Книга Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты - Элизабет Эрвин-Бланкенхайм

шкалы Рихтера геологи и сейсмологи разработали другие шкалы для оценки землетрясений, например, предназначенные для оценки энергии конкретных видов сейсмических волн по их амплитуде, но и эти методы тоже имели свои ограничения. Самая полная шкала – это шкала моментных магнитуд, разработанная в 1979 г. сейсмологом из Геологической службы США Томасом Хэнксом и Хироо Канамори, профессором сейсмологии Калифорнийского технологического института[275]. Шкала моментных магнитуд служит для оценки энергии, выделяемой во время землетрясения, и в ней учитываются параметры, не рассматривавшиеся в более ранних шкалах, включая длину разрыва и величину смещения горных пород вдоль разрыва при землетрясении. Эта шкала, как и остальные, тоже логарифмическая[276].

В новостных репортажах часто неправильно указывают, что магнитуда землетрясения составила столько-то единиц по шкале Рихтера, но на самом деле речь идет о моментной магнитуде, о которой сообщает Национальный информационный центр по землетрясениям Геологической службы США[277]. Журналисты часто путают изменение амплитуды сейсмических волн с изменением магнитуды землетрясения. Например, с увеличением магнитуды землетрясения на единицу амплитуда волн возрастает в 10 раз. Но количество высвобождаемой энергии определяется логарифмической функцией, поэтому увеличение магнитуды землетрясения с 4 до 5 единиц отражает 32-кратное увеличение высвобождаемой энергии, а изменению магнитуды с 4 до 6 соответствует приблизительно 1000-кратное увеличение высвобождаемой энергии. Без правильного понимания разницы между амплитудой и магнитудой общество может недооценивать возможные последствия землетрясения.

Теория тектоники плит

Большие литосферные плиты на Земле, состоящие из океанической коры или из океанической и континентальной коры, взаимодействуют друг с другом по краям, где они встречаются. В зависимости от тектонических механизмов, существующих в конкретном месте, или создаются новые плиты, а старые разрушаются, или две плиты скользят друг относительно друга.

Один из основных типов границ плит, называемых дивергентными, или конструктивными, границами, или центрами спрединга, наблюдается в месте образования материала новой плиты на дне океана в районах срединно-океанических хребтов (см. главу 5, цветную вклейку 5.1). Большая часть дивергентных границ плит находится в океанах, но иногда они появляются и в континентальной коре, постепенно раскалывая сушу, как в случае Восточно-Африканской рифтовой долины. Остров Исландия расположен на вершине Срединно-Атлантического хребта над мантийным плюмом – локализованной колонной магмы.

Другой основной тип границы литосферных плит – конвергентная граница, на которой материал старой плиты поглощается в глубоководных желобах (см. главу 5, цветная вклейка 5.1), когда одна литосферная плита, сложенная из океанической коры, пододвигается (подныривает) под плиту меньшей плотности, небольшая часть которой сложена из океанической, а бо́льшая часть – из континентальной коры. Примером такого процесса служит Алеутский желоб недалеко от Аляски и зона субдукции Каскадия на Тихоокеанском Северо-Западе. Другой вариант процессов, наблюдаемых на конвергентных границах плит, – горообразование при столкновении двух континентальных блоков, как в случае с Гималаями.

Еще один основной тип границ существует там, где плиты скользят относительно друг друга (см. главу 5, цветная вклейка 5.1), например, разлом Сан-Андреас в Южной Калифорнии, силы консервативны и горные породы не создаются и не разрушаются. Эти границы называют трансформными, или сдвиговыми.

Земные процессы ограничиваются этими тремя типами границ на протяжении огромных, но относительно узких участков поверхности планеты. В отличие от четко выраженных зон взаимодействия плит диффузные границы плит (см. главу 5) могут достигать от нескольких сотен до более тысячи километров в ширину и существуют как у континентальных, так и океанических плит.

Ученые когда-то считали, что возраст океанических бассейнов такой же, как и континентов, но исследования тектоники плит и изучение океанического дна привели к осознанию того факта, что океанические бассейны гораздо моложе континентов. Благодаря количественному определению возраста с использованием изотопного анализа базальта (магматической породы) геологи выяснили, что самое древнее океаническое дно – это дно Средиземного моря, возрастом почти 340 млн лет. На самом деле возраст большинства горных пород океанических бассейнов составляет менее 200 млн лет, поскольку все породы океанического дна старше мелового периода были поглощены и переработаны на конвергентных окраинах плит.

С точки зрения человеческого измерения времени океанические бассейны – старые, но не настолько древние, как породы, из которых сложены континенты и возраст которых, как уже упоминалось, может достигать 4 млрд лет на участках континентального щита с коренной подстилающей породой в Канаде и Гренландии. Но, поскольку участки океанического дна или поглощаются в глубоководных желобах, или разбиваются о края континентов, они не сохраняются так, как континентальные горные породы. Соответственно, новые океанические породы, создаваемые вдоль рифтов, – это самые молодые породы на Земле, которые обозначены красным цветом на цветной вклейке 6.1. Цвет меняется от красного к зеленому, синему и фиолетовому (самые старые океанические породы) – таким образом показан увеличивающийся возраст по мере удаления океанических слоев от осей хребтов.

С преобладающими границами плит связаны разломы – разрывы земной коры, по которым происходит движение (рис. 6.1). Разломы представляют собой важнейшие структуры в истории и нынешнем состоянии Земли. Существует три главных типа разрывов: сбросы, образующиеся в результате действия сил растяжения, взбросы, образующиеся под действием сил сжатия, и сдвиги в результате действия сил, вызывающих горизонтальное скольжение. Когда образуется разрыв из-за нарастания напряжения (деформаций в горных породах, вызванных воздействием различных сил), высвобождается огромное количество энергии, и происходят землетрясения. Не все из них относятся к крупным, о которых сообщается в новостях; по всему миру ежедневно происходит множество менее крупных землетрясений, вызванных смещениями в области разломов. Крылья разлома (края разорванных слоев) часто имеют шероховатую поверхность, поэтому возникает трение, и плиты «застревают» при движении, в результате чего накапливается напряжение до тех пор, пока давление не преодолеет сопротивление породы, вызвав неожиданный разрыв и землетрясение. Землетрясения могут происходить и при движении магмы под вулканами. Человеческая деятельность также может спровоцировать землетрясения, как в случае, когда отработанную (пластовую) воду закачивают назад в землю в процессе добычи природного газа и создают разрыв. Сейсмографы регистрируют частые землетрясения такого типа в Оклахоме и Колорадо.

Рис. 6.1. Типы разрывов: сброс, взброс и сдвиг. (Видоизмененные рисунки на основе диаграмм из журнала Actualist, 2016)

Конкретные типы разрывов связаны с определенными типами границ литосферных плит (см. цветную вклейку 6.2)[278]. Сбросы встречаются в срединно-океанических хребтах, центрах спрединга и на дивергентных границах, где создаются новые плиты и доминируют силы растяжения. Такое растяжение коры заставляет горные породы с одной стороны разлома двигаться вниз относительно другой стороны. Когда под действием тектонических сил континенты разламываются, распространенной характерной особенностью рельефа становятся рифтовые долины, как Восточно-Африканская рифтовая долина. С другой стороны, взбросы и надвиги (вид взброса с малым углом) сопутствуют конвергентным границам, где действуют силы сжатия. Один из примеров конвергентной границы – участок, где океаническая плита встречается с