Ключ к прогнозированию дрожи Земли – 2
Часть вторая. Какие существуют причины землетрясений и извержений вулканов на нашей планете
(Продолжение. Первая часть)
3. Напряженное состояние прибрежной части континентальных плит
Напряжённое состояние прибрежной части континентальной плиты рассмотрим на примере существующего тектонического разлома Сент-Андреас в Калифорнии (рис. 8). Разлом Сан-Андреас имеет вид узкого оврага или каньона, который тянется на 1.300 км по суше и уходит под воду близ Сан-Франциско. Расстояние от разлома до Тихого океана плавно изменяется.
Например, известное селение Бредли, расположенное непосредственно у разлома, находится от океана на расстоянии около 100 км. В отдельных местах ширина разлома достигает 10 км. Направление смещения разлома Сан-Андреас – с северо-запада на юго-восток. Средняя скорость смещения вдоль всего разлома составляет 2,0-3,5 см в год. Считается, что разлом начал формироваться около 30 миллионов лет назад.
Рис. 8. Тектонический разлом Сан-Андреас в Калифорнии (США)
В расчётах учтены следующие данные. Штат Калифорния в США находится между 32° 30' с. ш. и 42° с. Наибольшая ширина Атлантического океана по параллели 30° с. ш. – 6.700 км. Средняя глубина Атлантического океана – 3.597 м. Высота приливов в Калифорнии может быть разной и в северной части залива (рис. 9) уровень приливов достигает 5 метров и более. Толщина континентальной плиты принята равной 100 км, толщина твёрдой мантии Земли – 600 км.
Рис. 9. Высота приливов в прибрежных зонах континентов
Схема для оценки напряженного состояния побережья с разломом Сент-Андреас приведена на рис. 10. При этом, показана на рис.10 и учитывалась в расчетёх только статическая составляющая прилива при движении водных масс океана. В то же время динамическая составляющая прилива при движении водных масс может оказаться весьма существенной.
Рис. 10. Схема нагрузок водной массы океана для побережья с тектоническим разломом Сент-Андреас
Но в настоящее время этот вопрос ещё недостаточно изучен, и автором данной статьи пока не учитывался. Однако надо иметь в виду, что именно динамическая составляющая движения водных масс может являться определяющей для относительно небольших водоемов типа озер и водохранилищ, где статическая составляющая от прилива незначительна.
Например, после строительства Краснодарского водохранилища (1972 год) в Краснодаре были зафиксированы уже три землетрясения магнитудой 4,5 – в 1978 году, в 2002 году и в 2024 году. До этого землетрясения фиксировались только у побережья Чёрного моря.
Динамическая составляющая может являться определяющей и для рек, около которых также фиксируются землетрясения различной интенсивности (Волга, Лена, Иртыш и другие). Известны многочисленные случаи изменения русла рек при мощных землетрясениях – Ганг в Индии, Желтая река в Китае, Кламат в США и ещё ряд рек.
Выполненные расчёты показывают, что в верхней части континентальной плиты у побережий, возникают растягивающие напряжения, которые с глубиной будут уменьшаться, постепенно переходя в сжимающие напряжения. Величина растягивающих напряжений существенно ниже прочности гранита на растяжение, которая составляет около 3 Мпа (30 кг/см2), поэтому сами по себе эти напряжения не могут вызвать появление трещин в породах земной коры.
Приливы в океанах создают сжимающие напряжения в верхней части континентальной плиты. Величина сжимающих напряжений может достигать 18 МПА (180 кг/см2) и более. В верхней части плиты возникает знакопеременный цикл растягивающих и сжимающих напряжений. При этом величина сжимающих напряжений от приливов является амплитудой (алгебраической разностью между максимальным и минимальным напряжениями в одном цикле) цикла. Вследствие усталости гранита первоначально от растягивающих напряжений образуются вертикальные микротрещины, которые фиксируются сейсмометрами как непрерывный сейсмический шум.
При циклическом нагружении вертикальные микротрещины растут, сливаются и образуют макротрещины. Образование макротрещин фиксируется сейсмометрами как слабые землетрясения (тремор). Слияние макротрещин в дальнейшем приводит к образованию глобальной многокилометровой трещины, то есть сильному землетрясению. Повторяющиеся землетрясения приводят к образованию новых трещин и развитию тектонического разлома в прибрежной части континентальной плиты.
Известно, что в Восточно-Африканском тектоническом разломе новая трещина в пустыне Эфиопии (рис. 10-11) возникла в 2005 году после 163-х землетрясений.
Рис. 11. Карта Африки и Аравийского полуострова с Восточно-Африканским тектоническим разломом
Рис. 12. Новая трещина Восточно-Африканского разлома в Эфиопии
СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ.
Усталость и малоцикловая прочность гранитов и базальтов в настоящее время ещё не изучены. Но следует отметить то, что процесс разрушения камня от действия циклических нагрузок достаточно хорошо изучен на бетоне (рис. 13), являющимся искусственным каменным материалом. Установлено, что при действии наиболее неблагоприятных циклических нагрузок (циклы нагружения с полной разгрузкой) при количестве циклов до 2-х миллионов прочность бетона может снижаться вдвое. Очевидно, что с увеличением количества циклов нагружения прочность бетона будет продолжать снижаться.
Рис. 13. Образование и развитие микротрещин и макротрещин при сжатии бетонного куба (при наличии сил трения по горизонтальным поверхностям куба и при их отсутствии)
Обобщая результаты выполненных расчётов, можно сделать вывод, что любой крупный водоём способен инициировать землетрясения на примыкающих к нему участках земной коры. И, чем больше водоёмов окружают участок земной коры, тем чаще там будут происходить землетрясения.
Например, Турция, окруженная с трёх сторон морями (рис. 14), является очень сейсмоопасной зоной, так как на её территории напряжения растяжения от трёх водоёмов суммируются и становятся близки к прочности гранита на растяжение.
Поэтому для достижения предела выносливости гранита при растяжении требуется значительно меньшее количество циклов «растяжение-сжатие», чем для прибрежной зоны континентальной плиты, граничащей с одним водоёмом. Вышеизложенное справедливо и для сейсмоопасных территорий Италии и Испании, а также ряда других территорий.
Рис. 14. Карта сейсмоопасных территорий, граничащих с водоемами – морями и Атлантическим океаном
СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ.
В последние годы учёные обратили внимание на возможную связь между глобальным потеплением на Земле и активностью вулканов (рис.15). Предположительно, потепление пробуждает спящие вулканы, расположенные под ледниками, из-за того, что таяние ледников ослабляет давление на земную кору, и в результате в магматических камерах под вулканами магма становится более активной. Во время извержений вулканов в атмосферу попадают парниковые газы, ускоряющие глобальное потепление. Круг замыкается: потепление вызывает таяние ледников, таяние ледников вызывает извержение вулканов, извержение вулканов вызывает дальнейшее потепление.
Рис. 15. Рост числа извержений вулканов за последние 600 лет
Однако, в соответствии с предлагаемой автором новой теорией причин землетрясений, возрастающая активность вулканов может быть связана с увеличением количества землетрясений под вулканами. В свою очередь, землетрясения, то есть образование трещин под вулканами, связаны с увеличением высоты приливов в морях и океанах, и увеличением растягивающих напряжений в прибрежных зонах материков из-за увеличения объёмов воды в морях и океанах при глобальном потеплении. Ведь количество извержений вулканов увеличивается не только в зонах ледников, но и по всей планете.
(Окончание следует)
При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!