Живые разломы земной коры. Жизнь на разломе земной коры

Многие из вас-даже те, кто только изредка видит горные карьеры, дорожные выемки или утесы на берегу моря,-замечали резкие изменения структуры горных пород. В некоторых местах видно, как породы одного типа упираются в породы совершенно иного типа, отделяясь от них узкой линией контакта. В других местах пласты одной и той же породы несомненно испытали смещения, вертикальные или горизонтальные. Такие резкие изме­нения геологической структуры называются разломами. На рис. 1 отчетливо различается вертикальное смещение слоев горных по­род по разлому, обнаженному в стенке Коринфского канала в Греции.

Длина разломов может колебаться от нескольких метров до многих километров. Работая в поле, геологи находят в структуре горных пород много тектонических границ, которые они интер­претируют как разломы и наносят на геологические карты сплошными или прерывистыми линиями. Наличие таких разло­мов указывает на то, что когда-то в прошлом вдоль них проис­ходили те или иные движения. Мы знаем теперь, что такие дви­жения могут быть либо медленным проскальзыванием, которое не производит никаких колебаний грунта, либо резким вспарыва­нием, вызывающим ощутимые вибрации — землетрясения. В пре­дыдущей главе мы рассмотрели один из самых известных приме­ров резкой подвижки по разлому — вспарывание разлома Сан-Ан­дреас в апреле 1906 г. Однако наблюдаемый при большинстве мелкофокусных землетрясений след разрыва на поверхности имеет гораздо меньшие размеры, и гораздо меньшим бывает сме­щение. При большинстве землетрясений возникающий разрыв не достигает дневной поверхности и поэтому его нельзя непос­редственно увидеть.

Разломы, обнаруживаемые на поверхности, иногда уходят на значительную глубину внутрь внешней оболочки Земли; эту обо­лочку называют земной корой. Она представляет собой камен­ную скорлупу толщиной от 5 до 40 км и составляет верхнюю часть литосферы.

Необходимо подчеркнуть, что по большинству разломов, на­несенных на геологические карты, подвижки уже не происходят*). Последнее смещение по типичному такому разлому могло про­изойти десятки тысяч или даже миллионы лет назад. Локальные напряжения, вызвавшие разрушение горных пород в данном ме­сте Земли, возможно, давно уже ослабли, а химические процессы, включая циркуляцию воды, могли залечить образовавшиеся раз­рывы, особенно на глубине. Такие неактивные разломы не стано­вятся источниками землетрясений и, возможно, не станут ими никогда.

Главное наше внимание привлекают, конечно, активные раз­ломы, по которым могут возникать смещения блоков земной коры. Многие из этих разломов располагаются в довольно от­четливо выраженных тектонически активных зонах Земли, таких как срединно-океанические хребты и молодые горные цепи. Од­нако внезапное оживление разломов может произойти и вдали от районов с хорошо заметной в настоящее время тектониче­ской активностью *).

Методами геологического анализа можно определить неко­торые свойства разломов. Например, эпизодические подвижки по разломам, происходившие в последние тысячелетия, оставляют в рельефе такие следы, как депрессионные озера, линии родни­ков, свежие сбросовые уступы. Многие топографические особен­ности зоны разлома Сан-Андреас можно увидеть на рис. 1 гл. 2. Но точно установить последовательность и время таких движе­ний бывает гораздо труднее. Некоторые сведения хронологиче­ского характера можно получить из таких фактов, как смещение вышележащих грунтов и молодых осадочных отложений. Про­ходка траншей глубиной в несколько метров поперек разломов также оказалась эффективным средством изучения смещений. Даже самые мелкие подвижки в слоях по обе стороны траншеи можно закартировать, а промежутки времени между смещения­ми по разломам можно установить по возрасту и свойствам по­род, которые были смещены (рис. 2). Иногда фактическое время подвижки можно оценить по известному возрасту захороненного органического материала,-скажем листьев или веток. Даже на морском дне с помощью современных геофизических методов можно картировать разломы довольно точно. На исследователь­ских судах в море регистрируют звуковые волны, отраженные от слоев ила, и ка полученных записях видны смещения этих слоев, которые можно считать разломами.

