Во все времена своего существования человечество сталкивалось с проявлением стихий природы, носящих катастрофический характер.

Грозным представителем одной из природных катастроф, сродни ураганам, извержениям вулканов, цунами в прибрежных районах суши, сходам лавин и селевых потоков является землетрясение. Природные катастрофы сопровождаются колоссальными выбросами энергии в короткий промежуток времени, что вызывает непоправимые разрушения архитектурных сооружений, приводят к многочисленным жертвам, застигнутых врасплох жителей населённых пунктов. Из истории древнего мира известно, что землетрясения той эпохи явились виновниками гибели культур, существовавших в те исторические периоды. Ушли в небытие из античного мира минойская и критская культуры, где процветали наука, ремёсла, велась бойкая торговля, создавались скульптурные и архитектурные сооружения – шедевры искусства того времени; и в какой–то миг всё это оказалось разрушенным, а население, застигнутое внезапно катастрофой, гибло под обломками зданий. Что создавалось десятилетиями и даже веками, переставало существовать. Невосполнимые потери и страх перед новым проявлением буйства стихии заставляли покидать обжитые места оставшихся в живых людей. После раскопок разрушенные храмы и дворцы через многие века предстали перед взором археологов, освобождённые от пыли и песка. В летописях древней Греции сохранилась информация того времени о якобы существовавшем материке Атлантида и ушедшем под воду в результате сильных землетрясений. Все периоды исторического развития общества сопровождаются упоминаниями о крупных землетрясениях на тех или иных территориях.

По итогам статистических исследований за последние несколько веков вырисовывается картина случающихся землетрясений. В одних местах они происходят часто, в других редко и проявляют себя незначительными разрушениями. Районы поверхности Земли, где землетрясения происходят часто и отличаются повышенной силой разрушения считаются сейсмически опасными. Для оценки силы землетрясений учёными геофизиками была принята шкала Рихтера. По шкале Рихтера интенсивность землетрясения оценивается в баллах. С одного до пяти баллов землетрясения практически не производят повреждений сооружений.

Ощущаемые колебания силой в пять баллов схожи с колебаниями, создаваемыми падением тяжёлых предметов внутри здания. При шести баллах многие люди, находящиеся в зданиях, пугаются, выбегают на улицу, бьётся посуда, слышен звон малых колоколов на колокольнях, меняется уровень воды в колодцах. С семи до восьми баллов наступает сильное повреждение зданий, появляются трещины в грунте, иссякают колодцы, или наоборот наполняются водой, происходит разрыв трубопроводов С девяти до десяти баллов – всеобщее разрушение зданий, опасные повреждения дамб, плотин, мостов, искривление железнодорожных рельсов, параллельно руслам рек появляются широкие разрывы в грунте. С одиннадцати до двенадцати баллов – полное разрушение строений и коммуникаций, деформации почвы в вертикальном и горизонтальном направлениях, горные обвалы, в океанах –цунами. С двенадцати баллов и выше - радикальное изменение земной поверхности (возникают озёра, образуются водопады, изменяются русла рек, меняется картина рельефа).

Вот как очевидец описывает землетрясение: « Земля вздрогнула…, её первая судорога длилась почти десять секунд…, треск и скрип оконных рам, звон стёкол, грохот падающих лестниц разбудили спящих… Как бумажный, разрывался потолок…, в темноте все, казалось, падало. Земля глухо гудела… Вздрогнув и пошатываясь, здания наклонялись, по их белым стенам, как молнии, змеились трещины, и стены рассыпались, заваливая улицы и людей среди них тяжелыми грудами острых кусков камня...» Землетрясение нередко сопровождается звуками, которые похожи на звуки, издаваемые сильным ветром, движением скорого поезда, отдаленной орудийной канонадой. Бывали случаи, когда от подземных толчков, вызванных землетрясением, люди подлетали так высоко, что падая разбивались, получая серьезные увечья. Землетрясения сопровождаются такими явлениями, как цунами, крупными обвалами, снежными лавинами, грязевыми потоками (селями, оползнями). Наиболее известным фактором является образование в земле трещин, куда проваливались люди, животные, дома и даже целые деревни. Резкие опускания суши сопровождаются мгновенным затоплением. На сборе статистических данных о землетрясениях, их силе и количестве подземных толчков, на изучении неестественного поведения животных и насекомых (беспокойное поведение, испуг без видимой причины) возможно построение прогноза, ожидаемого землетрясения в сейсмически опасных районах. Непосредственно перед началом землетрясения происходит активизация вулканической деятельности (просыпаются раннее дремавшие вулканы), происходит более интенсивный выброс пара и горячей воды гейзерами, увеличивается наличие сернистых газов в выбросах. Существенное возрастание концентрации в выбросах гейзеров инертного газа радона свидетельствует о том, что в складках земной коры усиливаются напряжения (в результате сжатия пород происходит выделение радона, который по микротрещинам в горных породах поднимается к поверхности) В дальнейшем эти напряжения достигают критической величины, из–за чего происходят подвижки земной коры, что сопровождается серией толчков.

