Землетрясения - Пьер Руссо

Так объясняют в наше время некоторые сейсмические возмущения. Это явления не геологические и не вулканические, а тектонические, то есть они зарождаются не в поверхностных толщах земной коры, а в ее глубинных пластах, там, где залегают основания гор и корневые складки.

А если пласты не сминаются в складки, а разрываются?

Именно в разрыве пластов, по единодушному признанию, и кроется основная причина землетрясений, и в частности самых сильных. Действительно, вполне вероятно, что пласты, сопротивляясь до тех пор, пока не превзойден предел их пластичности, не выдерживают и разрываются. И хотя разрыв происходит на глубине десятков километров от поверхности земли, в этом явлении нет ничего сверхъестественного.

Попробуем изогнуть стальной или железный прут, деревянную линейку или сургучную палочку. Первый, допустим спица от велосипедного колеса, легко выпрямится, железо лишь слегка согнется, а затем сломается, тогда как линейка и сургуч сейчас же переломятся.

Этот несложный опыт приводит нас к важному заключению: сопротивление, оказываемое прутом, представляет собой его накопленную энергию, которая внезапно высвобождается, как только он ломается. Отсюда следует, что, чем больше энергии накапливается, тем сильнее будет разрыв. Землетрясение вызывается именно таким резким разрывом, который «распространяется затем, как трещина по стеклу», по меткому выражению Жана Кулона. А поскольку мы имеем здесь дело не с прутом, а с земным шаром, разрыв вызывает землетрясение.

Вас волнует теперь вопрос, что же представляет собой этот разрыв в глубинных толщах и что порождает те силы, которые его вызывают? Какие же исполинские силы нужны для того, чтобы привести к таким катаклизмам, как в 1920 и 1923 годах?

Эти две проблемы мы и рассмотрим здесь по порядку. Первая уже получила широко известное решение.

Разрыв обычно называют разломом, в результате которого появляется сброс. С одним таким сбросом мы уже познакомились в связи с Сан-Францисским землетрясением, где проявил себя знаменитый рифт Сан-Андреас. Теперь нам известно, что после разрыва горные породы разбиваются сбросом на две глыбы. По плоскости сброса одна глыба может скользить вдоль другой. Так происходят горизонтальные смещения пластов, кптооые бросаются в глаза, когда при этом повреждается дорога или железнодорожные пути, и вертикальное смещение, при котором разница в уровнях достигает нескольких метров.

Разумеется, даже в тех случаях, когда разрыв пластов вызывает катастрофическое землетрясение, сброс может не проявиться на поверхности. И все же он не проходит бесследно, даже если все сводится к тому, что глубинные толщи в этом месте теряют свою однородность. Отныне это будет слабым участком земной коры, где в последующем сейсмические силы смогут, так сказать, «отвести душу». Представьте себе, что вы случайно порвали, а затем заштопали кусок сукна. Не нужно быть портным, чтобы понять, что со временем сукно порвется прежде всего в этом месте.

То же самое и с землетрясениями. Ведь у нас нет никаких оснований полагать, что те силы, которые вызвали первый разрыв и привели к землетрясению, вдруг перестанут существовать. Им ничего не стоит снова вступить в игру и резко сместить края сброса. Тогда произойдет новое землетрясение и населению такого района придется смириться с мыслью, что покоя не будет.

Если это может утешить жителей других районов, то сообщим им, что, с тех пор как земная кора приняла свою современную конфигурацию, все слои, которые были обречены на разрыв, уже разорвались. Пьер Бернар пишет: «Поскольку сейсмические районы почти не меняются, мало вероятности, что в земной коре произойдут новые разрывы»[47].

Беглый взгляд на строение земного шара

Обратимся ко второй проблеме: что же это за силы, которые, действуя на глубине десятков или сотен километров, достигают такой мощи, чтобы привести к разрывам и сбросам?

Эта проблема связана с другой, затронутой нами вскользь на стр. 153, 154. Здесь пора ответить на вопрос, почему в определенных местах морское дно прогибается, когда: там накапливаются осадочные толщи, из которых затем образуются горные цепи? Почему оно прогибается, образуя геосинклиналь вдоль побережья Индонезии или Японии, а не у берегов Австралии? И почему горная цепь возникла там, где теперь вздымаются Альпы, а не в глубине Сибири, Канады или Африки?

