2 ЭНДОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. Тектонические процессы

2.1 Тектонические движения земной коры

 

Движения земной коры, в результате которых меняется высотное положение поверхности и слагающих еѐ горных пород, условия и формы залегания, происходит образование новых форм рельефа называют тектоническим. Геодезические измерения показывают, что вся поверхность Земли находится в непрерывном тектоническом движении. Эти движения вызываются силами, которые действуют в земной коре и, главным образом, в мантии. Они приводят к деформациям слагающих кору пород, трансгрессии и регрессии моря, поднятию одних участков земной коры и опусканию других, рядом с ними расположенными.

В земной коре возникают сейсмические явления, образуется складчатость, проявляется магматизм на глубине и вулканизм на поверхности. Различают тектонику прошлых геологических эпох и современную - четвертичного возраста (неотектонику).

Тектонические движения разнообразны по форме проявления, по глубине зарождения, по механизму и причинам возникновения.

Тектонические движения разделяют на вертикальные (радиальные) и горизонтальные (тангенциальные). Они взаимно связаны и переходят один вид в другой.

Вертикальные, колебательные движения при проявлении и смене направления приводят к изменению очертания береговых линий, бассейнов, озер, меняют направление геологической деятельности, что приводит к затуханию или возобновлению таких экзогенных процессов и явлений, как образование террас, подтопление устоев рек, подболачивание, оврагообразование, нарушение динамического равновесия рельефа, накопление мощных толщ четвертичных отложений или их глубокий размыв.

Тангенциальные движения приводят к горообразованию, возникновению складчатых (пликативных) и разрывных (дизъюнктивных) дислокаций, проявлению магматизма, вулканизма и сейсмики.

Горообразовательные процессы происходили весь период формирования литосферы. С ними связаны и дислокации – нарушения первичного залегания слоев. Различают пликативные и дизъюнктивные дислокации.

Пликативные (складчатые) дислокации - это изменение положения слоя без разрыва его сплошности. Формы пликативных дислокаций: моноклиналь, флексура, складки (рисунок 8). В зависимости от положения осей складок различают складки прямые, косые, наклонные, лежачие и др.

 

 

 

 

Рисунок 8 - Виды складок:

1 – полная (нормальная); 2 – изоклинная; 3 – сундучная; 

4 – прямая; 5 – косая; 6 – наклонная; 7 – лежачая; 8 – опрокинутая; 

9 – флексура; 10 – моноклинная;

 

 

Элементы складок (рисунок 9).

 

 

Рисунок 9 - Полная складка (а) и элементы складки (б):

1 – антиклиналь; 2 – синклиналь 

 

Дизъюнктивные (разрывные) дислокации. В начале, происходит разрыв слоя, а затем  одна часть смещается относительно другой. Виды разрывных дислокаций (рисунок 10).

 

Рисунок 10 - Разрывные дислокации:

а – сброс; б – ступенчатый сброс; в – взброс; г – надвиг;  д – грабен; е – горст; 1 – неподвижная часть толщи; 2 – смещенная часть; П – поверхность Земли;  р – плоскость разрыва слоев

При и строительстве в районах развития дислокаций следует иметь в виду, что в ядрах складок породы сильно смяты, в сводах - высокая трещиноватость. При моноклинальном залегании в основании могут быть породы разной прочности и сжимаемости. В зонах разломов при разрывных дислокациях породы смяты и со временем по ним процессы выветривания проникают на большую глубину, кроме того эти зоны накапливают атмосферные осадки и образуют водоносные горизонты.

 

2.2 Сейсмические явления

 

Землетрясения

 

Мощное проявление внутренних сил Земли, выраженное колебаниями земной поверхности при прохождении сейсмических волн от подземного источника энергии называют землетрясением. Существуют три типа сейсмических волн:

-      Продольные волны. Они сжимают и растягивают породу, создавая в ней напряжение в направлении распространения волн. Они проходят со скоростью звука через твердые и жидкие среды.

-      Поперечные волны - сдвигают частицы вещества в стороны под прямым углом к направлению движения волны со скоростью около 4,5 км/сек. Они распространяются только в твердых средах.

-      Поверхностные волны имеют период колебания больше, чем волны продольные и поперечные. Их называют волнами тяжести.

Для улавливания и  регистрации упругих волн пользуются специальными приборами  - сейсмографами (рисунок 11)

 

 

Рисунок 11 - Сейсмограф с вертикальным маятником:

1 – маятник; 2 – пишущий рычаг; 3 – барабан с бумагой; 

4 – часы 

Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром (рисунок 12).

 

Рисунок 12 - Гипоцентр (Г), эпицентр (Зп) и сейсмические волны: 

1 – продольные; 2 – поперечные; 3 – поверхностные 

 

Область Земли, где внезапно, взрывоподобно выделяется потенциальная энергия, называют гипоцентром, а его проекция на поверхность Земли - эпицентром. Вокруг эпицентра располагается область наибольших разрушений - плейстосейстовая область Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний (в баллах) называют изосейстами (рисунок 13).

