ТЕМА 3. ПРОЦЕССЫ ВНУТРЕННЕЙ ДИНАМИКИ ЗЕМЛИ
Процессы внутренней динамики Земли, или эндогенные процессы, проявляют себя в виде:
- тектонических движений;
- извержений вулканов;
- землетрясений.
Тектонические движения.
Земная кора подвержена постоянным воздействием внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил, изменяющих ее состав, строение и форму поверхности.
Внутренние силы, обусловливаемые главным образом колоссальным давлением и высокой температурой ядра Земли и глубоких толщ земной коры, вызывают нарушения первоначального залегания пластов литосферы, в связи с чем, образуются складки, трещины, сбросы, сдвиги и пр. С деятельностью внутренних сил связаны землетрясения и вулканические извержения.
Преимущественно внутренние силы создают большие неровности на земной поверхности: горы и глубокие впадины. Они же вызывают медленные поднятия и опускания отдельных частей земной коры - вековые колебания.
Поднятия и опускания земной коры охватывают обычно обширные области и приводят к смещению положения суши и моря. Море при этом то надвигается на сушу (трансгрессия), то отступает (регрессия).
Изменения положения моря и суши происходили на протяжении всей истории Земли, происходят и сейчас. Установлено, например, медленное опускание южного побережья Северного моря и медленное поднятие, происходящее со скоростью до 40 см, а в некоторых местах - до 80 см в столетие, северной части Скандинавского и Кольского полуостровов. В некоторых местах наблюдается поднятие гор и опускание впадин (Крымские и Кавказские горы, Карпаты и др.).
|
|
|
Кроме вертикальных, медленных движений литосферы земной коры происходят также и медленные горизонтальные смещения.
Раздел геологии, занимающийся изучением движений земной коры, изменяющихее строение и формы залегания горных пород (складки, сбросы и пр.), получил название тектоники.
Земная кора обладает различной подвижностью. Основной частью земной коры являются платформы, между ними располагаются геосинклинали.
Платформы занимают огромные пространства. К ним относятся Русская платформа. Австралийская, Северо-Африканская и др. Платформы чаще всего имеют двухэтажное строение. Их основанием являются складчатые осадочные породы, либо метаморфические и магматические породы.
Для платформ, как наиболее жестких частей земной коры, характерны сравнительно спокойные колебательные движения вертикального характера.
Геосинклинали располагаются между платформами и являются их подвижными сочленениями. В настоящее время геосинклинали относят к главнейшим тектоническим элементам земной коры.
|
|
|
Для районов геосинклиналей типичны интенсивные и разнообразные тектонические движения, в основном складчатого и разрывного характера. Это вызывает изменение первоначального положения пород.
Районам геосинклиналей свойственны сейсмические явления (землетрясения) и вулканы.
Таким образом, земной коре свойственны тектонические движения двух видов: колебательныеи складчато-разрывные.
По вопросу об энергетическом факторе, вызывающем тектонические движения, нет определенного мнения. Раньше эти явления объясняли сокращением объема земного шара вследствие постепенного охлаждения. Позднее возникла гипотеза о горизонтальных перемещениях материков под влиянием сил, возникающих в земной коре при вращении Земли. Однако при дальнейшем изучении вопроса в указанных гипотезах выявилось много противоречий.
Более прогрессивными следует признать предположения о разогреве горных пород и связанном с этим увеличением их объема и подвижности, а также неравномерном распределении температуры под влиянием радиоактивных элементов. В колебаниях земной коры большую роль играют также силы притяжения и вращения.
Вулканизм.
Процесс поднятия и извержения огненно-жидких масс магмы в определенных местах земной поверхности называется вулканизмом
|
|
|
Вулканы- это геологические образования в виде гор и возвышений конусовидной, овальной и других форм, возникшие в местах прорыва магмы на земную поверхность.