1 -трещина, заполненная глинистым, алевритовым и песчаным материалом; 2-слой А: тонкая дресва известняков-ракушечников-самые молодые отложения озера Кауилья; 3-массивные светло-коричневые глины и алевриты, содержащие редкие остатки моллю­сков и тонкие сильно карбонатизированные прослои; 4-светлые серо-зеленые карбонатные алевриты с многочисленными моллюсками; 5-листоватые косослоистые и массивные глины, алевриты, пески, местами с линзами галек, повсюду редкие остатки моллюсков; 6-гео­логические границы (штрихами показаны участки, проведенные приблизительно); 7-тре­щины ^штрихами показано предполагаемое положение).

Как на суше, так и под водами океана смещения по разломам можно разделить на три типа, как показано на рис. 3. Плоскость разрыва пересекает горизонтальную поверхность грунта по ли­

нии, идущей под каким-то углом к направлению на север. Этот угол называется углом простирания разлома. Сама плоскость разлома обычно не вертикальна и уходит в глубь Земли под не­которым углом. Если породы на той стороне разлома, которая нависает над трещиной (говорят: на висячем боку разлома), сме­щаются вниз и оказываются ниже, чем на противоположной сто­роне, то перед нами сброс. Угол падения сброса изменяется от 0 до 90°, Если же висячий бок разлома смещен вверх относитель­но нижнего, лежачего, бока, то такой разлом называется взбро­сом. Взбросы с малым углом падения называются надвигами. Разломы, возникающие в очагах землетрясений в области океани­ческих хребтов,-это преимущественно сбросы, а в глубоководных желобах возникает много землетрясений, связанных с подвиж­ками типа надвига.

И сбросы, и взбросы характеризуются вертикальными смеще­ниями, которые на поверхности имеют вид структурных уступов; движение в обоих случаях происходит по падению (или по восста­нию) плоскости разлома. Если же, напротив, с разломом связаны только горизонтальные смещения по простиранию, то такие раз­ломы называются сдвигами. Полезно договориться о каких-то простых терминах, которые говорили бы о направлении смеще­ний. Например, на рис. 3 стрелками на схеме сдвига показано, что движение было направлено в левую сторону. Определить, был ли сдвиг лево- или правосторонним, нетрудно. Вообразите, что вы стоите на одной стороне разлома и смотрите на другую его сторону. Если противоположная сторона смещена справа на­лево, это левосторонний (левый) сдвиг, если же слева направо-правосторонний (правый) сдвиг. Конечно, смещение по разлому может иметь обе составляющие: и по падению, и по простира­нию (такие разломы носят названия сбросо-сдвиг или взбросо-сдвиг- Перев.).

При землетрясении серьезные разрушения могут возникнуть не только в результате колебаний грунта, но и вследствие самого смещения по разлому, хотя этот особый вид сейсмической опас­ности имеет очень ограниченное площадное распространение. Обычно этой опасности можно избежать, получив своевремен­ную (перед началом строительства) геологическую консультацию о расположении активных разломов. Площади по обе стороны активного разлома часто оставляют незастроенными и исполь­зуют для общественного отдыха, площадок для гольфа, для ав­тостоянок, дорог и т.д.

При планировании землепользования необходимо учитывать также, что на площадях, примыкающих к вскрывшемуся разло­му, характер разрушений, обусловленных сползанием и обруше­нием грунта, зависит от типа разлома. Если смещение происхо­дит по падению разлома, то с возникновением уступа бывают связаны разрушения (вследствие локальных явлений оползания, растрескивания и обрушения грунта) в довольно широкой поло­се, идущей вдоль самого разлома. Если же происходит смещение по простиранию разлома, то зона нарушений в грунте обычно оказывается гораздо менее широкой, и здания, расположенные всего в нескольких местах от разрыва, могут совсем не испытать повреждений.

Находясь в непрерывном движении, они принимают непосредственное участие в формировании облика нашей планеты. Тектонические плиты находятся в непрерывной динамике друг относительно друга, и даже небольшие отклонения от нормы в их активности отзываются серьезными катастрофами: землетрясениями, цунами, извержениями вулканов и затоплением островов. Изучением опаснейших разломов земной коры исследователи занялись совсем недавно, до настоящего времени они не могут точно определить, в каком месте планеты случится очередной пик тектонической активности. За самыми крупными рифтами осуществляется постоянное наблюдение, а о существовании некоторых опасных тектонических разломов современные ученые ничего не знают.

