Живые разломы земной коры

Разлом земной коры

Вместе с тем уже давно специалисты обратили внимание на трещины и смещения земной поверхности при катастрофических землетрясениях. Чаще всего их считали приповерхностными нарушениями грунта от сейсмических сотрясений.

Но еще в конце XIX века И.В. Мушкетов предположил, что такого рода разрывы являются выходами на поверхность разлома, подвижка по которому и была причиной землетрясения. Впоследствии его догадка подтвердилась, и потребность прогнозирования мест возможных будущих землетрясений заставила обратить на живые разломы особое внимание.

Термин "живой" или "активный" разлом появился в геологической литературе в конце 40-х годов XX века для обозначения разломов, проявляющих подвижность сейчас и способных проявлять ее в ближайшем будущем. Однако понятие "сейчас" в геологии, имеющей дело с событиями, нередко длящимися миллионы лет, неоднозначно. По одним разломам, например на границе Памира и Тянь-Шаня или в Калифорнии, движения земной коры происходят почти непрерывно, сопровождаясь частыми, но относительно слабыми землетрясениями, и фиксируются смещениями стен, заборов и дорожных покрытий на сантиметры в несколько лет.

Другие разломы могут не обнаруживать признаков активности сотни и даже тысячи лет, а затем при сильном землетрясении дать импульс смещения амплитудой в метры. Таковы крупнейшие разломы Монголии и отдельные сегменты гигантского разлома Сан-Андреас в Калифорнии. Наконец, есть живые разломы, и их большинство, которые совмещают сильные сейсмические импульсы с медленными движениями в промежутках между ними. Таков, например, Северо-Анатолийский разлом Турции.

Следовательно, необходимо исследовать определенный временной интервал жизни разлома, чтобы установить его активность и определить ее параметры: интенсивность (среднюю скорость, рассчитываемую по амплитуде смещения в установленный промежуток времени), направление и режим движений. К. Аллен посчитал таким интервалом последние 10-12 тыс. лет, а А.А. Никонов расширил его до сотен тысяч лет.

Дальнейшие исследования показали, что в подвижных поясах Земли для оценки параметров активности разлома достаточно изучить его жизнь в течение позднего плейстоцена и голоцена, то есть последних 100-150 тыс. лет, а в равнинных областях с вялыми движениями и редкими землетрясениями следует принимать во внимание и среднеплейстоценовую активность разлома, то есть его поведение в последние 700 тыс. лет.

Для обнаружения активности разлома используют комплекс геолого-геоморфологических, геофизических и геодезических методов. Наиболее широко применяют геолого-геоморфологические методы – выявление смещений и деформаций в зоне разлома молодых отложений и форм рельефа: русел, морских и речных террас. Особенно надежно определять движения вдоль разломов по смещениям современных и древних сооружений (зданий, ирригационных систем), поскольку в таких случаях более точно устанавливаются возраст и соответственно скорость подвижки.

Так, вдоль Главного Копетдагского разлома на юге Туркменистана обнаружены горизонтальные смещения на несколько метров древних подземных оросительных галерей и даже стены средневековой крепости. Длительность выявленных подвижек оценивается по возрасту геологических образований и сооружений, смещенных разломом и перекрывающих смещение.

О современных подвижках по разлому можно судить по изменению относительного положения пунктов повторных геодезических измерений, расположенных в его крыльях. Многолетние исследования показали, что более устойчивы горизонтальные перемещения вдоль разлома (сдвиги) и поперек к нему (надвиг одного крыла на другое или их раздвигание), тогда как вертикальная компонента перемещений подвержена частым вариациям, иногда намного превосходящим многовековой тренд.

Поэтому наилучшие результаты дают космогеодезические наблюдения с помощью спутников, приемников и средств обработки данных так называемой GPS-системы, у которой точность измерений горизонтальных перемещений достигает первых миллиметров. Сущность системы в том, что спутник с точно определяемыми параметрами орбиты посылает сигналы, прием которых позволяет измерить координаты наземных пунктов наблюдений. Сравнение результатов измерений разных лет показывает относительное перемещение пунктов, то есть деформацию в зоне разлома, которая может сразу сниматься движением по нему, а может накапливаться и по прошествии многих лет реализоваться сильным землетрясением.

Косвенными признаками активности разломов являются расположенные вдоль них цепочки эпицентров землетрясений, вулканов, термальных источников. О поведении разлома на глубине удается судить по результатам сейсмопрофилирования, показывающего смещения поверхностей глубинных слоев, отражающих и преломляющих сейсмические волны. На характер подвижек по разлому могут указывать особенности происходивших вдоль него землетрясений. Совместное применение перечисленных методов выявляет сложную картину жизни разлома с изменениями его параметров вдоль разлома и на глубину, а также с временными вариациями их проявлений.

Большое значение, которое имеют живые разломы прежде всего для оценки сейсмической опасности, побудило Международную комиссию по литосфере инициировать в 1989 году проект "Карта крупных активных разломов мира". Этот проект, послуживший вкладом Международной программы "Литосфера" в объявленное ООН десятилетие уменьшения опасности природных бедствий, возглавлял автор настоящей статьи, проект объединил усилия 70 ученых из 50 стран. Сейчас он близок к завершению. Созданы компьютерные базы данных и карты крупнейших активных разломов континентов, а в наиболее подвижных и жизненно важных регионах выполнены и более детальные исследования. Их результаты использованы при составлении карт сейсмической опасности различных регионов.

Проведенные в рамках этого проекта исследования выявили общие закономерности активного разломообразования. Живые разломы распределены на поверхности Земли неравномерно. Большая их часть находится в подвижных поясах, отличающихся контрастностью рельефа и высокой сейсмичностью. Эти пояса разграничивают крупные литосферные плиты, охватывающие земную кору и самую верхнюю часть мантии.