 

Рисунок 14 - Схема изосейст Ашхабатского землетрясения Горшков (1948 г.).

 

 

Расстояние между гипоцентром и эпицентром есть глубина сейсмического очага. По глубине сейсмического очага землетрясения делят на поверхностные (до 10 км), нормальные (10-75 км), глубокие (75300 км) и очень глубокие (300-700 км).

Гипоцентр может смещаться по глубине при повторении землетрясений.

Гипоцентр называют центром как точкой землетрясения чисто условно, т. к. это чаще всего разрыв по трещине и в зависимости от энергии разрыва величина и наклон такой трещины разные.

От гипоцентра волны, постепенно затухая, расходятся на расстояния до нескольких тысяч километров. Дальность распространения во многом зависит от геологического строения района. В горных областях волны затухают значительно быстрее, чем на равнине. При Ашхабатском землетрясении 1948 г. ударные волны распространились в сторону Западно-Сибирской низменности до 2500 км.

Скорость распространения сейсмических волн зависит от упругости и плотности породы. Переходя из более плотной упругой среды в менее плотную и упругую или наоборот, сейсмические волны испытывают отражение и преломление, что записывается на сейсмограмме и позволяет обозначать границы слоев пород разных по составу, плотности, влажности, а затем, используя эталоны, построить геологический разрез.

В зависимости от причин землетрясений их подразделяют на эндогенные (тектонические), экзогенные (обвальные), вулканические и антропогенные, связанные с деятельностью человека - взрывы, подземные испытания, аварии на крупных ГЭС и др. Наиболее опасными являются тектонические, т. к. их энергия, выделяемая при землетрясении очень значительна. 

Оценка силы землетрясений производится по шкалам магнитуд (М) и бальности (J). 

По шкале магнитуд, известной под названием шкалы Рихтера, магнитуда любого землетрясения определяется как десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (выраженной в микронах), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км. от эпицентра. 

Известные максимальные значения магнитуд М = 8,5 -9 . Магнитуда - расчетная величина, относительная характеристика сейсмического очага, используется для оценки общей энергии, выделявшейся в очаге (установлена функциональная зависимость между магнитудой и энергией).

Магнитуда самых больших землетрясений соответствует выделению энергии 1017-1018 Дж.

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности земли (сотрясаемость поверхности) определяется по шкалам сейсмической интенсивности и оценивается в условных единицах – баллах. В России, как и в большинстве стран мира, используется 12- балльная Международная сейсмическая шкала MSK – 64.

В учебнике В.П. Ананьева, А.Д. Потапова (2006г.) приведена формула расчета  бальности:

Бальность (J) является функцией магнитуды (М), глубины очага

(h) и расстояния от рассматриваемой точки до эпицентра (L).

 

Магнитуда определяется по сейсмограмме. При оценке разрушительного воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она приходит из гипоцентра к поверхности Земли. Результирующая сейсмической волны разлагается на две составляющие - нормальную и горизонтальную (рисунок 14). В эпицентре сооружение будет испытывать лишь вертикальные удары. Наибольшие разрушения возникают под действием горизонтальной составляющей сейсмической волны, что следует учитывать при оценке разрушительности землетрясения.

 

 

Рисунок 14 - Механизм землетрясения:

 Г – гипоцентр; Э – эпицентр; 1 – вертикальная составляющая сейсмической волны; 2 – горизонтальная составляющая сейсмической волны;  I - колебания частиц при продольных; II – колебания частиц  при поперечных волнах. 

 

Для всей территории страны в зависимости от геологического строения и тектоники выделены районы сейсмической опасности разной бальности. Эти районы приурочены к горным системам: Крым, Средняя Азия, Дальний Восток, Камчатка, Сахалин, Монголия и др. На сейсмической карте обозначены области и зоны, для каждой из которых указана возможная потенциальная сейсмическая опасность в баллах от 6 до 9. Она установлена для средних геологических условий, которые могут быть различными. Поэтому на застаиваемых территориях в сейсмически опасных районах вводится микросейсморайонирование. Интенсивность землетрясения в баллах, указанных на карте сейсмического районирования, в этом случае может быть скорректирована на ± (1-2) балла в зависимости от местных тектонических условий, геоморфологии, грунтовых и гидрогеологических условий, а также от типа сооружений.

Строительство в сейсмически опасных районах ведется с учетом требований строительных норм и правил, утвержденных для этих районов. Следует иметь в виду, что при землетрясениях возможны крупные сходы селей, возникновение сейсмических оползней и обвалов, явления разжижения мелкозернистых и тонкозернистых водонасыщенных песков, переход их в плывунное состояние.

При возникновении землетрясений на морском дне (моретрясение) образуются гигантские волны, которые, обрушиваясь на берег, наносят большие разрушения.

