Научная статья на тему 'Землетрясения взрывной природы'

Землетрясения взрывной природы Текст научной статьи по специальности «Геология»

CC BY
135
49
Поделиться
Область наук
Ключевые слова
ОСТРОВНАЯ ДУГА / ОКРАИННЫЙ ХРЕБЕТ / ОКРАИННОЕ МОРЕ / ПОВЕРХНОСТЬ БЕНЬОФА / ХОНДРИТОВАЯ ПЛАНЕТА / АСТЕРОИД

Аннотация научной статьи по геологии, автор научной работы — Маракушев Алексей Александрович

Землетрясения взрывной природы рассматриваются в аспекте происхождения Земли, как одно из проявлений ее эндогенной активности, обусловленной наличием у нее жидкого флюидного ядра. В этом отношении Земля отличается от полностью консолидированных планет ее группы и Луны, эндогенная активность которых давно прекратилась вместе с потерей магнитных полей и сейсмичности.

EARTHQUAKES OF EXPLOSIVE NATURE

Earthquakes of explosive nature are considered in the aspect of the origin of the Earth, as a manifestation of its endogenous activity, due to the presence of liquid fluid from its core. In this regard, the Earth is different from the fully consolidated its group of planets and the moon, the endogenous activity of which has long ceased with the loss of magnetic fields and seismic activity.

Текст научной работы на тему «Землетрясения взрывной природы»

ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ

Начальная стадия формирования планетной системы: молодая звезда и протопланетный диск.

Фото с сайта http://www.eso.org/public/

УДК 552.550.42

Маракушев А.А.

Землетрясения взрывной природы1

Маракушев Алексей Александрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН, академик РАН, почётный профессор МГУ имени М.В. Ломоносова

E-mail: belova@iem.ac.ru

Землетрясения взрывной природы рассматриваются в аспекте происхождения Земли, как одно из проявлений ее эндогенной активности, обусловленной наличием у нее жидкого флюидного ядра. В этом отношении Земля отличается от полностью консолидированных планет ее группы и Луны, эндогенная активность которых давно прекратилась вместе с потерей магнитных полей и сейсмичности.

Ключевые слова: островная дуга, окраинный хребет, окраинное море, поверхность Беньофа, хондритовая планета, астероид.

Чтобы приблизиться к пониманию природы взрывных землетрясений необходимо хотя бы кратко остановиться на проблеме происхождения Солнечной системы, ее планет и положения в их ряду Земли . В Солнце (желтом карлике) синтезируются только легкие элементы (С, О, №, Mg), недоступные для наблюдения. Так что весь наблюдаемый химический состав Солнечная (звездно-планетная) система получила в наследство от своей предшественницы - гигантской звезды, породившей при взрыве раскаленный газовый быстро вращающийся диск, масса которого в десятки раз превышала солнечную. При его стремительном охлаждении в нем развивались реакции образования тугоплавких металлических, оксидных и силикатных соединений - Fe(Ni),

1 Работа выполнена при поддержке гранта НШ-3634.2010.5

2 Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и других планет Солнечной системы. М.: Наука. 1992. 208 с.; Maraku-shev A.A. Cosmic petrology and the planetary evolution of the Solar System // Astronomical and Astrophisical Transactions. 2005. V. 24. N 6. P. 507-519.

MgO, SiO2, (Mg, Fe)2SiO4, (Mg, Fe)SiO3 и др., что было первым шагом на пути превращения его в протосол-нечную небулу (туманность) колыбель будущей Солнечной системы. С быстрым вращением газового диска связана его первичная кислород-водородная дифференциация, в результате которой при последующем глубоком охлаждении в центральной его части сформировались водородные ледяные планетезимали, а на периферии - водные. В результате их аккреции (стяжения) возникали Солнце, планеты-гиганты (водородные в непосредственном его окружении и водные - на удалении) и кометные тела, состоящие из водяного льда и космической пыли, окружающих Солнечную систему в виде гигантских поясов (Койпера, Хиллса и Оорта). В Солнце благодаря его центральной позиции сосредоточилась только небольшая часть (1,983 • 10 г) массы стремительно обращающегося вокруг него гигантского, плотного небулярного диска, в котором формировались гигантские планеты и кометное окружение Солнечной системы. По достижении звездного состояния Солнце активно воздействовало солнечным ветром на свое окружение, так что межпланетная и межкометная плотная среда рассеялась в космическое пространство. В результате Солнечная (звездно-планетно-кометная) система потеряла гигантскую массу, которую она первоначально унаследовала от своей звездной гигантской предшественницы. Однако кинетическая энергия плотного небулярного диска, стремительно обращавшегося вокруг Солнца, в значительной степени была унаследована сформировавшимися в нем планетами-гигантами, которые оказались в результате его миграции в вакууме космического пространства. Тем не менее, их взаимосогласованное, стремительное обращение вокруг Солнца, согласное с его медленным вращением, свидетельствует о наличии общей среды, которая была способна создать их взаимосогласованное движение.

