примерно 7 баллам.
Сила проявления землетрясения на поверхности Земли в большей степени зависит от глубины нахождения очага: чем ближе очаг к поверхности Земли, тем сила землетрясения в эпицентре больше. Так, югославское землетрясение в Скопле 26 июля 1963 г. с магнитудой на четыре единицы меньшее, чем у чилийского землетрясения вследствие малой глубины и нахождения очага вызвало намного более катастрофические последствия: погибло около 1000 жителей, более трех четвертей зданий было разрушено.
Разрушение на поверхности Земли при землетрясении зависит не только от выделяемой энергии и глубины очага, но еще и от грунтов. Из них особенно опасны рыхлые, сырые и неустойчивые грунты. Степень разрушений наземных построек существенно зависит от их качества.
При землетрясении частицы горных пород перемещаются, совершая колебания. Они толкают соседние частицы и передают тем самым колебания по цепочке в виде упругой волны. По мере удаления волны от очага землетрясения, она ослабевает.
Упругие волны, возникающие при землетрясении, называются сейсмическими.** Они проходят через толщу Земли во всех направлениях и могут быть зарегистрированы. Для этого используются приборы, которые называются сейсмографами. Последние позволяют определить момент начала землетрясения, амплитуду и период колебаний земной коры, положение эпицентра землетрясения, его магнитуду, возможную силу в баллах. Сейсмические волны несут также информацию о строении земного шара, о том, что они встретили в глубине Земли.
В настоящее время на земном шаре постоянно действует около тысячи сейсмических станций. Они оборудованы различными системами сейсмографов и практически непрерывно регистрируют землетрясения различной силы. Это позволяет изучать строение Земли в целом и ее отдельных областей, выявлять режим деятельности потенциальных очагов и прогнозировать землетрясения.
Прогноз включает ответы на три основных вопроса: о месте, силе и времени землетрясения. На первые два вопроса с высокой степенью вероятности отвечают карты сейсмической активности различных районов земного шара (рис. 2.15). Они учитывают многолетнюю статистику и, как правило, дают исчерпывающую информацию, которая учитывается, в частности, при строительстве различных сооружений.
Что касается прогноза времени землетрясения, то различают долгосрочный, краткосрочный и оперативный прогнозы. К сожалению, чем меньше времени остается до очередного катаклизма, тем меньше вероятность правильного прогнозирования момента начала землетрясения. Человечеству предстоит еще многое познать о земной коре, прежде чем будут выработаны надежные методы своевременного предупреждения возможных землетрясений.
Рис. 2.15. Мировая карта землетрясений и вулканов de.ifmo.ru
Рейтинг публикации:
|