Вулканы в большинстве случаев имеют форму отдельной конусообразной горы, сложенной застывшей лавой и рыхлыми продуктами извержения, обломками камней и вулканическим пеплом. В центральной части возвышенности имеется впадина овальной или круглой формы, называемая кратером (рис.3.1.).
Рис. 3. 1. Разрез вулканов: а – гавайский тип; б – тип Везувия; 1 - кратер; 2 – побочные кратеры; 3 – жерло; 4 – вулканическая гора.
Кратер связан каналом с глубокими недрами Земли, откуда периодически поднимается огненно-жидкая магма, находящаяся в недрах Земли в расплавленном состоянии. Так как канал в своей верхней части обычно закрыт застывшей лавой и пеплом, то перед излиянием магмы на поверхность чащей всего происходит сильный взрыв. В описанной общей схеме строения вулкана и порядка извержения в действительности может наблюдаться значительное разнообразие.
Процесс излияния магмы на дневную поверхность и сопутствующие ему явления получили название извержение. Извержение вулканов представляет собой одно из самых грозных и величественных явлений природы. Перед извержением обычно наблюдаются подземные толчки, завершающиеся взрывом. При взрыве может взлететь на воздух часть возвышенности, вылетают куски породы, пепел, газы и пары, и только после этого из кратера или трещин начинает подниматься жидкая масса - лава, которая течет, заливая пониженные части рельефа. Температура лавы в большинстве случаев выше 1000°С.
|
|
|
Вулканизм проявляется в основном в районах геосинклиналей. На земном шаре вулканы распределяются преимущественно в двух географических областях: Среднеземноморской, распространяющейся, вплоть до Каспийского моря и Тихоокеанской, охватывающей Берингово, Охотское и Японское моря.
Различают вулканы действующиеи потухшие. Такое деление крайне условно. В истории вулканизма имеется немало случаев, когда потухшие вулканы возобновляли свою деятельность, а ранее действовавшие, наоборот, в течение последующих нескольких сотен лет себя не проявляли. Так было с Везувием, неожиданное извержение которого произошло в 79 г.н.э.
Число действующих вулканов на земном шаре насчитывается свыше 540, потухших - более 4000. Из числа действующих 76 вулканов располагается на дне океанов и морей.
На территории России вулканы известны на Камчатке и на Курильских островах.
На Камчатке располагается до 129 вулканов, из них 28 действующих. Наибольшую известность получил вулкан Ключевская сопка (высота 4850 м), извержение которого повторяется приблизительно через каждые 7-8 лет. Активно действуют вулканы Авачинский, Безымянный и Карымский. На Курильских островах известно 20 вулканов, из которых около половины действующих.
Крупные, но потухшие вулканы известны на Кавказе: Казбек, Эльбрус, Арарат. Казбек, например, еще действовал в начале четвертичного периода. Его лавы во многих местах покрывают район Военно-Грузинской дороги.
Извержения вулканов происходят по-разному. Это в большой мере зависит от типа магмы, которая извергается . Кислая и средняя магмы, будучи очень вязкими, дают извержение со взрывами, выбросом камней, пепла и т.д. Излияние магмы основного типа обычно происходит спокойно, без взрывов.
По характеру извержения вулканы делят на следующие типы: Кракатау, Пелейский, Гавайский и Везувиальный.
Тип Кракатау. Вулкан такого наименования располагается между островами Ява и Суматра. Извержение сопровождается мощными подземными толчками. Вулкан со взрывом выбрасывает колоссальное количество газов и обломков в виде пепла. Лаву вулкан не изливает.
Извержение этого вулкана в 1883 г. породило гигантские волны (цунами), достигшие высоты 35 м и обошедшие все океаны мира. Вулканический пепел был поднят на высоту 60 - 80 км и в течение трех лет постоянно носился в верхних слоях атмосферы. В момент извержения в 100 - 200 км от вулкана слой пепла на палубах кораблей достигал 1,5 м.