Формирование гигантских планет начиналось с аккреции ледяных планетезималей, температура которых близка к абсолютному нулю, образующих протопланетные диски в протосолнечной небуле. По достижении ими гигантской массы развивалось гравитационное сжатие, сопровождавшееся подъемом температуры до громадных значений, так что создавалось тепловое излучение, которое придавало планетам-гигантам сходство со звездами («блуждающие звезды»).

На этой ступени развития Солнце окружалось только планетами-гигантами, стремительно обращавшимися вокруг него в вакууме космического пространства. Они быстро вращались вокруг своих осей, и в них происходила самая первичная дифференциация железо-силикатного вещества. Тяжелое, богатое железом вещество формировало ядра планет-гигантов, а более легкое, существенно силикатное, вещество отбрасывалось центробежными силами от их гигантских флюидных оболочек наружу и формировало спутники. Ядра планет-гигантов расслаивались под огромным давлением их флюидных оболочек на жидкие силикатные (верхние) и железные (нижние) фазы. Более флюидные жидкие железные фазы создавали сильные магнитные поля планет гигантов.

В настоящее время сохранились только удаленные от Солнца планеты-гиганты (Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер), окруженные множеством спутников, тогда как более близкие к нему планеты-гиганты потеряли под действием солнечного ветра гигантские флюидные оболочки, а их железо-силикатные ядра превратились в самостоятельные небольшие планеты, подразделяющиеся на примитивные (хондритовые) и более развитые планеты земной группы (Марс, Земля, Венера, Меркурий). Это превращение происходило с потерей спутников (сохранились только Фобос и Деймос у Марса и Луна у Земли).

Примитивные хондритовые планеты располагались между орбитами Марса и Юпитера. Они характеризовались несовершенством расслоения, в них не сформировались прочные силикатные оболочки, которые были бы способны противостоять громадному давлению флюидов (в основном, водорода), которые сосредоточились в их жидкой железной фазе под давлением флюидных оболочек их материнских планет-гигантов. В результате они подверглись взрывному распаду. Их обломки, так называемые астероиды, испещрены ударными кратерами, образовавшимися под «обстрелом» их со стороны смежных взрывающихся планет. Изредка они образуют динамичные пары с вращением вокруг общего центра. Астероиды унаследовали в какой-то мере орбиты материнских планет-гигантов и обращаются вокруг Солнца согласно с общей планетной системой. Они образуют целый пояс между орбитами Марса и Юпитера, который постоянно теряет массу в результате выпадения из него обломков астероидов - гелиоцентрических метеоритов, которые падают на Солнце и захватываются гравитационными полями Земли и других планет ее группы. В основном это железо-каменные метеориты - хондриты, по которым пояс астероидов часто называют хондритовым поясом. Крупные тела хондритов при вторжении их на большой скорости в атмосферу Земли взрываются на высоте и выпадают в виде так называемых метеоритных дождей, представленных их обломками. Например, катастрофический взрыв крупного хондрита вблизи г. Суджоу в Китае на высоте 10 км 15 апреля 1986 г. создал протяженную полосу его обломков с характерным уменьшением вдоль нее их размеров, фиксирующим направление вторжения метеорита в атмосферу. Таким образом, взрывной распад хондритовых планет на астероиды происходил в результате потери под воздействием солнечного ветра громадных флюидных оболочек их материнскими планетами. Хондритовые планеты взрывались при стремительном расширении водородного флюида, сконцентрированного в их жидких железных ядрах на протопланетной стадии развития.

Содержащиеся в хондритах очень плотные минералы (рингвудит, коэсит и др.) отражают высокий энергетический уровень взрывного распада примитивных планет на астероиды.

