Знаете ли Вы?

Если перемещения тектонических плит продолжатся с той же скоростью, что и сейчас, через 50 миллионов лет не будет Средиземного моря; Испания, французская Бретань и острова Великобритании объединятся; Кантабрийское море (Бискайский залив) исчезнет; Австралия и Индонезия станут одним континентом; Атлантический и Индийский океаны вырастут. Одновременно Тихий океан уменьшится. В масштабе геологического времени 50 миллионов лет это не так много. С точки зрения человека такой отрезок времени даже трудно себе представить!

2.4. СИЛЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПРИВОДИТЬ ПЛИТЫ В ДВИЖЕНИЕ

Теория тектоники плит, разработанная в 1960-х годах, вызвала большой интерес ученых, изучающих проблемы Земли. Однако до сих пор не ясен механизм движения плит и его причины. В этом разделе приводятся предположения по поводу тех сил, которые могут быть причиной перемещения больших участков земной коры. Подумайте сами над этими вопросами:

• Как конвекционные течения могут привести к движению плит?
• Могут ли магматические очаги в мантии вызвать движение плит?
• Что такое горячие точки?

Конвекционные течения

Конвекционные течения

Конвекционные течения переносят тепло в жидкостях или газах. На схеме показаны два конвекционных потока воды в кофейнике. Обратите внимание: вода возле источника огня нагревается и поднимается. Когда она охлаждается возле поверхности, она опускается вниз. Некоторые ученые полагают, что причиной движения плит могут быть конвекционные течения в мантии. Из-за высокой температуры в мантии частицы вещества "текут", как очень густая жидкость. Сравните схему кофейника со схемой мантии. Плита может перемещаться над большим конвекционным потоком, как по гигантскому конвейеру.

Плюмы в мантии Плюм или магматический очаг, показанный справа, поставляет с большой глубины в мантии по каналу горячее вещество. Такие очаги на границе раздвига могут добавлять материал к краю плит. Этот дополнительный материал может способствовать тому, что плиты отодвигаются друг от друга. Ученые не знают, происходит ли движение плит по причине конвекционных течений в мантии, по причине магматических очагов или в результате сочетания этих двух факторов; а может, существуют и другие, еще не выясненные причины.

Образование горячих точек

Исследование горячих точек

Вулканы появляются там, где магма из магматических очагов в мантии выходит на поверхность Земли. Зоны с высокой вулканической активностью называются горячими точками. Горячие точки находятся над магматическими очагами в мантии. Некоторые магматические очаги располагаются под границами плит. Ученые, занимающиеся проблемами Земли, однако, считают, что некоторые очаги могут располагаться и не под границами плит. Например, горячие точки, которые находятся в середине плиты, вызываются магматическими очагами, которые находятся в стороне от границ плит.

Горячие точки в середине Тихоокеанской плиты образовали Гавайские острова. Эти вулканические острова представляют собой большие горы, поднимающиеся над дном океана. Обратите внимание, что извергающийся вулкан находится прямо над магматическим очагом в мантии.

В последние 80 миллионов лет Тихоокеанская плита перемещалась на северо-запад. Вулканы движутся вместе с плитой, но магматический очаг в мантии остается на прежнем месте. Вулканы, которые движутся от очага в мантии, уже потухли, и магма в них застыла.

По мере передвижения потухших вулканов в сторону от магматического очага в мантии, появляются новые активные вулканы над этим очагом. Так как плита движется на северо-запад, новые вулканы появляются в юго-восточном направлении.

Образование Гавайских островов от горячей точки

Знаете ли Вы? Хотя большинство горячих точек располагается в океанах, некоторые такие точки находятся на континентах. Горячие точки на материках могут означать те зоны, где материки начинают расходиться.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА Для смазки Земли Айзек Азимов

Иногда Землю трясет. В масштабе всей планеты это всего лишь незначительное явление - непродолжительные и не очень сильные толчки. Но для человека, наоборот, это явление имеет колоссальные катастрофические последствия: в результате этого явления менее чем за 5 минут могут погибнуть тысячи людей и произойти огромные разрушения.

