В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика, страница 10

Ежегодно на поверхности Земли происходит 20-30 извержений, из которых 1 2 приносят немалые разрушения существующим экосистемам. Упомянем несколько очень крупных катастрофических извержений вулканов. Извержение крупного вулкана Индонезии . Тамборы считается самым мощным извержением, произошедшим в историческое время.

Оно длилось более года с апреля 1815 г. по июль 1816 г. Высота бывшей горы уменьшилась на 1500 м. Взрывом была образована кальдера (округлая впадина на месте вулканического конуса) диаметром 6 км и глубиной 500-.600 м, при 1 л. 2. Землетрлеенил и еейемологил этом перемещено почти на порядок болыпе горных пород, чем при извержении Кракатау. Извержение сопровождалось сильными землетрясениями, приливными волнами и ураганами. Были засыпаны метровым слоем пепла постройки, находящиеся на расстоянии от вулкана до 110 км. Погибло более 50 тыс. человек.

Крупнейшая катастрофа произошла при извержении вулкана Кракатау в Зопдском проливе между островами Ява и Суматра. 26 августа 1883 г. началось извержение, которое можно было наблюдать с кораблей, проходивших вдалеке. На следующий день в 10 ч 20 мин гигантский взрыв разнес вдребезги вулканические конусы Данаи и Первуватап. Грохот взрыва был слышен в Австралии (удаление 3 600 км) и даже на острове Родригес (5000 км, Индийский океан). Тончайшая пыль достигла стратосферы, в которой она распространилась по всей Земле, вызвав во всех странах необычайно яркие закаты Солнца и сумерки.

В Джакарте, напротив, пыль, попавшая в атмосферу, затмила солнце почти до полной темноты. Среднегодовая температура Земли в результате частичного экранирования солнечного излучения снизилась на несколько градусов. Чудовищный взрыв вызвал гигантскую волну (цупами) высотой до 40 м, которая обрушилась на города Марак, Аньер, Тьяринган и полностью их разрушила, погубив большую часть населения этих городов. Вулкан Килауэа (о. Гавайи, США) в течение 10 лет, предшествовавших извержению, характеризовался повышенной сейсмической активностью, сопровождающейся плавными извержениями с накоплением лавы во впадинах на верхних этажах горы.

1 февраля 1994 г, в результате землетрясения с магнитудой 5,2 произошло обрушение отрезка побережья длиной 400 м и шириной 25 м, в результате чего потоки лавы устремились в море. Главный толчок сопровождался 300 повторными толчками. Почти непрерывное извержение Килауэа продолжается. Исследование деятельности вулканов и их опасных проявлений может дать возможность предсказания характерных типов вулканической деятельности.

Для прогноза извержений вулканов используются сейсмические и геомагнитные методы геофизических исследований. Эти методы оказались успешными при прогнозе извержений вулканов Михара (Япония), Руапеку и Нгаурукос (Новая Зеландия). Цунами При подводных землетрясениях на поверхности океана обычно возбуждаются очень длинные волны в результате резкого погружения или подъема океанского дпа.

Волны с большой Гл. л'. Землеигрлееиил и сейсмология скоростью пересекают пространства океана и могут вызвать серьезные разрушения на побережье в тысячах километрах от очага землетрясения. Чаще всего цунами обрушиваются на. берега Тихого океана, так как он опоясан кольцом очагов землетрясений с высокой сейсмической активностью. Во время Чилийского землетрясения 1960 г. возникли особенно сильные цунами, которые на всем Тихоокеанском побережье достигали высоты в несколько метров.

Скорость распространения цунами равна с = — = хгдЬ, Л т где 5 . толща захваченной волновым движением воды (глубина бассейна). Для океана глубиной 5 км скорость цунами составляет 790 км!ч, период 10 40 мин, Л 100 км и более. В океане эта волна незаметна, цунами можно определить только по показаниям гравиметров. По мере приближения к берегу длина волны уменьшается, нарастает высота гребней за счет утончения водного слоя при сохранении в основном волновой энергии. Волна может фокусироваться на отдельных участках при подходе к берегу. В бухтах и расширенных устьях рек могут возникнуть собственные колебания уровня воды (сейши).

95% цунами вызываются землетрясениями и только 5% — вулканическими извержениями, обвалами и пр. Но именно цунами от сильных вулканических извержений являются наиболее мощными (Санторин, Кракатау, Риттер-Сахар и др.). Микросейсмы Кроме воли от землетрясений сейсмографы записывают более или менее непрерывный фон, преобладающие периоды которого обычно составляют от 5 до 10 с, а амплитуды иногда достигают 10 мкм.

Такие колебания называются микросейсмами. Микросейсмы возбуждаются разными источниками. Большой интерес представляют микросейсмы, возбуждаемые штормами в океане, береговыми прибоями. Существует связь между циклонами на океанах и болыпой интенсивностью микросейсм. Сверхдлиннопериодные микросейсмы вызываются, по современным представлениям, вариациями атмосферного давления.