Самым большим и известным в мире разломом является Сан-Андреас, значительная его часть проходит по суше. Основная его часть находится на территории Калифорнии, а часть проходит вдоль побережья. Длина трансформного разлома составляет порядка 1 300 метров, сформировался рифт в результате разрушения литосферной плиты Фараллон. Гигантский разлом является причиной серьезных землетрясений, магнитуда которых достигает 8,1.

Сильное землетрясение произошло в Сан-Франциско в 1906 году, а последнее крупное землетрясение Лома-Приета случилось в 1989 году. Максимальное смещение грунта, которое было зафиксировано в районе разлома во время землетрясений, составило 7 метров. За последние сто лет от многочисленных землетрясений сильно пострадал городок Санта-Круз, который находится в ближайших окрестностях Сан-Франциско. Только в 1989 году в нем было разрушено более 18 000 домов, от стихии погибло 62 человека.

Разлом Сан-Андреас считается самым опасным в мире, именно он, по мнению исследователей, может привести к глобальной катастрофе, за которой последует гибель цивилизации. Несмотря на разрушительную мощь землетрясений, именно они помогают разлому освобождать накопленное давление и предотвращать глобальную катастрофу. Точно предсказать время следующего землетрясения невозможно, лишь недавно специалисты начали отслеживать колебание плит, формирующих разъем, с помощью GPS-измерений. В настоящее время самым сейсмоопасным считается участок разлома вблизи Лос-Анджелеса. Здесь землетрясений не было уже очень давно, это значит, что новое землетрясение обещает быть невероятно мощным.

На участках стыков литосферных плит зачастую формируются крупные разломы земной коры. Иногда в земной коре могут появляться разломы меньшей площади и глубины, подтверждающие относительное движение земных масс. При геологическом разломе происходит нарушение сплошного залегания горных пород как без смещения (трещина), так и со смещением пород по поверхности разрыва.

В областях с наличием активных разломов часто наблюдаются землетрясения в результате выброса энергии в процессе быстрого скольжения плит вдоль линии разлома. Обычно разломы представляют собой не единственный разрыв либо трещину. Область схожих тектонических деформаций в одной плоскости называется зоной разлома.

В горной промышленности для обозначения двух сторон невертикального разлома применяют такие термины, как висячий бок и подошва (лежачий бок), находящиеся, соответственно, выше и ниже линии разлома.

Геологические разломы

Все геологические разломы подразделяют на три группы по направлению движения. Если разлом происходит в вертикальной плоскости, его называют разломом со смещением по падению, в горизонтальной – со сдвигом, в двух этих плоскостях – сбросо-сдвигом.

При взбросах происходит сжимание земной коры, при этом висячий бок перемещается кверху по отношению к подошве, а угол наклона трещины составляет более 45°. Появление сбросов наблюдается при растяжении земной коры. В этом случае висячий бок блока земной коры опускается относительно подошвы. Часть земной коры, которая опустилась ниже других участков сброса, называется грабеном. Приподнятые участки сброса – горсты. Надвиг – это разлом земной коры с направлением движения пластов аналогично взбросу, но в отличие от него с углом наклона трещины менее 45°. При надвигах образуются скаты, складки и рифты.

Сдвиги характеризуются вертикальным расположением поверхности разлома, причем подошва передвигается в правую или левую сторону. Соответственно, различают правосторонние и левосторонние сдвиги. Различают такой тип сдвига, как трансформный разлом, который происходит перпендикулярно срединно-океаническому хребту и делит его на участки шириной до 400 км.

Толщину разломов обычно измеряют по величине деформированных горных пород и определяют слой земной коры, где был разрыв. Также оценивают типы горных пород и определяют наличие жидкостей минерализации. При длительном существовании крупного разлома - смещения по падению - происходит наслоение друг на друга пород из разных уровней земной коры.

К основным типам горных пород при разломах земной коры относятся милонит, катаклазит, тектоническая брекчия, псевдотахилит, сбросовая грязь.

Обычно разломы представляют собой геохимические барьеры, скрывающие твердые полезные ископаемые. Зачастую такие барьеры непреодолимы для растворов солей, газа и нефти, благодаря накладыванию горных пород. Эти обусловлено их улавливание и формирование месторождений.