Такие толчки мы называем землетрясением.

24 января 1556 года в Китае в провинции Шэньси произошло землетрясение, в результате которого погибли 830 000 человек - это самая большая цифра потерь в ходе подобных стихийных бедствий. Во время другого землетрясения в Токио 30 декабря 1703 года были убиты 200 000 человек, а 11 октября 1757 г. В Калькутте погибли 300 000 человек.

1 декабря 1755 года город Лиссабон в Португалии был разрушен в результате землетрясения и последующих волн цунами. Погибли 60 000 человек.

С течением времени землетрясения носят все более разрушительный характер по той простой причине, что на Земле становится все больше людей, а творения рук человеческих все более сложными, дорогостоящими и многочисленными.

Давайте вспомним, например, землетрясение 1906 года, которое разрушило город Сан-Франциско: при этом погибли 700 человек. 750 000 человек остались без крова, разрушения оценивались в 500 млн. долларов.

Если бы такое землетрясение произошло в настоящее время, возможно жертв было бы больше, больше бы людей остались без крова, а разрушения оценивались бы во много раз большую сумму.

Что же можно сделать? Возможно ли прогнозировать землетрясения, чтобы, по крайней мере, можно было бы вовремя эвакуировать людей?

Наверное, можно. Существуют некоторые предварительные события, которые, кажется, предшествуют сейсмическим движениям: поднятие поверхности Земли или образование небольших трещин в горных породах, что вызывает изменения в уровне воды в колодцах, а также изменение электрических и магнитных свойств Земли.

Люди просто не замечают некоторые явления, предшествующие землетрясению, но животные, которые ближе к природе, могут ощущать их и проявлять беспокойство Лошади ржут и убегают, собаки воют, а рыбы начинают выпрыгивать из воды. Животные, которые обычно прячутся в норах, такие как змеи и крысы, внезапно выходят из нор: шимпанзе в зоопарках становятся беспокойными и проводят больше времени на земле.

В Китае, где землетрясения происходят намного чаще и приносят больше вреда, людей просят обращать внимание на поведение животных, любой аномальный шум в толще Земли, любое изменение уровня воды в колодцах или неожиданное растрескивание штукатурки на стенах.

Китайцы говорят, что они предсказали землетрясение, которое случилось 4 февраля 1975 года в северо-восточной части, страны и спасли жизни многих людей. Но 27 июля 1976 года землетрясение не было спрогнозировано, и один город был полностью разрушен.

Эвакуация людей из города сама по себе представляет большую проблему и может сопровождаться такими же беспорядками, как и само землетрясение. Кроме того, даже если население эвакуировано, существует опасность, что люди потеряют свое имущество.

А можно ли предсказать и отсрочить наступление землетрясения?

Может быть и можно. Земная кора состоит, из нескольких огромных плит, которые при движении трутся друг о друга. Место соединения плит (разлом) неровное и имеет неправильные очертания, поэтому трение очень сильное. По обе стороны от оси разлома горные породы перемалываются. Когда застревает большой кусок породы, давление возрастает и накапливается, пока, в конце концов, когда напряжение достаточно велико, происходит внезапное смещение. Затем процесс повторяется вновь. Каждое такое движение вызывает землетрясение. Чем более неожиданно происходит такое перемещение и чем большую площадь оно охватывает, тем больше магнитуда землетрясения. Естественно, если такие защемления небольшие и, перемещения происходят часто, то будет происходить много землетрясений небольшой силы, которые не вызовут больших разрушений. И наоборот, если защемление и трение огромное, а напряжение накапливается десятилетиями, в конечном итоге произойдет очень сильное землетрясение, которое разрушит все вокруг.

Возможно ли уменьшить трение плит и облегчить их скольжение?