Если землетрясения происходят в прибрежной зоне или под водой, то возникает цунами ( в переводе с японского «высокая волна»). В районах морского дна, где произошли колебания земной коры, энергия толчков передаётся толще воды, и волна начинает распространяться в горизонтальном направлении. В океане на большой глубине цунами ничем себя не проявляет, но на мелководье, вблизи берега этот огромной высоты вал, поднявшись над поверхностью, с большой скоростью устремляется к берегу, сметая всё на своём пути (перед приближением цунами вода уходит от берега).

После его прохождения береговые сооружения разрушены, мелкие суда выброшены на берег, люди, не успевшие эвакуироваться, гибнут. Цунами состоит из серии валов – первые являются самыми мощными и причиняют грандиозные разрушения. Наибольшая вероятность возникновения цунами - районы Тихого и Индийского океанов. При землетрясении, происшедшем в прибрежной зоне Южной Америки у берегов Чили в Тихом океане, влияние цунами проявилось через несколько часов у берегов Японии, Курильской гряды и Камчатки. При прохождении через акваторию Тихого океана вал растратил много энергии, но даже при этом разрушения в прибрежной полосе были значительными.

Сейсмической службой население береговых районов было предупреждено, в результате чего удалось избежать человеческих жертв.

Что же представляет собой процесс, предшествующий землетрясению и само землетрясение? Каким образом можно спрогнозировать проявление этой стихии? При изучении Земли, её строения и явлений, происходящих на ней, возникли науки: география, геология, геотектоника, сейсмология и ряд других наук, позволяющих ответить на интересующие нас вопросы. С помощью этих наук человечество получило знание о внутреннем строении Земли. Был определен радиус Земли, который составляет около 6400 км. Если проследить путь от поверхности до центра Земли, то это расстояние делится на зоны, имеющие разную плотность, температуру и ряд других параметров. Зона А – кора Земли (переменная величина). Ее толщина составляет в среднем 33 км.; далее находится граница Мохоровичича, где параметры составляющих пород резко меняются (прохождение сейсмических волн на этой границе изменяется скачком). Мантия Земли состоит из трех зон: В, С, D. 33- 400 км - верхняя мантия, 400-1000 км - переходная зона, 1000-2900 км - нижняя мантия. Далее идет граница Гутенберга (физические параметры вещества резко изменяются). Ядро Земли состоит из трех зон: E, F, G: 2900-4980 – внешнее ядро, 4980 – 5120 км – переходная зона, 5120-6370 км – внутреннее ядро (твердая фаза). Большая часть информации о строении Земли была получена с помощью гравиметрических и сейсмических исследований.

