Пьер Руссо - Землетрясения

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.

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.

Ключом к пониманию этих процессов служит термин напряжение. Именно напряжения, вызванные всасыванием пластов конвекционными течениями, заставляют эти слои сминаться в более или менее резкие складки или разрываться. Напряжение — это предмет особого раздела физики — учения об упругости. Сейсмологи должны хорошо его знать, ибо совсем не просто объяснить, как напряжение, воздействуя на толщи горных пород, в конечном счете вызывает землетрясения.

Если среди наших читателей есть математики, то они легко представляют себе этот процесс. Они знают, что для определения силы, действующей на любую точку данного слоя и ее направления относительно осей требуется знание шести величин. Математики знают, что при определении напряжения пользуются математическим выражением, которое нельзя назвать иначе как тензор [48] Автор имеет в виду, что название тензор происходит от того же корня, что и tension (напряжение). — Прим. ред. .

Таково происхождение этого понятия, которым пользуются чаще в теории относительности, чем при исследовании причин землетрясений. Впрочем, не задерживаясь в этих высоких сферах науки, постараемся разрешить более скромный вопрос: что же происходит под землей, когда там возникает напряжение? Каменотесы и горняки часто наблюдают подобные явления. Ротэ пишет по этому поводу: «Случается, что у выхода из карьера некоторые глыбы с шумом растягиваются». Иногда даже если мы имеем дело со сланцами, такими, например, как в Монсоне (штат Массачусетс, США), «то они выгибаются, образуя миниатюрную антиклиналь», либо раскалываются и лопаются. Явление это, естественно, становится более впечатляющим и опасным, когда оно имеет место на глубине нескольких сотен метров, например в рудниках. В любом случае оно обусловлено напряжением, в котором раньше находилась порода. Напряжение это внезапно модифицировалось под воздействием рабочих, извлекавших глыбу.