Тип Пеле. Эталоном извержения этого типа вулканов может быть вулкан Мон - Пеле на острове Мартиника Мало - Антильского архипелага. Извержение начинается с подземных толчков, далее следует взрыв и выделение тяжелых раскаленных газовых масс с большим содержанием сернистых; компонентов. Извержение этого вулкана в 1902 г. выбросило на высоте 4 км пепло-газовую тучу с температурой до 800°С. Со скоростью 150 м/сек. туча скатилась по склону вулкана и в несколько минут уничтожила город Сен-Пьер с тридцатитысячным населением.
Гавайский тип.Этот тип вулканов весьма своеобразен. Это пологие возвышенности с большими, озероподобными кратерами (рис. ), из которых спокойно, почти без толчков и взрывов, выливается лава и стекает по склонам. Так изливаются вулканы Килауэа, Мауна-Лоа и др.
Тип Везувия. Извержение этого типа вулканов характерно Везувию и Этне, расположенным в районе Средиземного моря. Склоны этих вулканов крутые (рис. 3. 1.), сложены слоями остывшей лавы. Извержение этого типа начинается с подземных толчков, далее следуют многочисленные взрывы с выбросом больших масс тепла и водяных паров и уже после этого изливается раскаленная лава.
Следует отметить, что извержения типа Везувия наблюдаются у большинства ныне действующих вулканов на земном шаре. Так происходит извержения на Камчатке и Курильских островах.
Кроме вышеуказанных типов в отдельную группу выделяют грязевые вулканы, имеющие иную природу, чем магматические. Это невысокие конической формы холмы, из кратера которых время от времени выбрасывается газ, вода и грязь. В ряде случаев грязевые вулканы бывают приурочены к линиям разломов земной коры. Температура грязи таких вулканов значительно выше.
Строительство зданий и сооружений в вулканических районах имеет определенные трудности. Землетрясения обычно не достигают разрушительной силы, но продукты, выделяемые вулканом, могут пагубно сказаться на целостности зданий и сооружений и их устойчивости. Вулканы опасны для людей. В процессе их извержения выделяются газообразные, жидкие и твердые продукты.
Общее количество продуктов вулканических извержений достигает иногда очень больших масс. Например, Ключевая сопка во время крупных извержений выбрасывает до 4,5 км3 материала. Пепел выделяется в таком большом количестве, что иногда под его покровом оставались погребенные целые города (например, город Помпея в Италии при извержении вулкана Везувий). Путем уплотнения и химического взаимодействия с водой и солевыми растворами из пепла образуется пористая каменная горная порода, получившая название вулканического туфа, являющаяся весьма хорошим стеновым материалом.
При остывании потоков лавы образуются огромные массы прочных излившихся пород (базальты, диабазы, порфиры, трахиты и др.). Огненно-жидкая магма не всегда достигает дневной поверхности. Иногда, поднимаясь кверху, магма внедряется в толщу осадочных пород, поднимает и раздвигает их. После затвердения магмы на глубине образуются гранит, диорит и другие прочные глубинные породы.
При извержении вулканов наблюдается образование трещин и сбросов, вызывающих разрушение или повреждение инженерных сооружений и жилых зданий.
Землетрясения.
Землетрясением называют всякое сотрясение земной коры, вызываемое действием внутренних сил Земли. Совокупность явлений, связанных с землетрясением, называется сейсмическими явлениями. Местности, где часто наблюдаются землетрясения значительной силы, называют сейсмическими районами.
Основной причиной землетрясений являются нарушения равновесия в находящихся под постоянным давлением частях литосферы.
Землетрясения происходят очень часто(в среднем I землетрясение каждый час). Абсолютно неподвижных участков на земном шаре не существует. Любой участок земной поверхности испытывает легкие сотрясения. Однако интенсивность колебаний поверхности обычно весьма незначительна и редко ощущается людьми. Только около 100 землетрясений в течение года бывают разрушительными.