Сейсмические волны, возникающие при землетрясениях подразделяются на: продольные, поперечные и поверхностные. При различных плотностях и фазовых состояниях вещества они имеют различную скорость распространения, что было положено в основу сейсмологии и послужило созданию общей картины внутреннего строения Земли. Мантия и ядро составляют 99% объема Земли и недоступны для химического анализа. Для определения химического состава пород, находящихся на больших глубинах, применялись специально разработанные методики, где использовалось сравнение химических составов пород Земли и пород метеоритов. Около 1% объема приходится на земную кору, которая подразделяется на материковую и океаническую. Средняя мощность материковой коры в пределах 40 км, наибольшей величины она достигает в Гималаях – 75 км. Материки, плавающие в вязком разогретом базальтовом слое подобно айсбергам, имеют корни, уходящие на значительные глубины. Материковые породы представлены в основном гранитами. Океаническая кора отличается от материковой и состоит из верхнего слоя (осадочные породы), среднего (базальтового) и нижнего (габбро-серпентинитового). Нижний слой образовался из магматических пород, обедненных окисью кремния (габбро) при медленной кристаллизации базальтовых расплавов. Земная кора с верхним слоем мантии образует литосферу. Под материками подошва литосферы 150-200 км, под океанами - 7-10 км, под гребнями срединно-океанических хребтов - 80-90 км. Верхняя мантия состоит из подкорковой нижней литосферы и астеносферы, важнейшей оболочки верхней мантии. Верхняя мантия сложена ультрабазитами (оливин, пироксен – основные составляющие). В пределах астеносферы происходит частичное расплавление базальтовых составляющих. Базальтовые жидкости заполняют межгранулярные пространства между более тугоплавкими кристаллами перидотита, образующими каркас ослабленного слоя. Астеносфера является тем пластичным слоем, который выравнивает давления разновозрастных и разноплотностных блоков литосферы. Для примера: базальт на поверхности плавится при 1100° С, на глубине 100 км - при 1300° С, оливин - 1900°С, на глубине 160 км - при 2140°С, что позволяет судить о физических свойствах этой зоны. Литосфера Земли представлена десятком огромных блоков – тектоническими плитами. Эти плиты перемещаются друг относительно друга в вертикальном и горизонтальном направлениях под действием сил, вызванных определенными факторами. В местах разлома или сжатия накапливаются напряжения, что способствует возникновению очага землетрясения. Напряжения внутри земной коры растут до тех пор, пока не превысят порог прочности самих пород. Пласты горных пород разрушаются и резко смещаются, это резкое смещение пород называется подвижкой. Вертикальные подвижки приводят к резкому опусканию или поднятию пород. Смещение может составлять лишь несколько сантиметров, но энергия, выделившаяся при перемещении миллиардов тонн породы на малое расстояние, огромна. Продолжительность землетрясения может составлять несколько минут. Продолжительность великого землетрясения на Аляске в 1964 г. была более трех минут. Точка, в которой начинается подвижка, называется очагом, фокусом или гипоцентром землетрясения. Точка на земной поверхности, расположенная над очагом, эпицентром. Сила толчков в этой зоне достигает наибольшей величины. Фокус землетрясения может находится на разной глубине, поэтому землетрясения классифицируются на глубокофокусные (очаг землетрясения расположен на глубинах 300 - 700 км), промежуточные (глубина очага 55 300 км) и мелкофокусные (очаг от поверхности менее 55 - 60 км). Большинство землетрясений происходит в литосфере на глубинах до 200 км. Здесь земная кора растрескивается, подобно фарфору. Напряжения накапливаются в ней до тех пор, пока не образуется разрыв, что вызывает подвижку горных пород. Иногда очаги землетрясения находятся на глубинах вплоть до 700 км. К ним относятся землетрясение, происшедшие в 1977 году в Румынии, с магнитудой 7,2 и землетрясение в Колумбии с магнитудой 7,6 на глубинах 650 км. Известно, что везде, где глубокие землетрясения случаются довольно часто, они обрисовывают наклонную плоскость, начинающуюся вблизи земной поверхности и уходящую в недра земли до глубины 700 км. Эти зоны привязаны к местам, где сталкиваются плиты. Одна океаническая плита уходит под другую материковую плиту, погружаясь в мантию. Эти плоскости стали называть зонами Вадати - Беньоффа, в честь сейсмологов: японца Вадати и американца Беньоффа, открывших это явление.

Край опустившейся плиты в слой астеносферы со временем под действием глубинного тепла размягчается и растекается, в результате чего верхняя плита проваливается, что и сопровождается сильным землетрясением. Районы земной поверхности, где происходит погружение одной плиты под другую, являются зонами субдукции или геосинклиналями (зонами горообразования). Районы, где происходит удаление одной плиты от другой, получили название районов спрединга, а линия расхождения плит – осью спрединга. В настоящее время скорость спрединга в различных рифтовых зонах Мирового океана неодинакова. Максимальна она в Юго - Восточной части Тихого океана (остров Пасхи). Здесь ежегодно наращивается 18 см новой океанической коры. За один миллион лет формируется полоса молодого дна шириной 180 км, а на каждом километре рифтовой зоны за то же время изливается около 360 куб. км базальтовой лавы. Антарктида удаляется от Австралии со скоростью 7 см в год, Южная Америка от Африки – 4 см, Северная Америка от Европы – 2 см, медленнее всего процесс спрединга протекает в Красном море - 1,5 см в год. Процесс спрединга также может сопровождаться землетрясениями поверхностного типа, в результате внезапного высвобождения энергии при разрыве коры

(Исландское поверхностное землетрясение 28 марта 1983 года).