Глубинные разломы определяют и наносят на карту, используя космические снимки, геофизические методики исследования (сейсмическое зондирование земной коры, гравиметрическую съемку, магнитную съемку), геохимические методы (гелиевую и радоновую съемку).

Похожие материалы:

На сегодняшний день существует две наиболее вероятные гипотезы тектонического разлома, который приведет к концу нашей цивилизации. А то, что земные массы движутся, и Земля постоянно изменяется – ни один разумный человек не станет отрицать. Хотя последнее время тектоническая активность была очень низкой, велика вероятность, что в скором времени это изменится.

Исландия.

Гигантские рифты – разрывы земной коры, образующиеся на границе медленно расходящихся тектонических плит – Северо-Американской и Евразийской. Плиты расходятся со скоростью примерно 7 мм в год, так что за последние 10 тысяч лет долина расширилась на 70 метров и осела на 40.

Показателен разлом Сан-Андреас, который находится в движении. Он считается одним из самых опасных в мире. Сейсмологи заметили, что там происходят подъемы и опускани я.

Какие движения характерны для разлома Сан-Андреас?

Хотя эти движения достаточно малы и не будут замечены большинством людей, живущих вдоль разлома, исследователи отмечают, что они последовательны и постоянны. Каждые 200 километров разлома сдвигаются на 2 мм в год. Движения происходят вверх или вниз. Эти изменения были обнаружены с помощью GPS-измерений.

Эти движения, несомненно, были вызваны хаотичными, скачкообразными движениями Тихоокеанской и Североамериканской тектонических плит. Небольшие выбросы накопленного напряжения заставляют землю вокруг разлома подниматься и опускаться. Следовательно, лос-анджелесский бассейн опускается, в то время как часть Сан-Бернардино растет, и это происходит с одинаковой скоростью.

Высвобождение давления Э

ти незначительные сдвиги не представляют никакой непосредственной опасности для населения. Но они действительно демонстрируют, насколько динамичным и активным оказался разлом. Хотя движение и позволяет освободить давление в Сан-Андреас, этого недостаточно, чтобы уменьшить следующий удар.

Массивные участки разлома сместились незначительно за последние 150 лет, а другие секции накапливали давление на протяжении более чем трех столетий.

После того как происходит землетрясение, вся эта энергия высвобождается. Понимание того, как разлом ведет себя каждый раз, когда он опускается и поднимается, высвобождая давление, помогает геологам оценить, какое воздействие окажет на окружающий регион следующее землетрясение, которое может здесь произойти.

Землетрясение, ставшее причиной рекордных разрушений, и последующее цунами, ударившие по Японии рано утром в пятницу - жестокое напоминание о разрушительных природных катастрофах, которые могут обрушиться на заселенные города - особенно на те, которые находятся в зонах высокого риска, например, вдоль линий главных разломов земной коры.
Взгляните на пять городов, которые больше всего подвергнуты угрозе подобных катастроф из-за своего расположения.
Токио, Япония
Построенный точно на тройном пересечении трех главных тектонических плит - Северо-Американской плиты, Филиппинской плиты и Тихоокеанской плиты - Токио постоянно находится в движении. Долгая история и ознакомленность с землетрясениями подтолкнули город к созданию максимальных уровней тектонической защиты.

Токио - город, вне всяких сомнений, больше всего подготовленный к землетрясениям, это означает, что мы, вероятно, недооцениваем потенциальные разрушения, которые может нанести природа.
Столкнувшись с землетрясением силой 8,9 баллов, самое сильное землетрясение в истории Японии, Токио, находящийся в 370 км от эпицентра, перешел в автоматизированный режим остановки: лифты прекратили работу, метро остановилось, людям пришлось пройти много километров холодной ночью, чтобы добраться до своих домов за городом, там произошли наибольшие разрушения.
Цунами высотой 10 метров, последовавшее за землетрясением, смыло сотни тел на северо-восточном побережье, тысячи людей считаются пропавшими.