История знает большое количество катастрофических землетрясений, когда погибали десятки тысяч людей и разрушались целые города или их большая часть.
Так, в ночь с 29 февраля на I марта 1960 года в марокканском городе Агадир произошло землетрясение силой в 8 баллов, длившееся 4 секунды. В результате чего были разрушены целые кварталы, похоронив под обломками тысячи людей.
Исключительное по силе катастрофическое землетрясение произошло 4 декабря 1956 г. в МНР, в смежных районах СССР и Китая. Это землетрясение сопровождалось огромными разрушениями. Один из горных пиков раскололся пополам. Часть горы высотой в 400 м обрушилась в ущелье. Образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной 800 м. На поверхности земли появились трещины шириной до 20 м. Главная из этих трещин протянулась на 250 км. Сила землетрясения достигла приблизительно II баллов.
21 мая 1960 г. в Чили произошло землетрясение огромной силы, опустошившее несколько провинций. На другой день последовала еще
одна серия толчков большой силы с одновременной бурей на океане с высотой волн до 10 м. Сильнейшие разрушения были отмечены в 13 провинциях Чили из 24. Погибло 5 тыс. человек, пострадало около 300 тыс. чел. Материальный ущерб достиг I млрд. долларов. Одновременно с землетрясением началось извержение 14 вулканов.
На Украине и в России землетрясения неоднократно возникали в Крыму, на Кавказе, в Карпатах, в Средней Азии, Прибайкалье и в других районах.
Наиболее сильные землетрясения отмечены в Средней Азии. В ночь с 5 на 6 октября 1948 г. произошло землетрясение силой 10 баллов с эпицентром у пос. Карагаудан в 30 км к юго-востоку от г. Ашхабада в предгорьях Копетдага.
В городе сила землетрясения достигла 9 баллов. На поверхности земли в эпицентре образовались трещины, протянувшиеся в направлении с востока на запад на расстояние в сотни метров. Произошли обвалы, оползни покровных, глинистых пород на склонах. В Ашхабаде и окружающих поселках были разрушены все здания из сырцовых кирпичей и частично здания из обожженного кирпича. Относительно небольшие повреждения получили здания, выстроенные по правилам сейсмостойкого строительства. Наблюдения показали, что сильнее пострадали здания и сооружения, построенные на супесчано-суглинистых грунтах, меньше - постройки, возведенные на гравии и галечниках. В течение нескольких лет в районе Ашхабадского землетрясения продолжались повторные сейсмические толчки силой до 5-7 баллов.
В 5 ч.23 мин. по местному времени 26 апреля 1966 г. в связи с подвижкой горных пород по разлому в земной коре произошло землетрясение в Ташкенте. В эпицентре сила землетрясения составила 8 баллов. В городе землетрясение сопровождалось сильным гулом. Больше всего разрушилось зданий, возведенных на лессовых грунтах вблизи многочисленных каналов и в местах неглубокого залегания уровня грунтовых вод. Меньше пострадали здания, возведенные на галечниках.
В пос. Газли, расположенном в 100 км на северо-запад от г. Бухары ,17 мая 1976 г. произошло землетрясение силой 9 баллов. Обрушились вертикальные трубы, буровые вышки, здания. Люди от землетрясения не пострадали, так как еще 8 апреля при первых подземных толчках перешли из зданий в палатки и вагончики.
Еще более сильные землетрясения произошли в 1976 г. в Турции, Китае, Гватемале, Италии и Чили. При этих землетрясениях пострадали десятки тысяч людей, а сотни тысяч - остались без крова.
В зависимости от причин возникновения различают следующие три типа землетрясений: провальные, вулканическиеитектонические или горообразовательные.
Провальные землетрясения, как правило, захватывают небольшую территорию. Они связаны с образованием пустот на сравнительно небольшой глубине, в результате растворения пород подземными водами. По мере роста пустот происходит систематическое обрушение сводов, влекущее за собой проседание поверхности. Таковы провалы в районе Волганска, Харьковской обл., происходившие в 1915 г., причем сотрясения поверхности ощущались на площади 7000 - 8000 км .