Шкала интенсивности землетрясений (с сокращен иями)

Интенсивность, балл	Краткая характеристика землетрясений
I	Неощутимые землетрясения. Сотрясения почвы обнаруживаются и регистрируются только приборами.
II	Едва ощутимые землетрясения. Колебания ощущаются только отдельными людьми.
III	Слабое сотрясение. В зданиях наблюдаются раскачивания висячих предметов, иногда слышится дребезжание посуды. Землетрясение ощущается многими людьми.
IY	Заметное землетрясение. Колебания почвы сходны с сотрясениями, вызываемыми проезжающим тяжело нагруженным грузовиком. В домах слышно дребезжание стекол, посуды, скрип дверей, полов, стен.
Y	Пробуждение. Землетрясение ощущается всеми людьми, спящие просыпаются, животные беспокоятся. Висячие предметы сильно раскачиваются, а неустойчивые опрокидываются. В зданиях появляются небольшие трещины, осыпается побелка и штукатурка.
YI	Испуг. Люди, находящиеся в зданиях, пугаются и выбегают на улицу, животные покидают укрытия. Мебель смещается со своих мест. В сырых грунтах появляются трещины шириной до 1 см.
YII	Повреждение зданий. Люди с трудом удерживаются на ногах. Наблюдаются случаи разрушения построек из природного камня (глинобитных и рваного кирпича), на дорогах появляются трещины, нарушаются стыки трубопроводов. Наблюдаются отдельные случаи оползней в горах и на берегах рек, морей.
YIII	Сильное повреждение зданий. Испуг и паника, обламываются ветви деревьев. Разрушаются многие здания из природного камня. В каменных домах появляются многочисленные трещины, осыпается штукатурка. Памятники и статуи

сдвигаются. Трещины в грунтах достигают нескольких сантиметров.

Всеобщее повреждение зданий. Всеобщая паника. Отдельные случаи разрушения кирпичных построек. Искривляются железнодорож-

IX                            ные пути. Трещины в грунтах достигают 10 см в  ширину.  На  поверхности водоемов образуются волны, на равнинах возникают наводнения.

Всеобщее разрушение зданий. Кирпичные здания разрушаются, серьезные повреждения возникают в плотинах, дамбах, мостах. Дорожные

асфальтированные покрытия приобретают вол-

X                              нистую поверхность. Трещины в грунтах достигают 1 м. На берегах рек, морей, склонах гор наблюдаются крупные оползни. Отмечаются случаи выплескивания воды в озерах, каналах, реках.

Катастрофа. Повреждаются здания железобетонных конструкции. Значительным разрушениям подвергаются мосты, плотины, железнодо-

XI                            рожные пути. Ровная поверхность становится волнистой. Ширина трещин и грунтах достигает 1 м. Вдоль разрывов происходит вертикальные и горизонтальные перемещения горных пород. В горах многочисленны оползни и обвалы. Изменения рельефа. Сильные повреждения или разрушения практически всех наземных и подземных сооружении. Трещины в грунтах со-

XII                         провождаются значительными вертикальными и горизонтальными перемещениями. Изменяется рельеф           за            счет       многочисленных               обвалов, оползней, смещений. Возникают озера и водопады, меняется направление русел рек.

 

 

 

 

2.3  Глобальная тектоника Земли (тектоника плит)

 

Научно-обоснованных предположений (тектонические гипотезы) о причинах движения и деформации земной коры, создающие ее структуры, существует довольно много. Однако вопросы о причинах тектонических деформаций до сих пор нельзя считать окончательно решенными. Наибольшей популярностью пользуется гипотеза «новой глобальной тектоники», предложенная в 60-70-е годы 20 века X. Хессом, Р. Дидом и др. «Новая глобальная тектоника» предполагает существование подкорковых конвекционных течений и опирается на данные палеомагнетизма и результаты бурения морского дна. Согласно «новой глобальной тектоники», сравнительно «хрупкая» литосфера, подстилаемая пластичной астеносферой, разделена на жесткие плиты, отделенные друг от друга тектоническими разрывами. Плиты включают материки и части океанов и испытывают относительно друг друга раздвиг (спрединг) с образованием рифтовых зон, а затем океанов; подвиг (субдукция) с погружением одной плиты под другую (рисунок 15,16) или образуются трансформные разломы. Это длительно действующие правосторонние или левосторонние сдвиги. В процессе созидания или разрушения коры не участвуют. Здесь преобладают сдвиговые и разрывные дислокации. В нашей стране вопросы «новой глобальной тектоники» разрабатывали академики В. Е.

Хайн, П. И. Кропоткин, А. В. Пейве и др.

 

Рисунок 15 - Блок диаграмма, показывающая динамику зарождения (спрединга) и поглощения

(субдукции) литосферы 

Рисунок 16 - Схема субдукции       океанического  дна

 

 

 

В настоящее время в верхней оболочке Земли выделяют семь крупных плит: Тихоокеанская, Евразийская, Индо-австралийская, Антарктическая, Африканская, Северо- и южноамериканская (рисунок 17). В пределах крупных плит выделяют средние и мелкие плиты или блоки. Все плиты перемещаются друг относительно друга, поэтому их границы чѐтко маркируются зонами повышенной сейсмичности. 

 

Рисунок 17 - Схема плит  

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.