Давайте представим, что вдоль разлома мы выроем глубокие скважины и закачаем в них воду. Жидкость будет заполнять трещины между горными породами, смазывая их поверхность и способствуя постепенному перемещению, в результате чего произойдет ряд небольших и неразрушительных землетрясений. Теперь уже никогда не будут происходить страшные по своим последствиям землетрясения, которые могут унести много жизней.

ВЫВОДЫ

• Альфред Вегенер предположил, что когда-то континенты были соединены в один большой праматерик, который он назвал Пангеей.
• Вегенер использовал в качестве доказательства теории дрейфа материков стратификацию горных пород, окаменелости и изменения в климате.
• Срединно-океанический хребет представляет собой горную цепь длиной 65 000 километров в океанах мира.
• Магма поднимается из мантии и создает новую океаническую кору в зоне срединно-океанического хребта.
• Согласно теории тектоники плит внешняя твердая оболочка Земли разбита на ряд кусков, называемых плитами. Плиты расходятся, сдвигаются и происходит горизонтальное смещение плит друг относительно друга.
• Потоки вещества в мантии под действием конвекции и/или магматические очаги в мантии могут явиться причиной перемещения плит.
• Горячие точки - это участки поверхности Земли непосредственно над магматическими очагами в мантии.

ВОПРОСЫ/ ЗАДАЧИ

1. Сравните теорию дрейфа материков Вегенера с теорией тектоники плит.
2. Придумайте иное объяснение, кроме теории дрейфа материков, почему одинаковые окаменелости находятся в Южной Америке и Африке.
3. Почему в центре срединно-океанических хребтов осадки очень тонкие или полностью отсутствуют?
4. Что бы случилось с корой, если были бы только границы раздвига, но не было бы границ надвига?
5. Используя схемы движения плит и желобов, приведенные в этой главе, объясните, почему так много землетрясений происходит на Филиппинских островах?
6. Какая структура наблюдается на поверхности плиты в том месте, где она под действием конвекционного потока затягивается вниз в мантию?
7. Активный вулкан находится на южном конце цепочки потухших вулканов, располагающихся с юга на север. В каком направлении движется плита?
8. Перечислите континенты, которые были частями Пангеи.
9. Как бы объяснил Вегенер окаменелые остатки папоротников в горных породах Антарктики?
10. Опишите Срединно-Атлантический хребет.
11. Где наблюдаются самые молодые породы в срединно-океаническом хребте?
12. Опишите часть Земли, которая называется "плита".
13. Что является причиной возникновения желобов на периферии Тихого океана?
14. Что такое конвекционное течение?
15. В каком слое Земли находится магматический очаг?
16. Если Вы посетите горячую точку, что Вы можете увидеть?

На фотографии Вы видите извержение вулкана. Такие извержения имеют отрицательные последствия для окружающего ландшафта и атмосферы на многие километры вокруг. Землетрясения, как и вулканы, могут вызвать большие разрушения.

В этой главе Вы узнаете о землетрясениях и вулканах на Земле, а также о "предвестниках", которые ученые используют для того, чтобы предсказать землетрясения и извержения вулканов.

ЦЕЛИ ГЛАВЫ

1. Объяснить зависимость между разломами, землетрясениями и границами плит.
2. Объяснить, как используют ученые сейсмические волны для определения эпицентра землетрясения.
3. Объяснить разницу между интрузивными и эффузивными породами.
4. Описать четыре типа вулканических конусов.

3.1. ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Землетрясение - это колебание или сотрясение земли. Что вызывает землетрясение? Землетрясения могут вызывать мощные взрывы, движение магмы внутри вулкана. Однако большинство землетрясений происходит в результате движения горных пород в зоне разлома. Подумайте над этими вопросами, когда Вы читаете о землетрясениях:

1. Какая связь между землетрясениями и разломами земной коры?
2. Где происходит большинство землетрясений?
3. Что говорит шкала Рихтера о землетрясении?
4. Что такое афтершоки?