Вулканические землетрясения происходят только в районах действующих вулканов. Извержение огромных твердых и жидких масс на поверхность земли вызывает ее смещения. Иногда эти смещения начинаются до извержения. Вулканические землетрясения также имеют локальное распространение.
Наоборот, тектонические землетрясения, связанные с горо-образовательным процессом, охватывают большие пространства, главным образом, в горных районах.
Сейсмические волны. Очаг зарождения сейсмических волн называется гипоцентром(рис. 3.2.). По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные - от I до 10 км глубины, коровые - 30 - 50 км иглубокие (или плутонические) - от 100 - 300 до 700 км. Последние находятся уже в мантии Земли и связаны с движениями, происходящими в глубинных зонах планеты. Такие землетрясения наблюдались на Дальнем Востоке, в Испании и Афганистане. Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетрясения.
|
|
Непосредственно над гипоцентром на поверхности Земли располагается эпицентр. На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой.
От гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны, по своей природе являющиеся упругими колебаниями. Различают два основных типа волн: продольные и поперечные. Продольные волны вызывают расширение и сжатие пород в направлении их движения. Они распространяются во всех средах - твердых, жидких и газообразных. Скорость их зависит от вещества пород. Поперечные колебания перпендикулярны продольным, и распространяются только в твердой среде, вызывая в породах деформации сдвига. Скорость поперечных волн примерно в 1,7 раза меньше, чем продольных. На поверхности Земли от эпицентра во все стороны расходятся волны особого рода - поверхностные, являющиеся по своей природе волнами тяжести. Скорость их распространения более низка, чем у поперечных, но они оказывают на сооружения не менее пагубное влияние.
Действие сейсмических волн или, иначе говоря, продолжительность землетрясений, обычно проявляется в течение нескольких секунд, реже минут. Так, например, длительность основного подземного толчка Ашхабадского землетрясения составила всего 8 - 10 сек. Иногда наблюдаются длительные землетрясения. Например, на Камчатке в 1923 г. землетрясение продолжалось с февраля по апрель (195 толчков). В районе г. Алма-Аты, начиная с 1887 г., землетрясение продолжалось около трех лет и сопровождалось более чем 600 толчками.
В настоящее время за землетрясениями ведутся постоянные наблюдение при помощи специальных приборов - сейсмографов, которые обеспечивают автоматическую запись колебаний Земли в виде сейсмограмм.
3.3.1. Оценка силы землетрясений.
Для оценки силы землетрясений используется шкала, состоящая из 12 баллов. (За рубежом шкала Рихтера - из 9 баллов). Каждому баллу отвечает определенная величина сейсмического ускорения - а (мм /сек ), вычисляемая по формуле:
a = A4п2/T
A-амплитуда колебаний, мм;
Т - период колебаний сейсмической волны, сек.
По величине а вычисляют коэффициент сейсмичности:
Ks = a/g
g - ускорение силы тяжести, мм/сек
В таблице 3.3. приведена современная сейсмическая шкала, где каждому баллу соответствует определенная величина Ks и дана характеристика землетрясений. В целях сравнения приводятся также значения величин сейсмического ускорения a . Необходимо отметить, что приведенная в таблице оценка степени разрушения зданий, в известной степени является условной.
Землетрясения проявляются лишь в районах геосинклиналей. К таким сейсмическим районам относятся: Карпаты, Крым, Кавказ, Копетдаг, Памир, Тянь-Шань, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Курильские острова и Камчатка.
Имеются карты сейсмического районирования, где показаны территории с силой землетрясения 6-9 баллов.
Сейсмические районы занимают пятую часть территории бывшего СССР. В них располагаются такие крупные города, как Кишинев, Тбилиси, Баку,
Ереван, Ашхабад, Ташкент, Душанбе и т.д.