Стамбул, Турция
Сейсмологи давно следят за так называемыми "живыми" разломами, один из которых - Северо-Анатолийский. Он протянулся почти на 1000 километров - в основном через территорию современной Турции - и расположен между Евразийской и Анатолийской плитами. Скорость сдвига в районе их соприкосновения достигает 13-20 мм/год, но общая величина перемещения этих плит выше - до 30 мм/год. Город - смешение богатой и бедной инфраструктуры, подвергающей огромную часть 13 миллионов жителей риску. В 1999 г. землетрясение силой 7,4 балла ударило по городу Измит, это всего 97 км от Стамбула.
В то время как более старые здания, такие как мечети, выстояли, более новые здания 20 века, часто построенные из бетона смешанного с солеными грунтовыми водами и с игнорированием местных строительных норм, превратились в пыль. В регионе погибло около 18000 людей.
В 1997 г. сейсмологи прогнозировали, что с 12% возможностью такое же землетрясение может повториться в регионе до 2026 г. В прошлом году сейсмологи в журнале Nature Geoscience опубликовали данные о том, что следующее землетрясение, вероятно, произойдет на западе Измита вдоль разлома - опасные 19 км на юг от Стамбула.

Сиэтл, Вашингтон
Когда жители Тихоокеанского Северо-западного города думают о катастрофах, на ум приходят 2 сценария: мегаземлетрясение и извержение вулкана Рейнир.
В 2001 г. землетрясение на территории проживания индейцев племени нискуолли подтолкнуло город к совершенствованию плана готовности к землетрясению, были внесены несколько новых усовершенствований к строительным нормам. Как бы то ни было, много более старых зданий, мостов и дорог до сих пор не модернизированы в соответствии с новыми нормами.
Город находится на активной тектонической границе вдоль Северо-Американской плиты, Тихоокеанской плиты и плиты Хуан-де-Фука (Juan de Fuca). Древняя история обоих землетрясений и цунами записана в земле превратившихся в камень заливных лесов, а также в изустных историях, передающихся из поколения в поколения тихоокеанских северо-западных коренных американцев.
Неясно вырисовывающийся вдалеке, а когда облачный покров находится достаточно высоко открывающийся впечатляющий вид вулкана Рейнир напоминает, что это спящий вулкан и в любое время он может подтолкнуть также и гору Святой Елены.
Хотя сейсмологи чрезвычайно хорошо осуществляют мониторинг вулканических толчков и предупреждают власти о надвигающемся начале извержения - в прошлом году извержение исландского вулкана Эйяфьядлайёкюдль показало, что протяженность и продолжительность извержения всего лишь чье-то предположение. Большинство опустошений затронет восток вулкана.
Но если будет дуть нехарактерный северо-западный ветер, аэропорт Сиэтла и сам город столкнутся с большим количеством горячего пепла.

Лос-Анджелес, Калифорния
Катастрофы - не новинка для территории Лос-Анджелеса - и обо всех не говорят по телевизору.
За последние 700 лет мощные землетрясения происходили в регионе каждые 45-144 года. Последнее сильное землетрясение силой 7,9 балла произошло 153 года назад. Другими словами, Лос-Анджелес должен подвергнуться следующему сильному землетрясению.
Лос-Анджелес с населением около 4 миллионов человек при следующем сильном землетрясении может столкнуться с сильными толчками. Согласно некоторым предположениям, беря в учет всю Южную Калифорнию с населением около 37 миллионов человек, природная катастрофа может убить от 2000 до 50000 человек и нанести ущерб на миллиарды долларов.

Сан-Франциско, Калифорния
Сан-Франциско с населением более 800000 человек - другой большой город на западном побережье Соединенных Штатов, который может быть опустошен мощным землетрясением и/или цунами.
Сан-Франциско расположен рядом, хотя не точно на северной части разлома Сан-Андреас. Есть также несколько родственных разломов, проходящих параллельно по региону Сан-Франциско, повышая вероятность чрезвычайно разрушительного землетрясения.
В истории города уже была одна такая катастрофа. 18 апреля 1906 г. Сан-Франциско подвергся землетрясению силой между 7,7 и 8,3 баллов. Катастрофа стала причиной гибели 3000 человек, принесла убытки на полмиллиарда долларов и сравняла с землей большую часть города.
В 2005 г. эксперт по землетрясениям Дэвид Шварц (David Schwartz), житель Сан-Франциско, предположил, что с вероятностью в 62% регион подвергнется сильному землетрясению в течение следующих 30 лет. Хотя некоторые здания в городе построены или укреплены так, чтобы выдержать землетрясение, но, согласно Шварцу (Schwartz), многие все равно находятся в зоне риска. Жителям также советуют держать всегда при себе в готовности наборы с предметами крайней необходимости.