Техника - молодёжи 1989-10, страница 28

<D

ч:

х

X

X

3-

X

»D

X

vo

.о

ч:

>ч

и

Тайны толчков

В «ТМ» № 4 за 1989 год мы рассказали о существующих методах прогноза землетрясений. Предугадать момент глубинного удара в принципе можно, потому что известно, за счет чего он происходит. В некоторых местах земной коры накапливаются напряжения, и когда они достигают пре дела прочности пород, происходят сдвижки.

Однако время от времени случаются землетрясения, эпицентры которых расположены аномально глубоко —• гораздо ниже так называемой поверхности Мохоровичича — границы раздела литосферы и верхней мантии. Вещество мантии подобно очень вязкой жидкости. Под действием нагрузки оно медленно течет. Образование трещин, изломов в нем невозможно.

Каким образом происходят сверхглубокие, мантийные землетрясения, долгое время оставалось загадкой. Наш рассказ — о новейших гипотезах, претендующих на объяснение механизма этого явления.

У глубоких землетрясений есть «излюбленные» места — окраины океанов. Причем если в какой-либо области повышенной сейсмической активности (к числу которых, например, относится Японский архипелаг) построить статистику очагов по глубине залегания, то выяснится, что практически все они укладываются на одну поверхность, уходящую с границы океана в глубь Земли.

Что же это за нож вонзился косым ударом в нашу планету? Почему на его «лезвии» происходят сверхглубокие толчки с залеганием вплоть до 650 км, в то время как в иных регионах мира сейсмическая активность прекращается уже на рубеже 60 км — поверхности Мохоровичича? (Область этого таинственного «лезвия» именуют зоной Вадати — Беньоффа.)

Ответ на эти вопросы удалось найти только в теории тектоники плит (рис. 2). Зона Вадати — Беньоффа соответствует плите, заглубляющейся в мантию. А поскольку материал погружающейся плиты холоднее окружающих ее мантийных пород, то и пластичность ее ниже. Значит, он может разрушаться при более высоких давлениях (ниже поверхности Мохоровичича).

Но... прибавка глубины очага от силы может составить несколько десятков километров. А как же быть со сверхглубокими толчками, в эпицентрах которых согласно расчетам существование каких-либо трещин невозможно в принципе? Огромное давление заставляет их моментально схлопываться. Значит, на глубине должны идти какие-то особые процессы, приводящие к изменению структуры вещества.

Высказывалась мысль, что сверх 28

глубокие землетрясения — результат превращения погружающегося в мантию материала в более плотную фазу. Если подобный фазовый переход идет скачкообразно, то происходит как бы взрыв вовнутрь (имплозия).

Сейсмограммы, однако, не подтверждают это объяснение. Ведь поскольку при имплозии вещество движется со всех сторон к фокусу фазового перехода (или, как мы сказали, взрыва вовнутрь), датчики всех сейсмостанций должны фиксировать движение вниз. На самом же деле тут получается полный разнобой. Некоторые участки земной поверхности поднимаются, другие опускаются. Подобная картина характерна для сдвигов одних пластов земли относительно других.

Гипотезу имплозии отбросили окончательно, когда сравнили интенсивности Р-волн (продольных, в которых частицы колеблются в направлении распространения волны) и S-волн (поперечных, в которых частицы колеблются от оси волны). Если бы вещество смещалось только по радиусам к центру,

миныты

АЛЬВУКЕРК

то сейсмические колебания состояли бы почти исключительно из продольных волн. При сдвижках же, наоборот, значительно выше интенсивность поперечных волн,что и наблюдается при сверхглубоких землетрясениях (примеры — рис. 1).

Пока существуют три модели (рис 3), позволяющие объяснить, почему даже при колоссальных давлениях в мантии возможно проскальзывание одних слоев вещества относительно других. Одна из моделей была разработана в 60-х годах Д. Григгсом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Автор предполагал, что глубокое землетрясение происходит тогда, когда в породе, деформирующейся под воздействием сдвиговых напряжений, в результате трения тепло выделяется быстрее, чем успевает отводиться. Это тепло размягчает породы, ускоряя процесс их деформирования. Возникает механизм обратной связи, который в принципе может вызвать взрывообразное увеличение скорости скольжения и привести к землетрясению.

Модель Ч. Ралея и М. Патерсона

Рис. 1. Примеры сейсмограмм мелко- и глубокофокусного землетрясения. Подземные толчки происходили в районе желоба Тонга в Тихом океане и регистрировались в Альбукерке, шт. Нью-Мексико (США), на расс оянии примерно четверти пути вокруг Земли. Глубокое землетрясение (вверху) породило Р-волны (продольные) и S-волны ( оперечные), идущие через внутренние области Земли. Первыми в точку регистрации пришли наиболее быстрые Р-волны, затем так называемые Р—S-волны (Р — волны, отразившиеся от земной поверхности), после них S-волны. Это землетрясение произошло на глубине 625 км, поэтому поверхностных волн образовалось мало. Мелкофокусное землетрясение также породило все виды волн, но Р — S-волны были незначительны, а основная энергия была заключена в поверхностных волнах.