Землетрясения и разломы

Представьте, что произойдет, если Вы сгибаете пластмассовую линейку. Если Вы будете сгибать ее сильно, то линейка треснет. После этого обе половинки вновь выпрямятся. Горные породы в земной коре тоже изгибаются под действием давлений, разламываются и вновь выпрямляются. Разлом - это разрыв в породах, вдоль которого произошло перемещение горных пород.

Когда происходит разрыв, энергия выделяется в виде сейсмических волн. Эта энергия заставляет землю трястись; мы чувствуем землетрясение.

С установкой высоко чувствительных сейсмографов во многих точках мира сейчас относительно легко регистрировать сейсмические возмущения, даже если они не ощущаются человеком. После того как сейсмические волны были обнаружены и зарегистрированы различными сейсмологическими станциями, можно определить, где они возникли. Есть несколько организаций, которые занимаются вопросами определения параметров землетрясений и сейсмической активности во всем мире. На основании этой информации можно определить сейсмические характеристики зон с высокой и низкой сейсмической активностью.

На приведенной здесь схеме показано распределение сейсмических толчков в глобальном масштабе.

Глобальное распределение землетрясений

На основании этой схемы можно сделать заключение, что землетрясения распространены по земной поверхности весьма неравномерно. Выделяются четкие границы сейсмических зон. В середине океанов сейсмические события концентрируются вдоль очень узких полосок, которые совпадают с местоположением срединно-океанических хребтов. В стороне от этих зон большая часть дна мирового океана асейсмична.

Наиболее важные из срединно-океанических хребтов следующие: Срединно-Атлантический хребет, Центрально-Индийский хребет, который раздваивается на юге и Восточно-Тихоокеанское поднятие. Восточно-Тихоокеанское поднятие начинается в Калифорнийском заливе и разделяется на две части у острова Пасхи (Чили); одна часть идет на юго-запад, а одна к полуострову Тайтао и континентальной части Чили. Как правило, сейсмическая активность в этих зонах слабая.

Аналогичным образом сконцентрирована сейсмическая активность в структурах, называемых островными дугами. Наиболее значительные островные дуги расположены цепочками по периферии Тихого океана. Основные островные дуги: острова Алеутской дуги, полуостров Камчатка, Курильские острова, Япония, Марианские острова. Соломоновы острова, острова Новые Гебриды, острова Фиджи, острова Филиппины-Зондские-Адаманские. В Атлантическом океане мы видим Малые Антильские острова и Южные Сандвичевы острова. Аналогичные сейсмические цепочки обнаруживаются вдоль побережья Центральной и Южной Америки. Самые глубокофокусные и сильные по магнитуде землетрясения регистрируются в этих зонах. Более широкий сейсмический пояс вдоль южной части Европы, Гималаев и Юго-Восточной Азии представляет собой более сложную зону, в которой землетрясения происходят не так часто.

Зоны малой сейсмичности (даже нулевой сейсмичности) представлены материковыми щитами, такими как Канадский шит в восточной части Северной Америки, Бразильский щит в Южной Америке, а также восточной частью Австралии, Центральной Европой, Южной Африкой и океаническим ложе вдали от срединно-океанических хребтов.

Точка внутри Земли, где происходит разрыв или относительное перемещение пород, называется очагом (или гипоцентром) землетрясения. Очаги большинства землетрясений располагаются в толще Земли, где происходит трение плит друг о друга; место на земной поверхности непосредственно над гипоцентром называется эпицентром землетрясения. Если очаг находится на поверхности Земли, то гипоцентр и эпицентр совпадают.

Разрез вдоль Южной Америки

Если очаг расположен на глубине от 0 до 60 километров, землетрясение считается неглубоким. Если очаг расположен на глубине от 60 до 300 километров, землетрясение имеет среднюю глубину очага. Если очаг на глубине от 300 до 700 километров, то это глубокофокусное землетрясение.

Сила землетрясения

Для измерения силы землетрясения используются две шкалы: одна для измерения интенсивности и другая для измерения магнитуды.