Хондритовую стадию в своем развитии проходили и планеты земной группы, зарождавшиеся и вначале развивавшихся в виде плотных ядер своих материнских планет-гигантов под огромным давлением их флюидных оболочек, так что в их никель-железных ядрах сосредоточилась огромная масса водорода. Однако же под его давлением не произошел их взрывной распад при снятии внешнего ограничивающего давления, создаваемого флюидными оболочками их материнских планет-гигантов, так как в них сформи-

1 Маракушев А.А., Зиновьева Н.Г., Грановский Л.Б. Генетические типы минералов ультравысокого давления в метеоритах // ДАН. 2007. Т. 417. № 5. С. 237-243.

ровались прочные силикатные оболочки (мантии и коры). Водородное давление создало их напряженное состояние и разнообразные проявления эндогенной активности, в том числе взрывных землетрясений. У Земли эндогенная активность продолжается уже 4,6 млрд. лет, а у других планет ее группы она давно прекратилась в результате полной консолидации с одновременной потерей ими магнитных полей, создаваемых жидкими флюидными железными ядрами планет.

Уникальность Земли состоит в длительности эндогенной активности, которая является следствием того, что она полностью расслоилась в недрах своей материнской гигантской планеты (Протоземли) под давлением ее флюидной оболочки, что определило огромный водно-водородный запас флюидов в ее жидком ядре. В отличие от Земли планеты ее группы расслаивались в режиме перехода от протопланет-ной к планетной стадии развития, что определило ограниченный запас флюидов в их ядрах и более быструю консолидацию с потерей эндогенной активности и магнитных полей. Это сближает их с массивными спутниками планет-гигантов, эндогенная активность которых, судя по Луне, продолжалась около 1,5 млрд. лет. У Луны она завершилась 3,2 млрд. лет тому назад вместе с потерей Луной собственного магнитного поля (сохранилась только остаточная намагниченность лунных пород). Одновременно Луна потеряла и сейсмическую активность, которая была сосредоточена на ее видимой стороне и коррелировала с образованием депрессий лунной коры (морей), заливавшихся базальтами. Очаги лунотрясений, располагавшиеся в нижней мантии, прослеживаются только по слабым потрескиваниям (рис. 1) .

Открытие эндогенно-активных массивных спутников относится к крупнейшим достижениям астрономии, позволившим найти им место в общем развитии планет Солнечной системы. К проявлениям этой активности относится не только вулканизм (преимущественно на сторонах, обращенных к их материнским планетам-гигантам), в том числе современный (на Ио - спутнике Юпитера), но и высокая сейсмичность.

Спутники, центробежно выбрасываемые из их флюидных оболочек планет-гигантов, нередко взрывались под давлением флюидов, заключенных в их недрах.

Например, Фобос и Деймос (спутники Марса) представлены обломками более крупных спутников.

Землетрясения отражают напряженное состояние Земли, обусловленное наличием у нее флюидного жидкого никель-железного ядра, генерирующего ее магнитное поле. Кристаллизация твердого субъядра, в состав которого флюидные компоненты практически не входят, приводит к непрерывному повышению в земном ядре флюидного давления. Это реализуется частыми импульсами его дегазации, создающими восходящие флюидные потоки (плюмы), которые и создают эндогенную активность Земли во всех ее проявлениях. Непрерывность ее развития наиболее наглядно проявляется в землетрясениях: «.. .каждую минуту на Земле происходят 1-2 землетрясения, что за год составляет несколько сотен тысяч, из которых одно - катастрофическое, 10 - сильно разрушительных, 100 - разрушительных и 1000 - сопровождается повреждениями сооружений»1. Поскольку землетрясения характеризуются гипоцентрами - выделением громадной энергии в ограниченном объеме в глубинах Земли, - наиболее вероятной представляется взрывная природа эндогенных землетрясений, создаваемых импульсами дегазации земного ядра. В работе И.К. Карпова с соавт.2 предполагается образование в жидком ядре Земли тяжелых углеводородов, вынос которых в мантию и земную кору сопровождается взрывным превращением их в легкие углеводороды, создающим взрывные очаги землетрясений. В отличие от этой точки зрения, согласно нашему исследованию , в импульсах дегазации из земного ядра выносится в основном водород, а углеводороды образуются в мантии (3Н2+С0=СН4+Н20) в магматических очагах и утяжеляются при последующей их дегазации (2СН4=2СН3+Н2). Взрывная же ситуация создается стремительностью выноса водорода из ядра, которая порождает перепады флюидного давления и взрывное расширение флюидов на разных уровнях мантии и земной коры.

