Техника - молодёжи 1989-10, страница 29

из Австралийского национального университета основана на том, что скольжению могут способствовать флюиды (жидкое вещество), захваченные областью деформаций. С этим интересным физическим явлением связан один необычный случай. В 1962 году неподалеку от Денвера в штате Колорадо (США) в скважину глубиной око ло 3,5 км начали закачивать вредные жидкие отходы. Через месяц в районе Денвера, который всегда считался низкосейсмичным, стали происходить многочисленные землетрясения. Сила некоторых под земных толчков достигала 5,5 по шкале Рихтера при глубине очагов 4—5 км. Спустя полтора года по требованиям жителей района закачку отходов прекратили, но землетрясения продолжали происходить еще некоторое время.

В данном случае жидкие отходы сыграли, очевидно, роль смазки, ко торая облегчила проскальзывание горных пород, находившихся в напряженном состоянии

В модели Ралея и Патерсона флюиды могут образовываться, например, в результате выделения воды, входящей в кристаллическую структуру некоторых минералов, при нагреве. Возможны и другие источники флюидов вода, попав шая в осадки в глубоководных желобах и переносимая вниз вместе с корой, или частично расплавленные породы мантии

Наконец, С. Керби, сотрудник Геологической службы США, предложил модель, связывающую глубокие землетрясения с фазовыми переходами, которые, однако, сопровождаются не имплозией, а скольжением. В качестве аналогов мантийного материала автор провел лабораторные опыты со льдом и тремолитом (кальциево-магние вым силикатом). Эти два вещества переходят в более плотные фазы при давлениях, которые легко получить в лабораторных условиях. Образцы сжимали до несколько меньшего, чем требовалось для на чала фазовых превращений, давления, а затем создавали в них сдвиговые напряжения. При этом вдоль тонкого слоя, параллельного напряжениям, начинали происходить фазовые превращения. Видимо, перестройка кристаллической структуры в этом слое снижала прочность материала и делала возможным проскальзывание Во вся ком случае, в ходе эксперимента слышались потрескивания и пощел-

Р и с. 2. Фокусы глубоких землетрясений чаще всего обрисовывают некоторую поверхность идущую с наклоном в глуби ны Земли. Эта поверхность называется зоной Вадати — Беньоффа и представляет собой не что иное, как погружающийся в мантию блок литосферной плиты. Это при водит к образованию глубоководного желоба. Над плитой, которая расположена сверху, часто образуется цепочка вулканов, которые питаются расплавленным материалом, поднимающимся из мантии 400 километровая граница отмечает превращение оливина в более плотную кристаллическую фазу — шпинель, здесь число землетрясений падает до минимума Природа -границы на глубине 650 км остается неясной. Стрелками показано направление по токов мантийного вещества, вовлеченного в конвективную циркуляцию

кивания: в образце происходили микроскопические «землетрясения»! Гипотеза Керби объясняет также, почему толчки не возникают глубже 650 км: просто в породах, достигших этой глубины, уже ус певают произойти все фазовые превращения.

Скорее всего лишь один из трех вышеописанных механизмов играет ключевую роль в рождении сверхглубоких землетрясений, но это не означает, что и другие не вносят свой вклад. Может статься, к примеру, что фазовые превращения

и.

приводят к появлению напряжений, которые резко снимаются в результате разрушения пород иным способом. В скором времени, вероятно, кое-какие ответы на эти вопросы удастся получить в лаборатории На установках, называемых алмаз ными наковальнями, можно воспроизводить условия, существующие в мантии. Мельчайшую частицу породы сдавливают между вершинами граней двух алмазов. Через одну наковальню можно пропустить луч лазера и нагреть образец до высокой температуры, через другую — наблюдать происходящие в образце породы изменения. Достигаемые давления и температуры соответствуют тем, что характерны для мантии.

Как это часто бывает в науке, изучение одного явления — глубоких землетрясений, дает ключ к пониманию других загадок геофизики Достаточно вспомнить, какую

I

| j I

Ж>

пользу принес анализ глубоких подземных толчков при обосновании теории тектоники плит. Помогут глубокие землетрясения разобраться лучше и в строении нашей планеты — химическом и структурном составе мантии. Но новые исследования всегда ставят и новые загадки Вот одна из них.- Некоторые глубокие землетрясения происходят вдали от известных зон субдукции. В отдельных случаях можно предположить, что глубокие толчки отмечают лоложение древних, «замаскированных» зон субдукции (судя по толчку 1977 года, такая зона проходит под Румынией) . Но как быть с Северной Африкой или Испанией, где регистрируются глубокие подземные толчки, но никаких зон субдукции быть не должно? Вопрос пока остается открытым.

(По материалам зарубежной печати)

J

Рис 3. Три модели, объясняющие возможность проскальзывания относительно друг друга слоев мантии.

I Перегрев пород при выделении тепла за счет трения приводит к взрывообраз-ной деформации. 2. Под воздействием высокого давления из кристаллической струк туры минералов погружающейся плиты может выделяться вода, которая, играя роль «смазки», облегчает проскальзывание 3 Под действием касательных напряжений в некотором тонком пограничном слое может происходить фазовое превращение вещества, в результате чего прочность породы речко уменьшается.

29