При работе в районах землетрясений строители должны помнить, что балл, полученный по карте сейсмичности, характеризует усредненные грунтовые условия для всего района и поэтому не отражает конкретных особенностей той или иной строительной площадки. Этот балл подлежит уточнению на базе конкретного геолого-литологического строения и гидрогеологических условий площадки. В общем виде это достигается увеличением среднего балла на единицу для участков, сложенных рыхлыми породами, в особенности увлажненными, и его уменьшением на единицу для участков, сложенных прочными скальными породами.
Таблица 3.3.
Сейсмическая шкала землетрясений
| Балл | Название землетрясений: | Хо, мм | А, мм /сек | Характеристика землетрясений |
| I | Незаметное | _ | _ | Колебания почвы отмечаются высокочувствительными приборами. |
| 2 | Очень слабое | _ | _ | В отдельных случаях колебания ощущаются людьми, находящимися в спокойном состоянии. |
| 3 | Слабое | _ | _ | Колебания отмечаются немногими людьми |
| гими людьми | ||||
| 4. | Умеренное | 0,5 | 100 | Землетрясение отмечается многими людьми. Возможно колебание окон, дверей. |
| 5. | Довольно сильное | 0,5-1,0 | 100-250 | Качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки. |
| 6 | Сильное | 1,1 -2,0 | 250 - 500 | Легкие повреждения в зданиях: тонкие трещины в штукатурке. |
| 7 | Очень сильное | 2,1- 4,0 | 500-1000 | Значительные повреждения в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах. |
| 8 | Разрушительное | 4.1 -8,0 | 1000-2000 | В некоторых зданиях обрушение стен, перекрытий, кровли. |
| 9 | ОпустошительНое | 8,1-16 | 2000-4000 | Разрушение в зданиях (большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб). |
| 10 | Уничтожающее | 16,1-32 | 4000 | Обвалы во многих зданиях. Трещины в грунтах шириной 1м. |
| II | Катастрофа | 32 | _ | Многочисленные трещины на поверхности земли, большие обвалы в горах. |
| 12 | Сильная катастрофа | _ | _ | Значительные изменения в рельефе. |
Моретрясениявозникают в глубоких океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опускания дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают огромные волны, высотой до 15-20 м, которые именуются японским словом цунами.
Цунами перемещаются на расстояния в сотни и тысячи километров со скоростью 500-1000 и даже более 1000 км/ч. По мере уменьшения глубины моря, крутизна волн резко возрастает, и они со страшной силой обрушиваются на берега, вызывая разрушения сооружений и гибель людей. При землетрясении 1896 г. в Японии были отмечены волны высотой 30 м. В результате удара о берег они разрушили 10500 домов, погибло более 27 тыс.человек.
От цунами чаще всего страдают Японские, Индонезийские, Филиппинские и Гавайские острова, а также тихоокеанское побережье Южной Америки. Последнее катастрофическое цунами в этом районе возникло в ноябре 1952 г., в Тихом океане, в 140 км от берега. Перед приходом волны море отступило от берега на расстояние 500 м, а через 40 мин. на побережье обрушилась цунами с песком, илом и различными обломками. Затем последовала вторая волна высотой до 10-15 м, которая довершила разрушение всех построек, расположенных ниже десятиметровой отметки.
Цунами возникают сравнительно редко. За 200 лет на побережье Камчатки и Курильских островов наблюдалось всего 14, из которых четыре были катастрофическими.
На побережье Тихого океана созданы специальные службы наблюдения, которые освещают о приближении цунами. Это позволяет вовремя предупредить и укрыть людей от опасности. Для борьбы с цунами возводят инженерные сооружения в виде защитных насыпей, железобетонных молов, волноотбойных стенок, создают искусственные отмели. Здания размещают на высокой части рельефа. В Японии, например, вдоль располагают лесополосы, в задачу которых входит снижение силы волны.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1580; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!