Интенсивность землетрясения - это степень сотрясения грунта на поверхности Земли, ощущаемого в различных точках зоны воздействия землетрясения. Величина интенсивности определяется на основании оценки фактических разрушений, воздействия на предметы, здания и почву, последствий для людей. Значение интенсивности определяется в соответствии с разработанной шкалой интенсивности, которая может быть различной в разных странах. Интенсивность часто связывают с величиной скорости колебания грунта при прохождении сейсмической волны.

В большинстве стран Америки используется Модифицированная шкала интенсивности землетрясений Меркалли, которая имеет 12 уровней интенсивности (баллов). На нижеследующих рисунках показаны различные степени интенсивности (баллы).

I Не ощущается никем, за исключением некоторых людей при благоприятных условиях.		II Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии покоя, особенно на верхних этажах зданий.
III Ощущается довольно явно в помещении, особенно на верхних этажах зданий, но многие люди не воспринимают такие толчки как землетрясение.		IV В дневное время ощущается многими людьми, находящимися в помещении. Наблюдается легкое дребезжание посуды, окон, скрип дверей; потрескивание стен; выплескивается жидкость из открытых сосудов.
V Ощущается почти всеми. Бьется посуда, окна и т.д. Опрокидываются неустойчивые предметы.		VI Ощущается всеми. Перемещаются некоторые тяжелые предметы мебели. Откалываются куски штукатурки, разрушаются дымоходы.
VII		VIII
Все испуганы. Много опрокинутой мебели. Много облетевшей листвы с деревьев и кустарников. Ощущается водителями в автомобилях. Смещаются с места карнизы, кирпичная кладка, плиты и камни.		Легкое повреждение капитальных зданий. Большие разрушения ветхих строений. Разрушаются дымоходы, фабричные трубы, падают колонны, памятники и стены.
IX		X
Повреждение и частичное разрушение всех зданий. Заметны трещины в почве. Разрывы подземных трубопроводов. Наблюдаются отдельные оползни.		Разрушаются некоторые крепкие деревянные постройки. Большинство кирпичных и каркасных конструкций разрушены вместе с фундаментом.
XI		XII
Почти все здания разрушены. Разрушены мосты. Сильно повреждены дамбы, плотины и набережные. Сильное искривление железнодорожных рельсов.		Разрушено почти все. Предметы поднимаются в воздух. Почва движется волнообразно. Возможно перемещение больших объемов скальных пород.

Магнитуда землетрясения - это величина, пропорциональная энергии, выделяемой в очаге землетрясения. Она определяется с помощью прибора, называемого сейсмографом. Показания прибора (амплитуда и период сейсмических волн) указывают на количество энергии упругой деформации, выделяемой в процессе землетрясения. Чем больше амплитуда волны, тем сильнее землетрясение. Шкала магнитуд была разработана американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году. В ней используются арабские цифры. Шкала Рихтера логарифмическая и открытая, т.е. нет ни верхнего, ни нижнего пределов для магнитуд Рихтера. Каждое увеличение магнитуды на одно целое число соответствует 30-кратному увеличению количества выделяемой энергии.

Знаете ли Вы? Многие люди утверждали, что во время землетрясений видели радугу или свечение в небе. Некоторые ученые предполагают, что определенные горные породы электризуются в результате сильного землетрясения. Эти заряды вызывают появление молниеподобных искр, которые и являются причиной странного свечения в атмосфере.

Сильные землетрясения и афтершоки

Сильнейшие из известных землетрясений произошли в 1964 году возле побережья Аляски и в 1960 году возле побережья Чили. Эти землетрясения имели балл выше 8,9 по шкале Рихтера. Подобные землетрясения вызывают огромные разрушения, как видно на фотографии ниже.

Землетрясение в Мехико, сентябрь 1985 г. (Фото из "Нэшнл Джиографик", май 1986)

Обычно после сильного землетрясения следует серия мелких землетрясений, называемых афтершоками. Землетрясение 1971 года в Сан-Фернандо, штат Калифорния, США имело магнитуду 6,6 по шкале Рихтера. В течение последующих трех дней было зарегистрировано более 1000 афтершоков, последовавших за главным землетрясением. Некоторые афтершоки имели магнитуду 5,0 по шкале Рихтера.

