Наука и техника, 2007 № 01 (8) - [20]
Причины разрушения литосферы имеют глобальный характер и являются процессом приспособления планетарного вещества к длительным силовым воздействиям, таким как колебания оси вращения Земли, кориолисовы ускорения и приливные волны в твердой оболочке Земли.
Из области разрушения литосферных плит излучаются объемные и поверхностные сейсмические волны[3]. Наиболее интересны среди них поверхностные волны Релея (колебания перпендикулярно движению в вертикальной плоскости) и Лява («горизонтальные» колебания). Для поверхностных волн характерна сильная дисперсия скоростей, их интенсивность резко (экспоненциально) убывает с глубиной. Но поверхностные волны от сильных землетрясений «обегают» Землю несколько раз, соответственно многократно возбуждая колебания среды.
Общее число сейсмических событий в год с магнитудой от 2 до 8 достигает 10>6, суммарный расход сейсмической энергии определяется порядком 10>19 Дж/год. Но на механическое разрушение породных масс, минеральные преобразования и тепловые эффекты трения в очаговых зонах ее расходуется примерно в 10 раз больше, чем на колебания земной поверхности. Энергия землетрясения с магнитудой порядка 4 составляет 3,6х10>17 Дж, энергия землетрясения с М около 8,6 достигает 5х10>17 Дж, энергия вулканического извержения 10>15 - 10>17Дж, энергия ядерных и горно-эксплуатационных взрывов до 2,4х10>17 Дж.
Примером сейсмогенного “удара” и колебательного последействия являются подземные ядерные взрывы в Неваде в конце 1968 г. Сила взрывного удара здесь достигала 1 Мт; на поверхности вокруг проекции точки взрыва (r = 450 м) наблюдалась интенсивная множественная механическая деформация породных масс; смещения по ранее известным разрывам были установлены в радиусе более 5,5 км; колебательное последействие только афтершокового характера (10 тыс. толчков с М=1,3.. 4,2)[4] продолжалось несколько месяцев. В кратере от ядерного взрыва начальное ударное давление достигает 10>8 МПа, а температура за фронтом ударной волны — порядка 10х10>6 градусов. При таких параметрах физические процессы и химические реакции протекают за наносекунды (10>-9с).
Коровые колебания связаны с активизацией сейсмоактивных зон земной коры в зонах вулканизма, коровых рифтов[5], деформационно-метаморфических зонах и т. п. Основное количество землетрясений имеет именно коровую природу с глубиной очагов до 30 км, хотя распространение колебаний корой не ограничивается. Распространяясь в объеме коры, волны проникают глубже ее основания, а по латерали[6] — на многие десятки, сотни и даже тысячи километров.
Для коровых колебаний характерна крайняя нестационарность. Так, в сейсмоактивной зоне Байкальского рифта суммарная энергия землетрясений меняется до двух порядков: в течение года на Байкале фиксируется более 2000 землетрясений (5–6 событий в сутки), в т. ч. сильные события регистрируются с периодичностью: 7 баллов через 1–2 года, 8 — через 5, 9 —через 15 и 10 — через 50 лет. Аналогичный режим активной сейсмичности подтверждается частотой мелкофокусных землетрясений в рифтовых долинах срединно-океанических хребтов (донные сейсмографы фиксируют до 50–60 “ударов” небольшой силы в сутки).
Испытание первого американского термоядерного устройства “Mike” мощностью 10.4 Mm ТНТ 1 ноября 1952 года на атолле Эниветок.
Подводный взрыв “Hardtack” мощностью 8 Кт ТНТ, глубина 46 м, лагуна Эниветок, 6 августа 1958 г.
Даже малая амплитуда внешнего воздействия может вызвать скачок деформации такого же порядка величин, что и большая «пиковая» амплитуда. Это связано с накоплением в коре энергии, достаточной, чтобы дополнительный импульс мог привести к потере устойчивости блочной среды.
Микросейсмические (приповерхностные) колебания верхней части коры с диапазоном частот от долей до сотен Гц — неотъемлемое свойство верхней части земной коры. Они возникают после землетрясений и океанических циклонов, от цунами или сейшей в замкнутых водоемах, от штормовых волн и падения метеоритов. Такие колебания также могут быть вызваны ветром, волнением на озерах и течением рек, водопадами, снежными лавинами, сходом ледников и т. п.
Регулярные малоамплитудные микросейсмы вибрационного характера часто обусловлены техногенными причинами. Характерен пример запуска ракеты фон Брауна “Сатурн-5”, доставившей первых астронавтов на Луну; вибрация после старта ракеты фиксировалась в радиусе до 1500 км в течение многих часов. Интенсивное колебание поверхности возбуждает движение транспорта, деятельность промышленных предприятий с режимом импульсного механического нагружения, взрывная “отпалка” и обрушения руды на горно-эксплуатационных комплексах и многое другое.
Особые сейсмогенные колебательные режимы коры образуют стоячие волны крупных водных бассейнов — это короткопериодные квазигармонические колебания, циклически преобразующие, но не перемещающие энергию по латерали. Они возникают как результат сложения встречных бегущих волн во внешних сферах Земли. Такие волны (зыбь) инициируют инфразвуковые волны в атмосферу и вдоль водной поверхности, а проекция области стоячих волн на дно моря представляет собой региональную зону возбуждения микросейсмических колебаний в земной коре.