Оговоримся сразу же, что мы поднимаем здесь такие сложные проблемы, которые решаются пока только посредством гипотез. Ведь речь идет не больше и не меньше, как о строении земного шара. На рис. 18 представлена схема, предложенная австралийским геофизиком Балленом. Нам кажется, что она заслуживает большего доверия, чем схемы, предложенные другими учеными, например англичанином Баллардом. Дело не в том, что схема Баллена более поздняя, просто последние наблюдения подтвердили ее обоснованность. Со времени землетрясений 1960 года в Чили распространение сейсмических волн было детально изучено израильским геофизиком Пекерисом, который пользовался методами, разработанными его американским коллегой — Бениоффом. Пекерис убедился, что только модель Баллена помогла объяснить особенности этого процесса.

Согласно Баллену, Земля состоит из: 1) коры, мощность которой колеблется в пределах 30–40 километров под поверхностью континентов, но под дном океанов значительно снижается, причем нижний ее слой сильно разогрет радиоактивными элементами горных пород; 2) промежуточной оболочки плотных пород мощностью 2900 километров; 3) ядра, образованного горными породами и металлом в жидком состоянии мощностью 2200 километров, и 4) субъядра с радиусом 1250 километров, находящегося в твердом состоянии.

Важное значение для нашего исследования имеет разница температур при переходе от верхних слоев к нижним, которая присуща: всей толще коры и промежуточной оболочке. В промежуточной оболочке верхние слон сильно разогреты, тогда как в нижних пластах температура падает. Здесь происходят почти те же физические процессы, что и в кастрюле с водой, поставленной на огонь. Вода на дне кастрюли, естественно, нагревается быстрее, чем на поверхности; нагреваясь и расширяясь, она становится легче и поднимается вверх, тогда как поверхностные слои опускаются и в свою очередь нагреваются. Таким образом, разница температур наверху и внизу создает конвекционные течения, которые переносят тепло по вертикали.

Разумеется, сравнение материи, из которой состоит промежуточная оболочка, с водой в кастрюле весьма условно; ведь одно вещество находится в твердом состоянии, а другое в жидком. Однако тепло, которое радиоактивные элементы горных пород коры выделяют в промежуточную оболочку, вызывает в толще последней очень значительную разницу в температуре. Разумеется, это тепло в некоторых местах должно нагревать породы до температуры, близкой к плавлению. Легко понять, что в этом случае образуются конвекционные течения, правда, с незначительной скоростью, что объясняется почти твердым состоянием ядра. Хотя скорость этих конвекционных течений, видимо, не превышает нескольких сантиметров в год, все же они вызывают вертикальную циркуляцию по направлению от нижних слоев оболочки к верхним.

На рис. 10 показано море, а под ним кора и промежуточная оболочка Земли. Мы видим также конвекционное течение, восходящее в точке А и нисходящее в точке В. Понятно, что ставший вязким от высокой температуры участок коры D, зажатый между двумя нисходящими течениями, как бы всасывается вниз и образует нечто вроде кармана, который постепенно прогибается.

Рис. 10. Почему прогибается морское дно? Предполагают, что породы, из которых оно сложено, притягиваются вниз, как если бы они всасывались нисходящими течениями, которые циркулируют в глубинных пластичных толщах земной коры.

Вот и образовалась геосинклиналь, причины происхождения которой мы доискивались!

Таким образом, конвекционные течения выступают как основа горообразования. И мы можем даже предположить, что геосинклинали — это именно такие участки земной коры, под которыми начинается нисхождение течений. Что же касается мощности таких течений, то ее нельзя переоценить. Она действительно должна быть исполинской, если в состоянии всосать земную кору. Мы охотно согласимся с тем, что она в состоянии смять в складки осадочные толщи, изогнуть их, как теплый воск, и даже разорвать.

Теперь же, как это ни парадоксально, нам остается предостеречь читателя от слепой веры в эту стройную теорию. В конечном счете теория — это всего лишь теория! Если она кажется такой убедительной, то это лишь потому, что мы для простоты изложения затенили неразрешенные трудности и слабые места. Примем во внимание, что эта теория все же признана некоторыми геофизиками в качестве рабочей гипотезы, и согласимся с тем, что нам не пристало быть требовательнее этих известных специалистов. В заключение скажем, что мы имеем право рассматривать сейсмические районы как такие участки земной коры, где ее слои с особой силой терзаются конвекционными течениями и где на протяжении нескольких миллионов лет они сминаются, скручиваются и время от времени в результате такой деформации разрываются.