Нахождение эпицентра с помощью сейсмографов

Как объяснялось в Главе 1, сейсмограф является очень чувствительным прибором, который измеряет и регистрирует сейсмические волны. Когда сейсмическая волна вызывает колебание сейсмографа, перо самописца вычерчивает зигзагообразную линию на вращающемся бумажном барабане. Линии выглядят примерно так, как показано ниже:

Сейсмограф и сейсмограмма

В связи с тем, что волны Р распространяются быстрее, они первыми приходят к сейсмографу, а следом за ними приходят волны S. Волны L распространяются по поверхности Земли и приходят последними. Ученые могут вычислить расстояние до эпицентра землетрясения на основе сейсмограмм, подсчитав разницу во времени прихода волн Р и волн S на сейсмостанцию. Для точного определения эпицентра землетрясения потребуются показания трех сейсмостанций, как видно на схеме справа.

Определение эпицентра

Предположим, ученый определил, что расстояние от станции А до эпицентра землетрясения составляет 1000 километров. Поэтому эпицентр может быть расположен в любой точке окружности с радиусом 1000 км и центром в станции А, как показано на карте. Ученый проводит окружность вокруг станции А на карте. Предположим, ученые на станции В и станции С тоже изучили сейсмограммы и определили, что расстояние от станции В до эпицентра составляет 500 км и от станции С до эпицентра 400 км. Ученые проводят окружности вокруг станций В и С на карте с радиусами, равными определенным расстояниям от станций до эпицентра землетрясения, как и в предыдущем случае для станции А. Эпицентр землетрясения располагается в зоне пересечения трех окружностей на карте

ЗАНЯТИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭПИЦЕНТРА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ЦЕЛЬ Определить эпицентр землетрясения X. Материалы Лист чистой бумаги Компас Линейка Методика Сложите лист вчетверо (как показано на схеме а), затем разверните его; точка пересечения сгибов является центром отсчета. Отметьте станции А, В и С на этом листе. Вначале наметьте точку, расположенную выше точки отсчета на 2,5 см. Это Станция А. Проведите линии до Станций В и С, как показано на схеме а. Вы рисуете карту для определения эпицентра. Ученые знают скорость распространения волн Р и S. Они могут определить расстояние до эпицентра землетрясения, измерив разницу во времени прихода волн Р и S на их станции. Разница во времени прихода волн следующая: 120 с на Станции А 80 с на Станции В 80 с на Станции С Используя Таблицу эпицентра b, определите и запишите расстояние до эпицентра от каждой станции. Преобразуйте расстояния в сантиметры, чтобы можно было использовать данные на Вашей карте. Используйте масштаб 1 см = 100 км. Каждое значение соответствует радиусу окружности в п. 5. На Вашей карте начертите окружность вокруг Станции А, как показано на схеме с. Радиус окружности - это расстояние в см, которое Вы определили в соответствии с п. 4. Повторите п. 5 для двух других станций. Местоположение эпицентра Х является точкой пересечения трех окружностей. Отметьте эту точку значком X.

Анализ

1. Когда ученым требуется этот метод для определения эпицентра?
2. Где находится очаг землетрясения X?
3. Почему необходимо очертить окружности вокруг каждой станции с радиусом, соответствующим расстоянию до эпицентра?
4. Можно ли определить приблизительное местоположение эпицентра без сейсмографа?

3.2. МАГМА И ЛАВА

Как и в случае землетрясения, извержение вулкана означает, что какие-то события происходят в недрах Земли. Изучите следующие вопросы, пока Вы читаете этот раздел:

• Что образуется, когда магма оказывается в ловушке под землей?
• В каком месте лава выходит на поверхность земли?
• Каковы последствия внедрения лавы на границах плит?
• Как можно классифицировать вулканы по их активности?
• Как отличаются формы вулканических конусов?