Исследования показали, что районы Атлантики имеют тенденцию к увеличению поверхности, а районы Тихого к уменьшению водной поверхности. В прибрежных районах Тихого океана края океанических плит подвигаются под материковые плиты. В результате этого общая площадь поверхности Земли не изменяется. Границы между тектоническими плитами являются геологически активными зонами, где извергаются вулканы и происходят землетрясения.

Если обратить взор на глобус Земного шара, то откроется картина, состоящая из материков и водной поверхности. На поверхности суши ярко выражены горные цепи: в Северной Америке - Кордильеры, в Южной - Анды, не сформировавшаяся горная цепь Камчатки, островов Японии и Индонезии, горная цепь древнего седого Урала, в Атлантическом океане - срединный хребет. При исследовании планет Солнечной системы: Меркурия, Венеры, Луны и Марса - в их строении рельефа не наблюдается присутствие протяженных горных хребтов, также как и интенсивной вулканической деятельности. Эти особенности присущи только для Земли. Теперь рассмотрим самое главное. Что это за механизм, под действием которого образовался и продолжает формироваться своеобразный рельеф Земли? Что же заставляет смещаться литосферные плиты? Силы, приводящие механизм движения плит в действие, состоят из сил внутреннего и сил внешнего воздействия. Силы внутреннего воздействия представлены: центробежными силами, вызывающими смещение материка из района полюса в район экватора, силами тяжести, возникающими в результате накопления осадочных пород, и гидратации поверхностного слоя, что вызывает опускание части тектонической плиты из-за увеличения ее веса. Но уже доказано, что их воздействия носят местный характер. Также не дает полной картины и теория внутренней конвекции (неравномерный вынос тепла из недр Земли). Не применима и теория расширяющейся Земли. Осталось рассмотреть силы внешнего воздействия. Это проявление сил гравитационного взаимодействия планет Солнечной системы и Солнца с участками Земной поверхности. Существенное влияние на эти процессы оказывают лишь Луна и Солнце.

Если взглянуть на карту землетрясений за период 1904 – 1952 г.г. (взято для примера), видно, что активные зоны землетрясений расположены в прибрежных районах Северной и Южной Америки, Камчатки, Курил, Японии, Индонезии, в материковых зонах Азии (Тибет, Памир, Афганистан, Иран, Турция, районы Средиземноморья). Эти сейсмически опасные районы расположены как раз в тех местах, где происходит интенсивное сжатие тектонических плит и их наползание друг на друга.

Что же является основным фактором, влияющим на это взаимодействие тектонических плит? Планета Земля, обладающая гидросферой, в своем роде уникальна и этим отличается от остальных малых планет. Под воздействием солнечной радиации вода, превращаясь в пар, из экваториальных областей переносится в полярные зоны, где в виде льда и снега осаждается на поверхности земли. В результате образуются полярные шапки льда (огромные массы льда Антарктиды и Гренландии, на Северном полюсе паковый лед выносится течениями и не накапливается). Эти массы и вступают в гравитационное взаимодействие с массами Луны и Солнца из-за чего возникает момент сил, что заставляет смещаться Гренландию и Антарктиду к экватору. Сила гравитационного воздействия Луны и Солнца изменяется в течении суток из-за вращения Земли. Наибольшее суммарное взаимодействие будет наблюдаться, когда Луна и Солнце находятся по одну сторону относительно Земли.

А так как Земля при вращении вокруг Солнца имеет еще и наклон оси относительно эклиптики, то пик гравитационного взаимодействия, влияющий на подвижки плит земной коры, будет приходиться на весенний или осенний периоды, так как проекция плеча момента действующих сил в этот период будет максимальной. При ослаблении сил гравитационного взаимодействия в начальные периоды зимы и лета участки соприкасающихся тектонических плит могут испытывать мгновенную осадку в результате сползания. В эти периоды времени тектонические плиты испытывают максимальное механическое воздействие, вызывающее их значительные подвижки. Следовательно, весной и осенью, а также в начальные периоды зимы и лета, происходит наибольшее количество разрушительных землетрясений. Антарктида и Гренландия, смещаясь под влияниям сил гравитационного взаимодействия, будут раскалывать земную кору, подобно скорлупе ореха, и естественно в районе Атлантики и Африканского континента наблюдается расползание плит, а в районах Индийского и Тихого океанов происходит их сжатие.

