Тунгусский и Челябинский метеориты. Научные мифологемы - Михаил Стефанович Галисламов
21. Неопределенность причин техногенных землетрясений
Разработка глобальной геодинамики продолжалось более полувека. Утверждают, что к настоящему времени основы теории геодинамики построены [188]. Учение включает в себя тектонику литосферных плит, тектонику плавающих континентов и тектонику мантийных плюмов. В земной коре происходят перемещения больших объемов масс горных пород. В одних местах они поднимаются, а в других опускаются, мнутся и образуют складки. На отдельных участках происходит нарушение сплошности горных пород. Дрейф континентов на поверхности Земли проявляется в движении литосферных плит, на стыках которых происходят землетрясения и катастрофические вулканические извержения. Особенности строения земной коры, образование и формирование магматических тел рассматриваются геотектоникой. В теории тектоники литосферных плит в качестве движущего механизма задействована мантийная конвекция. Природа конвекции понимается неоднозначно: одни – считают ее чисто тепловой, другие – настаивают на термохимической природе. Неизвестно, она общая или проявляется раздельно в верхней и нижней мантии (выше или ниже 660 км). Большинство геофизиков оказались сторонниками мантийной конвекции, а геохимики – двухъярусной конвекции. Геохимики объясняют свою позицию тем, что состав магм, в особенности океанских островов, требует существования в глубинах резервуара, сохранившего состав мантии со времени аккреции планеты. Сейсмотомографией выявляют под активными плюмами наличие вертикальных столбов и наклонных зон разуплотненного вещества мантии, простирающихся на большие глубины, часто превышающие сотни километров и достигающих в ряде случаев границ верхней, нижней мантии или границы ядро-мантия [189].
Выдвинута гипотеза, что все вещество мантии приводят в циркуляционное движение холодные конвективные потоки (в виде погружающихся литосферных плит), а также горячие конвективные потоки (в виде поднимающихся мантийных плюмов). Сейчас геофизики предполагают, что такая область располагается в нижней части мантии (ниже 1300–1700 км) [190]. Растет количество публикаций, в которых критикуют представления о том, что плюмы рождаются на границе ядро-мантия, что они имеют широкую головную часть и сопровождаются поднятием земной поверхности. Известный американский геофизик Д. Андерсон высказал сомнение в реальности существования плюмов. Данные сейсмической томографии указывают на такие свойства мантийного вещества, которые температурными условиями объяснить нельзя. В мантии обнаружили чередование разогретых и охлажденных участков. На основании сейсмотомографических исследований в начале 90-х годов ХХ века были установлены глубинные зоны пониженных скоростей сейсмических волн. Зона шириной несколько сотен километров на глубинах 250–400 км простирается от Балтийского моря до Малой Азии и, возможно, далее [191]. Непосредственно над ней располагается расплавленная магма (астенолиты), характеризующаяся снижением сейсмических скоростей и повышенной электропроводностью.
Флюидные системы, заключенные в коре континентов, объединяют участки различных размеров и конфигураций, в которых порово-трещинное пространство и межзерновые промежутки пород заполнены флюидами. Они различаются по своему составу и происхождению. Выделение флюидов в среднем и нижнем слое кристаллических пород континентов связывают с метаморфическими реакциями дегидратации. Вода и углекислота являются основными компонентами летучих элементов. Источниками выделения воды и углекислоты являются процессы окисления восстановленных флюидов. Флюиды, содержащие Н2, СО, СН4, окисляются по мере поступления в верхние части мантии и в земную кору [192]:
Н2 → Н2О, СО → СО2, СН4 → СО + 2Н2 и др.
Участие флюидов, поступающих из глубинных оболочек Земли, в формировании флюидного режима земной коры однозначно не определено. Флюид – это газовое или жидкое вещество, отличающееся от горных пород или силикатных магм более низкими значениями плотности (до 1,5 г/см3) и вязкости (до 10 пуаз). В составе флюидов преобладает вода с растворенными веществами. По мнению одних ученых, флюид состоит главным образом из гидротермальной фазы, содержащей СО2 и другие газовые компоненты. Другие рассматривают флюиды как продукты глубинной дегазации, представляющие собой водную, водно-газовую, паровую или газовую среду, заключенную в массе горных пород литосферы.
При исследовании распределения землетрясений вблизи Японских островов по данным каталога Японского Метеорологического Агентства (JMA) за 1983–1990 гг. было обнаружено расположение гипоцентров в компактном объеме пространства, в интервале глубин 0-90 км [193]. Массив данных был создан, главным образом, из очагов слабых землетрясений. Скопления ориентированных отвесно очагов землетрясений, называют сейсмическими "гвоздями". Проявления сейсмических гвоздей наблюдались на Камчатке, Аляске, в районах срединно-океанических хребтов (Исландия), в континентальных зонах (Восточно–Африканский рифт, Памир, зона Вранча) и в других районах литосферы. Протяженность "гвоздя" по вертикали от 10 до 50 км, глубина образования не превосходит 90 км. Проекция "гвоздя" на горизонтальную плоскость имеет размер 5–10 км в диаметре. Прямой корреляции "гвоздя" с сильными землетрясениями (MJMA > 5,0) и с современным активным вулканизмом не наблюдается. Продолжительность формирования "гвоздя" от нескольких дней до месяца. Высказано предположение, что флюиды в литосфере – источник образования "гвоздей".
В консолидированной земной коре континентов широко распространены субгоризонтальные флюидные системы, которые характеризуются как электропроводящие и низкоскоростные (волноводные) зоны. Эти системы расположены в средних и нижних частях коры. Наиболее крупные электропроводящие тела имеют субгоризонтальное простирание и значительную протяженность, мощность электропроводящих слоев достигает 10-15 км. Неоднородности существуют в средних и нижних горизонтах коры, на глубинах 20-35 км. Формирование и длительный период сохранения таких систем плохо согласуется с тенденциями развития земной коры [182].
По результатам магнитотеллурического зондирования в регионе Киргизского Тянь-Шаня был выделен проводящий слой, мощность которого составляет 15-25 км. В разрезе земной коры электропроводящие и низкоскоростные слои занимают довольно близкое положение. Ученые уверены в существовании связи между неоднородностями в земной коре и флюидами. В работе [192] утверждается, что подземные воды реагируют на изменение напряженно-деформированного состояния среды в период подготовки землетрясения и после его происшествия. Подземные воды рассматривают как постоянного участника экзогенных и эндогенных процессов формирования рудных, нефтяных и газовых месторождений. При подготовке землетрясений проницаемость трещин изменяется в квадратичной зависимости, что определяет существенные изменения показателей флюидов. Фильтрационное поле земной коры существенно изменяется в процессе подготовки землетрясения, эффекты выражены значительной амплитудой. Примером служит уникальное снижение уровня подземных вод (на 57 м) в пределах Главного Копетдагского разлома перед землетрясением