Приповерхностные процессы подобного рода приводят к образованию на платформах алмазоносных взрывных кольцевых структур4.

На глубину очаги землетрясений, создающие землетрясения, прослеживаются сейсмоприборами до 700 км. По ним определяется граница тектоносферы. В последние годы наметилась тенденция распространить

2 Уипл Ф.Л. Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы. М.: Мир. 1984. 316 с.

Сывороткин В.Л. Землетрясения // Пространство и время. 2(4). 2011. С. 124.

Карпов И.К., Зубков В.С., Бычинский В.Л., Артименко М.В. Детонация в мантийных потоках тяжелых углеводородов // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 6. С. 754-762.

Маракушев А.А., Маракушев С.А. P-T-фации простых углеводородных и органических веществ системы C-H-O// ДАН. 2006. Т. 406. № 4. С. 521-527.

4 Маракушев АА, Панеях НА Формирование алмазоносных кольцевых структур // Пространство и Время. 2011. № 2 (4). С. 118-123.

40° Залад

Рис. 1. Схема строения Луны. Черным цветом на лунной коре обозначены вулканические депрессии (моря), черными точками в нижней мантии обозначены очаги лунотрясений (слабых потрескиваний).

тектоносферу на всю мантию5. Это подчеркивает важную роль флюидного воздействия земного ядра на развитие тектонических движений, которые во многом стимулируются взрывными землетрясениями.

Землетрясения и магматизм на Земле наиболее тесно генетически связаны на активных континентальных окраинах, отделяющихся от океанов или окраинных морей глубоководными желобами. От этих желобов на глубину в сторону континентов погружаются сейсмофокальные зоны или зоны Беньофа , вдоль которых преимущественно и располагаются очаги землетрясений. Сейсмофокальные зоны разделяются на два типа (рис. 2) , отвечающие островным дугам на западной окраине Тихого океана (тип А) и окраинным горным хребтам (Андам) на востоке Тихого океана (тип Б). В типе А очаги землетрясений быстро погружаются в мантию, достигая больших глубин (рис. 3) . В типе Б они остаются на небольшой и умеренной глубине. Это разделение коррелирует с деструктивной эволюцией континентальных окраин

жёлоб А

Рис. 2. Типичные зоны Беньофа: А-_„„ „ . Ч1

островные дуги. Б - три сегмента Андской Рис Гип°центры ^мшетрдашт (кр^гаьге здаки) ш геофи-активной окраины. Вертикальная штриховая зическом разрезе чфез филиппинское море. Вертикальными линия показывает положение вулканическо- умы.мадамта шштаи, ^отшжтаую^ цюгам

го фронта в каждом конкретном случае ^липпинскому и Окинава..

в направлении Б^А. Тип Б континентальных окраин характеризуется громадной мощностью земной коры, достигающей 75 км (в Андах) и вулканизмом, представленным коровыми базальт-андезитовыми вулканами (с преобладанием андезитов). В тылу окраинных хребтов (со стороны континентальной платформы) развиваются депрессии окраинных морей, в результате чего окраинные хребты сменяются островными дугами с небольшой мощностью континентальной коры, вытесняемой в корреляции с развитием мантийного вулканизма и сейсмичности типа А. Для мантийных вулканов характерно практическое отсутствие андезитов и развитие субщелочных базальтов. Разделение вулканов островных дуг на коровые (К) с небольшой глубиной магматических очагов, и мантийные (М), магматические очаги которых находятся в глубинах мантии, было установлено В.Л. Сывороткиным (рис. 4) при изучении Курильской островной дуги. Им было показано, что в породах мантийных вулканов в отличие от пород коровых вулканов - повышенное содержание калия, тория, урана, что сближает их с вулканическими породами окраинных морей, отделяющих островные дуги от континентов. Геофизиками эти соотношения называются обращенностью рельефа мантии. Окраинные моря образуются в депрессиях континентальной коры, навстречу которым прослеживается вздымание мантийного субстрата, как показано изолиниями глубины мантии (рис. 5) . Окраинные моря - уникальные структуры континентальных окраин с самой тонкой континентальной и местами океанической корой и осадочными депрессиями в обрамлении, в том числе нефтеносными. К ним приурочены эпицентры самых глубинных землетрясений.