Рифтовые долины, представляющие линии разлома, ориентированы с севера на юг. В районе рифтовой долины Африканского континента по всей ее длине наблюдаются разрывы и опускание поверхности. Особенно это заметно в местах пересечения долины шоссейными дорогами, там время от времени приходится заделывать провалы, восстанавливая полотно дороги. В результате рассмотренных взаимодействий в комплексе определены места и время возникновения землетрясений с наибольшей вероятностью, что на самом деле и наблюдается из года в год. Процессы, возникающие под действием комплекса сил, в земной коре вызывают образование протяженных горных хребтов (аналогичных горных образований не обнаружено на исследованных поверхностях малых планет) и будут происходить до тех пор, пока полярные ледовые щиты не сместятся к экватору, в результате чего силы придут в равновесие. Смещаясь к экватору, эти ледовые массы вызовут дебаланс во вращении Земли, и чтобы восстановить равновесие, будет происходить перераспределение масс, т. е. твердая фаза ядра Земли будет смещаться к поверхности в районе Тихого океана, что наблюдается на самом деле. На данный момент времени твердая составляющая ядра смещена к поверхности под Тихим океаном на 400 с лишним километров. Дальнейшее смещение Антарктиды и Гренландии к экватору вызовет еще большую разбалансировку во вращении Земли. И не исключено, что при стремлении восстановления баланса под действием центробежных сил твердая составляющая ядра достигнет поверхности и может покинуть пределы Земли. Возможно, по такому сценарию происходило рождение планет из недр Солнца, где внутренние процессы происходят более интенсивно. Во избежание этой катастрофы вселенского масштаба должно происходить интенсивное таяние ледовых масс. Этому способствует наступающее глобальное потепление. Ледовые образования, сместившиеся в области умеренного климата, начнут интенсивно таять, а на полюсах будет происходить образование новых ледовых отложений. Происходящие тектонические процессы могут вызвать значительные смещения плит, что повлечет за собой быстрые изменения климата. Эти изменения могут происходить в короткие сроки в пределах сотен и даже десятков лет. Подтверждением этому может служить археологическая находка мумифицированных хорошо сохранившихся останков знатной особы на Алтае в толще льда. Видимо, что сухой и теплый климат сменился влажным и холодным за короткий период. Здесь же просматривается схожесть алтайской и египетской культур, представленных архитектурными и скульптурными сооружениями и предметами обихода. Похолодание заставило покинуть обжитые места живущих там людей, и в результате странствий была найдена территория, пригодная для жизни - дельта Нила. Последующий период, возможно, будет отличаться угасанием тектонических процессов, сходом на нет землетрясений и вулканической деятельности. Науки, возникшие при изучении буйства подземных стихий, дали возможность использовать накопленные знания в других областях деятельности человека. Многое из сделанных открытий использовала геология. Там, где расположены зоны субдукции, геологи чаще всего находят нефть, каменный уголь, так как эти природные ископаемые образуются из осадочных пород, подвергшихся воздействию подземного тепла, и их органическая составляющая превратилась в эти полезные ископаемые. В зонах спрединга, там, где магма поднимается к поверхности, происходит интенсивное выделение тепла. В них же обнаруживают чаще всего золото, платину, свинец и другие химические элементы.

В зонах субдукции возможно складирование отходов атомной, военной и химической промышленности .

Сейчас человечество столкнулось с этой серьезной проблемой.

В районах Тихого океана, где происходит субдукция, можно складировать отходы с соблюдением особых технологий, со временем они скроются под осадочными породами и сместятся вместе с океанической плитой под материковую плиту в зону астеносферы. Под действием высокой температуры отходы распадутся и на долгий промежуток времени окажутся на больших глубинах. Атлантика же совершенно не пригодна для утилизации и хранения отходов в виду того, что в этих районах наоборот происходит расползание тектонических плит и излияние магматических пород. Это серьезная проблема для стран Западной Европы и Северной Америки.

Николай КАЛИНИН, г. Ростов-на-Дону

Газета “Перекресток Кентавра” 8(120) 2006