В экологическом аспекте такие геофизические явления как цунами, землетрясения, вулканизм, сейсмичность и др. будут рассмотрены в гл. 22. Глава 3 Тепловой режим и возраст Земли Основные источники тепла Земли Нам известны температура поверхности Земли и тепловой поток из земных недр, наблюдаемый на поверхности. Эти данные можно интерпретировать различным образом, поэтому здесь много неопределенности. Для глубины более 100 км наши знания о распределении температуры весьма ненадежны, а расположение источников тепла и механизмы его переноса неизвестны.

Однако изучение теплового режима Земли очень важно, поскольку тепловая энергия прямо или косвенно является причиной большей части тектонических и магматических процессов, метаморфизма и генерации магнитного поля Земли. Как видно из табл. 3.1, самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но значительная ее часть излучается обратно, в пространство. Лишь малая доля солнечной энергии проникает внутрь Земли на глубину, превышающую 30-40 м, где температура остается постоянной. Начиная именно с этих глубин в шахтах производятся измерения теплового потока, плотность и Величина Источник энергии энергии, эрг/год 1032 солнечная энергия геотермическая энергия 10эв 102в упругая энергия землетрясений энергия, теряемая при замедлении Земли (за счет неупругости при приливном взаимодействии Земля Луна) 3 102" тепло, выносимое при извержении вулканов 2,5 10~~ табл и ц а 3.1.

Основные сос1авляющие энергетического баланса Земли Гл.,7. тепловой иелси.и и еоилаоп Земли которого определяется по формуле (5.1) 9 = — Л йгай Т, где Л теплопроводность горных пород, йгай Т геотермический градиент, противоположный направлению 47. В дне океанов измерения проводятся на меньших глубинах (несколько метров) в толще осадочных пород, так как дпо от влияния солнечной энергии защищает толстый слой океанской воды. Полную энергию можно выразить как Е = дЯ, где Я вЂ” площадь поверхности Земли, 1 — время (годы). Современные методы определения возраста Земли Проблема теплового потока, а одновременно и возраста Земли нашла свое научное решение с открытием радиоактивности (Бекксрель). Первую оценку возраста Земли провел Эрнест Резерфорд в 1905 г, на основе открытого им закона радиоактивности. Полученное им чигчо —.

500 млн лет --. намного превосходило предполагавшиеся в то время максимальные геологические возрасты. В 1905 г. Стретт (Рэлей) установил неоднородное распределение радиоактивных источников в Земле. Оказалось, что концентрация радиоактивности в магматических горных породах намного превосходит ту величину, которую должна иметь Земля для обьяснения наблюдаемого теплового потока.

Он предположил, что радиоактивные элементы находятся только в земной коре. Это сразу сняло проблему теплопроводности, которая привела Кельвина к ошибочному выводу. Рэлей установил, что основные магматические породы (базальт, габбро) беднее радионуклидами, чем более легкие кислые гранитные породы. Этот факт служит основой теории формирования земной коры из вещества мантии и теории распределения температуры внутри Земли. Концентрация тяжелых радиоактивных изотопов в верхних слоях Земли обьясняется тем, что они формировались позже остальных и имели большие обьемы.

В силу последнего они выталкивались из плотноупакованных кристаллических решеток силикатов и вместе с более легкой фракцией всплывали наверх. Измерения возраста горных пород.,минералов и метеоритов, а тем самым и Земли, основаны на естественном радиоактивном распаде В238 1~238 В587 К40 ! л.

о'. Тепловой реоеепм и возваееп Земли 57 (3.2) где й постоянная распада. Если начальное число ядер Хв, то интегрирование дает основное уравнение М вЂ” % е ье (3.3) Период полураспада '1'172 получается подстановкой в (3.3) Л 1у = — и г = '11/2.' о 2 !и 2 0,69315 '172=,Ь = (3.4) Начальная концентрация Лв изотопа, как правило, неизвестна. Обычно измеряется концентрация О дочернего изотопа. Тогда Т1 = 1'о'о — Д1 = Дев (1 — г ). (3.5) Поделив (3.5) на (3.3), получим уравнение без Лв.

О = 1у (е — 1). (3.6) По известным 0 и Х определяется возраст 1. Возраст Земли нельзя определить, не обращаясь к метеоритам. Очевидно, что возраст Земли болыпе., чем возраст самых древних пород, для которых он равен 3 10 лет. Геологические данные ничего не дают для первых миллиардов лет существования Земли. Это связано с тем, что тогда выделение тепла было намного больше, чем теперь. Земная кора еще пе выделилась и радиоактивные элементы в среднем располагались глубже. Магматическая активность была очень высокой, и образовавшиеся горные породы вновь подвергались расплавлению и переработке.