5 Пущаровский Ю.М. Строение, энергетика и тектоника мантии Земли // Вестник РАН. 2005. Т. 75. № 12. С. 1115-1128.

1 Сейсмофокальная зона - зона, в которой сосредоточено большинство глубокофокусных землетрясений. - Прим. ред.

2 Название дано по имени американского исследователя X. Беньофа, который в 1949-1955 гг. опубликовал серию работ о сейсмофо-кальных зонах. Впервые такую зону выявил под Японией в середине 1930-х гг. К. Вадати. - Прим. ред.

1 Фролова Т.И., Бурикова И.А. Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: МГУ, 1997.

130° 132а 134° 136і 138° 140°1423144і 146і 148= 15СҐ152“ 154°156і158° 160“ 162° 164і 166і

138° 140° 142° 144” 143° 148° 150° 152° 154° 156°

158°

Рис. 4. Петрохимические и геохимические характеристики пород ^і02 - 55%). К- и М-вулканов Курильской дуги: I -К-вулканы: 1 - Менделеева, 3 -Заварицкого, 5 - Чикурачки; II -М- вулканы : 2 - Тятя, 4 -Мильна, 6 - Эбеко; III - направления разломов (острова Куна-шир, Симушир, Парамушир).

-$0 9 ^0 1р01^0 у>0 км

Рис. 5. Изолинии глубины залегания мантийной поверхности Охотского моря и его нефтегазоносность. 1 - нефтегазоносные осадочные бассейны; 2 -наиболее крупные месторождения нефти и газа; 3 - эпицентры глубинных землетрясений с 1965 г. с указанием их глубины (км); размеры знаков отражают магнитуду (4,0-6,5). 1-10 — нефтегазоносные бассейны (в скобках их прогнозные ресурсы в млрд. т нефти): 1 — Северо-Сахалинский (12,4); 2 — Южно-Сахалинский (1,4); 3 — Западно-Камчатский (8,2); 4- Магаданский (8,0); 5 - Шантарский (1.0); 6 — Дерюгинский (6,2); 7 - Тинровский (6,6), 8 — Голыгинский (1,0); 9 — Южно-Охотский (4,0); 10 — Срединно-Курильский (1,2). Схема составлена с использованием данных1

В заключение подчеркнем аналогию образования взрывных землетрясений на Земле и взрывного распада примитивных планет и спутников, одинаково обусловленных сосредоточием в их ядрах водорода в состоянии крайне высокой плотности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карпов И.К., Зубков В.С., Бычинский В.Л., Артименко М.В. Детонация в мантийных потоках тяжелых углеводородов // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 6. С. 754-762.

2. Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и других планет Солнечной системы // М.: Наука, 1992. 208 с.

3. Маракушев А.А., Зиновьева Н.Г., Грановский Л.Б. Генетические типы минералов ультравысо-кого давления в метеоритах // ДАН. 2007. Т. 417. № 5. С. 237-243.

4. Маракушев А.А., Маракушев С.А. P-T-фации простых углеводородных и органических веществ системы C-H-O // ДАН. 2006. Т. 406. № 4. С. 521-527.

5. Маракушев А.А., Панеях Н.А. Формирование алмазоносных кольцевых структур // Пространство и Время. 2011. № 2(4). С. 118-123.

6. Пущаровский Ю.М. Строение, энергетика и тектоника мантии Земли // Вестник РАН. 2005. Т. 75. № 12. С. 1115-1128.

7. Сывороткин В.Л. Землетрясения // Пространство и время. 2011. № 2(4). С. 124.

8. Сывороткин В.Л. Коровые вулканы Курило-Камчатской дуги. М.: Геоинформмарк, 1996. 52 с.

9. Тектоническое районирование и углеводородный потенциал Охотского моря. М.: Наука, 2006. 129 с.

10. Уипл Ф.Л. Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы. М.: Мир, 1984. 316 с.

11. Фролова Т.И., Бурикова И.А. Магматические формации современных геотектонических обстановок. М.: МГУ, 1997.

12. Marakushev A.A. Cosmic petrology and the planetary evolution of the Solar System // Astronomical and Astrophisical Transactions. 2005. V. 24. N 6. P. 507-519.

1 Тектоническое районирование и углеводородный потенциал Охотского моря. М.: Наука, 2006. 129 с.