Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 01 (8)

Литосферные колебанияявляются следствием взаимодействий литосферных плит и объемной деструкции литосферы. В концентрированном виде колебательные режимы литосферы представлены в глобальных поясах сейсмически активных окраин Океана (более 75 % выделяемой сейсмической энергии Земли) и гребневых зон срединных океанических хребтов (около 5 %). Ежегодная «интегральная сейсмическая энергия» в XX веке составляла порядка 25х10 17Дж.

Причины разрушения литосферы имеют глобальный характер и являются процессом приспособления планетарного вещества к длительным силовым воздействиям, таким как колебания оси вращения Земли, кориолисовы ускорения и приливные волны в твердой оболочке Земли.

Из области разрушения литосферных плит излучаются объемные и поверхностные сейсмические волны [3] Всего известно три типа сейсмических волн: 1. Волны сжатия (продольные, первичные Р-волны) — колебания частиц породы вдоль направления распространения волны. Они создают чередование участков сжатия и разрежения в породе. Наиболее быстрые и первыми регистрируются сейсмическими станциями 2. Волны сдвига (поперечные, вторичные, S-волны) — колебания частиц породы перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения в 1.7 раз меньше скорости первичных волн. 3. Поверхностные (длинные, L-волны) — вызывают наибольшие разрушения. . Наиболее интересны среди них поверхностные волны Релея (колебания перпендикулярно движению в вертикальной плоскости) и Лява («горизонтальные» колебания). Для поверхностных волн характерна сильная дисперсия скоростей, их интенсивность резко (экспоненциально) убывает с глубиной. Но поверхностные волны от сильных землетрясений «обегают» Землю несколько раз, соответственно многократно возбуждая колебания среды.

Общее число сейсмических событий в год с магнитудой от 2 до 8 достигает 10 6, суммарный расход сейсмической энергии определяется порядком 10 19Дж/год. Но на механическое разрушение породных масс, минеральные преобразования и тепловые эффекты трения в очаговых зонах ее расходуется примерно в 10 раз больше, чем на колебания земной поверхности. Энергия землетрясения с магнитудой порядка 4 составляет 3,6х10 17Дж, энергия землетрясения с М около 8,6 достигает 5х10 17Дж, энергия вулканического извержения 10 15- 10 17Дж, энергия ядерных и горно-эксплуатационных взрывов до 2,4х10 17Дж.

Примером сейсмогенного “удара” и колебательного последействия являются подземные ядерные взрывы в Неваде в конце 1968 г. Сила взрывного удара здесь достигала 1 Мт; на поверхности вокруг проекции точки взрыва (r = 450 м) наблюдалась интенсивная множественная механическая деформация породных масс; смещения по ранее известным разрывам были установлены в радиусе более 5,5 км; колебательное последействие только афтершокового характера (10 тыс. толчков с М=1,3.. 4,2) [4] Послеударное (“афтершоковое”) колебательное последействие характерно только для метеоритных явлений, атомных взрывов и других техногенных явлений ударно-волнового воздействия на земную кору, при естественном литосферном сейсмогенном процессе оно не наблюдается. Афтершоковые колебания могут служить индикатором применения тектонического оружия. продолжалось несколько месяцев. В кратере от ядерного взрыва начальное ударное давление достигает 10 8МПа, а температура за фронтом ударной волны — порядка 10х10 6градусов. При таких параметрах физические процессы и химические реакции протекают за наносекунды (10 -9с).

Коровые колебаниясвязаны с активизацией сейсмоактивных зон земной коры в зонах вулканизма, коровых рифтов [5] Рифт — линейно вытянутая ровообразная тектоническая структура, рассекающая земную кору между плитами, двигающимися в противоположные стороны. Длина от сотен до тысяч километров, ширина от десятков до 200–400 км. Образуется в зонах растяжения земной коры. , деформационно-метаморфических зонах и т. п. Основное количество землетрясений имеет именно коровую природу с глубиной очагов до 30 км, хотя распространение колебаний корой не ограничивается. Распространяясь в объеме коры, волны проникают глубже ее основания, а по латерали [6] Боковое направление, в стороне от срединной плоскости — на многие десятки, сотни и даже тысячи километров.

Для коровых колебаний характерна крайняя нестационарность. Так, в сейсмоактивной зоне Байкальского рифта суммарная энергия землетрясений меняется до двух порядков: в течение года на Байкале фиксируется более 2000 землетрясений (5–6 событий в сутки), в т. ч. сильные события регистрируются с периодичностью: 7 баллов через 1–2 года, 8 — через 5, 9 —через 15 и 10 — через 50 лет. Аналогичный режим активной сейсмичности подтверждается частотой мелкофокусных землетрясений в рифтовых долинах срединно-океанических хребтов (донные сейсмографы фиксируют до 50–60 “ударов” небольшой силы в сутки).

Испытание первого американского термоядерного устройства “Mike” мощностью 10.4 Mm ТНТ 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок.

Подводный взрыв “Hardtack” мощностью 8 Кт ТНТ, глубина 46 м, лагуна Эниветок, 6 августа 1958 г.

Даже малая амплитуда внешнего воздействия может вызвать скачок деформации такого же порядка величин, что и большая «пиковая» амплитуда. Это связано с накоплением в коре энергии, достаточной, чтобы дополнительный импульс мог привести к потере устойчивости блочной среды.

Микросейсмические (приповерхностные) колебания верхней части коры с диапазоном частот от долей до сотен Гц — неотъемлемое свойство верхней части земной коры. Они возникают после землетрясений и океанических циклонов, от цунами или сейшей в замкнутых водоемах, от штормовых волн и падения метеоритов. Такие колебания также могут быть вызваны ветром, волнением на озерах и течением рек, водопадами, снежными лавинами, сходом ледников и т. п.

Регулярные малоамплитудные микросейсмы вибрационного характера часто обусловлены техногенными причинами. Характерен пример запуска ракеты фон Брауна “Сатурн-5”, доставившей первых астронавтов на Луну; вибрация после старта ракеты фиксировалась в радиусе до 1500 км в течение многих часов. Интенсивное колебание поверхности возбуждает движение транспорта, деятельность промышленных предприятий с режимом импульсного механического нагружения, взрывная “отпалка” и обрушения руды на горно-эксплуатационных комплексах и многое другое.

Особые сейсмогенные колебательные режимы коры образуют стоячие волны крупных водных бассейнов — это короткопериодные квазигармонические колебания, циклически преобразующие, но не перемещающие энергию по латерали. Они возникают как результат сложения встречных бегущих волн во внешних сферах Земли. Такие волны (зыбь) инициируют инфразвуковые волны в атмосферу и вдоль водной поверхности, а проекция области стоячих волн на дно моря представляет собой региональную зону возбуждения микросейсмических колебаний в земной коре.