Николай Вершинский - Загадки океана

Суммарная скорость расхождения двух плит не означает, что скорости обеих плит равны. Например, в районе Фамоус (Атлантика) суммарная скорость равна 2,4 см/год, но скорость с восточной стороны выше, чем с западной.

Скорость 3 см/год соответствует скорости около одного микрометра в секунду (10 -7см/с). Примерно с такой скоростью растут некоторые деревья, движутся ледники и частицы при броуновском движении. Скорости такого порядка измеряются с помощью лазерных допплеровских анемометров (ЛДА). Именно с помощью этих интересных приборов были измерены и скорости движения литосферных плит.

Вспомним принцип эффекта Допплера: спектр сигнала, отраженного от движущегося предмета, отличается от спектра первоначального сигнала. Например, тон звукового сигнала электрички, проходящей без остановки мимо платформы, на которой вы стоите, заметно изменяется на слух в процессе ее движения. Когда она быстро подходит, частота звука ее сигнала заметно нарастает — звук становится более высоким, а когда она миновала платформу и удаляется от вас, звук не только делается более тихим, но и понижается его частота — звук становится басовитым. Происходит это потому, что при приближении поезда скорость самого источника, т. е. гудка, складывается со скоростью распространения звука в воздухе. В результате каждую секунду в ухо попадает большее число звуковых волн. Неподвижный наблюдатель слышит повышение тона гудка. При удалении поезда все происходит наоборот — в единицу времени попадает меньшее число звуковых волн, что соответствует кажущемуся уменьшению высоты тона гудка для неподвижного наблюдателя.

При изучении движения литосферных плит пользуются не акустическими сигналами, а электромагнитным излучением от лазеров. Первоначально были созданы стационарные, т. е. неподвижные, установки. Они позволили измерить скорость передвижения отдельных горных вершин. Подобные измерения производятся, например, в Гималаях.

А теперь сделан удачный опыт измерения скорости перемещения литосферных плит, находящихся на поверхности Земли, с помощью спутников.

Для этой цели английские ученые создали космическую систему из одиннадцати искусственных спутников, находящихся на разных высотах: от 1 до 6 тыс. км. На спутниках смонтированы зеркала, отражающие импульсы лучей лазеров, посылаемых с поверхности Земли. Отсчет времени с момента посылки лучей до момента их возврата позволяет с необходимой точностью измерять движения плит, образующих земную кору. Еще никто не измерил скорость перемещения плит на дне океана в зоне рифтов или в зоне сейсмических поясов.

Ученые опускают туда донные сейсмографы — особые магнитофоны, способные улавливать очень низкие частоты. Они часто регистрируют там микроземлетрясения, о которых на поверхности никто и не догадывается. Донные сейсмографы — очень чувствительные приборы. Они записывают шорохи и шумы, возникающие при самых малых подвижках плит, вблизи которых они установлены на дне. Развивается новая область сейсмологии, которая должна помочь людям своевременно получить информацию о надвигающемся землетрясении.

Рифтовые зоны относятся к числу наиболее изученных районов срединных хребтов. Они — в центре внимания ученых разных специальностей. Как устроен гигантский механизм, заставляющий плиты перемещаться? По этому поводу высказано много различных гипотез и сделано большое количество экспериментов, но число вопросов не уменьшилось. Например: почему в низкоспрединговых хребтах наблюдается боковое поднятие сбросовых ступеней по краям рифта? Почему их нет там, где происходит быстрый спрединг?

Что такое су. бдукция и что она может? Если две литосферные плиты движутся навстречу друг другу, т. е. сходятся, то настает момент, когда они сталкиваются. Развивается процесс поддвига и погружения одной из плит под другую. Такой процесс называется субдукцией. Зоны, где она происходит, интересны с точки зрения поиска полезных ископаемых.

Схема «бульдозерного» эффекта.

Край плиты, оказавшийся сверху, сгребает осадки с поверхности плиты, идущей вниз. Верхняя плита работает как нож бульдозера. В результате на поверхности уходящей вниз плиты появляются мощные складки осадочных пород. Складки эти образуют структурные ловушки, где могут скапливаться большие количества нефти и газа (см. рис. на с. 86). Нефть и газ легче воды. Поэтому они стремятся всплыть. Если этому препятствует достаточно плотный слой осадков, то нефть и газ будут скапливаться в самом высоком месте, т. е. в складках под куполами. Предполагается, что подобный механизм способствовал образованию нескольких крупных месторождений нефти и газа в разных частях земного шара.

Но субдукция дает не только положительный эффект. Столкновение литосферных плит приводит к землетрясениям. Иногда очень сильным, когда погибает много людей. Пример — землетрясение в Мексике в 1985 г.

Плита Кокос движется в восточном направлении. Она поддвигается под Северо — Американскую плиту у западного побережья Мексики. Плиты движутся со средней скоростью 6 см/год навстречу друг другу. Поддвиг Кокосовой плиты происходит под ту часть Северо — Американской плиты, которая является участком дна Тихого океана в этом районе. При переме щении плит возникают большие механические напряжения, сосредоточенные на наиболее прочных отрезках.

19 сентября 1985 г. в 7 ч 18 мин на глубине 15 км под г. Ласаро — Карденас произошло вспарывание одного из наиболее напряженных участков на границе между двумя плитами. В этом месте края плит разошлись в течение нескольких секунд почти на 2 метра! Сила подземного толчка достигла 8,1 балла по шкале Рихтера. Но разрушения, как сообщала печать, были сравнительно небольшими. Ускорение движения вблизи эпицентра было в пределах 15 % от ускорения силы тяжести (g). Известно, что при землетрясениях, происшедших раньше в других районах, ускорение достигало единицы g, т. е. 9,81 м/с 2. В следующую минуту импульс распространился на 170 км вдоль разлома, через 2 мин с небольшим он прошел 360 км и достиг г. Мехико.

В Мехико живет около 18 млн. человек. Здесь колебания Земли вызвали разрушение многих сотен больших зданий и гибель тысяч жителей. Наиболее сильные колебания были отмечены в плотно застроенном высокими домами центре города. Трагический эффект был особенно велик из‑за неожиданного механического резонанса, возникшего в глинистом грунте, на котором стоит город.

Большая часть города расположена на территории высохшего древнего озера, от которого остался толстый слой глины. Собственный период механических колебаний этого слоя оказался близким к 2 с. Примерно тот же период имели сейсмические колебания, возникшие при вспарывании. В результате под городом возник резонанс, значительно усиливший катастрофу.