В зависимости от направлений относительного перемещения плит в таких поясах могут происходить их раздвигание (рифтовые системы на срединно-океанических хребтах), их сближение (островные дуги, активные континентальные окраины и области коллизии, то есть столкновения континентальных частей плит) или сдвиг вдоль их границ (например, между Анатолийской и Евразийской плитами по Северо-Анатолийской зоне разломов).

Грампианс – разлом земной коры 100 х 45 километров.

На территории Евразии и Африки расположены два крупнейших подвижных мегапояса: Притихоокеанский и Альпийско-Гималайский. Первый приурочен к границе Евразийской плиты с Тихоокеанской и на севере с Северо-Американской плитами, а второй охватывает область сближения Евразийской плиты с плитами южного ряда: Австралийской, Индийской, Аравийской и Африканской.

Подвижки по активным разломам подвижных поясов отражают направления современного относительного перемещения плит. Вместе с тем они охватывают не только границы плит, но и обширные смежные области шириной в сотни, а в Центральной Азии более 1000 км, разделяя микроплиты и блоки земной коры, расположенные между главными плитами. Их рисунок напоминает картину ледохода на реке, когда между крупными льдинами возникает крошево более мелких кусков льда.

Перемещения между блоками иногда лишь немногим уступают перемещениям на границах главных плит, хотя в целом убывают с удалением от них. Так, средние скорости сдвига на западном и северо-восточном флангах Аравийской плиты достигают 7-10 мм/год, а по расположенным севернее крупнейшим межблоковым разломам Малого и Большого Кавказа близки к 5 мм/год. На флангах Индийской плиты скорости современных движений составляют 10-30 мм/год, а по крупнейшим разломам более северных и восточных областей Альпийско-Гималайского пояса – в Южном Тибете, на его северной и восточной границах, в Тянь-Шане и Монголии – они местами достигают и иногда превосходят 10 мм/год.

Таким образом, распределение смещений внутри пояса оказывается сложным и неравномерным. Давление, первоначально возникшее на границе сближающихся главных плит, вызвало последовательное дробление все более удаленных от нее участков, и сейчас все они вовлечены в относительное перемещение. При этом большинство крупных активных разломов Евразии имеют сдвиговую компоненту движений, которая равна или чаще больше вертикальной компоненты. Сдвигами являются почти все разломы со скоростями движений более 10 мм/год. Обусловлено это тем, что горизонтальный сдвиг – наиболее энергетически экономная форма перемещения континентальных масс, поскольку не требует преодоления силы тяжести.

Сложность современного развития подвижных поясов и относительного перемещения плит не исчерпывается подвижками по разломам. Так, вдоль Северо-Анатолийской зоны разломов между Евразийской и Анатолийской плитами скорость современного сдвига составляет, по геологическим и космогеодезическим данным, 13-20 мм/год, но, по тем же космогеодезическим данным, общая величина относительного перемещения этих плит достигает 30 мм/год, прирастая за счет деформации приразломной полосы шириной более 100 км.

Иначе говоря, плиты (по крайней мере, в тех их частях, где перемещения особенно велики и контрастны) ведут себя не как бетонные монолиты, а как куски вара, способные медленно течь в результате давления друг на друга. Такое крупномасштабное течение особенно ярко выражено на Тибете, который под давлением Индийской плиты, движущейся к северо-востоку, укорачивается в поперечном направлении, вздымается и одновременно выдавливается на восток и юго-восток.

Совместный анализ геологических и геофизических данных о поведении активных разломов на глубине и современных деформациях глубинных горизонтов литосферы показал, что в разрезе литосферы подвижных поясов наблюдается тектоническая расслоенность – столь же сложное зонально-ячеистое распределение деформаций и смещений, как и на поверхности Земли. Разные горизонты литосферы могут деформироваться в разной степени, смещаться по зонам нарушений разных направлений и даже местами двигаться с разными скоростями.

Литосферная плита в подвижном поясе более напоминает деформированный с боков торт "наполеон", чем монолитную пластину. В слабо подвижных равнинных областях потенциальные возможности тектонического расслоения сохраняются, но реализуются в существенно меньшей степени.

Треть человечества живет в сейсмически активных областях, где время от времени случаются разрушительные и изредка катастрофические землетрясения и где сосредоточено большинство крупных живых разломов. Для обеспечения безопасности населения, планирования землепользования, подходящих мест для возведения тех или иных сооружений и средств их защиты важное, а возможно, и решающее значение имеет не столько предупреждение отдельного сейсмического события в конкретном месте и в конкретное время, сколько определение уровня сейсмических воздействий от возможных будущих сильных землетрясений.

Чтобы рассчитать этот уровень, надо знать места, максимальную возможную энергию (магнитуду Mmax) и повторяемость будущих землетрясений. Места и максимальная магнитуда определяют комплексным анализом параметров уже случившихся в регионе землетрясений и активных разломов. Связь этих явлений очевидна, поскольку подавляющее большинство землетрясений земной коры приурочено к зонам живых разломов.

Изучение живых разломов дает возможность, во-первых, уточнить сейсмические характеристики региона, по которым определяются места, Mmax и повторяемость будущих землетрясений максимальной магнитуды, и, во-вторых, получить эти характеристики независимым путем. Важность активных разломов как источника сейсмологической информации обусловлена тем, что для оценки Mmax нужно знать сейсмическую историю региона за максимально длительный срок, в течение которого случались землетрясения больших магнитуд и проявилась их повторяемость. Но инструментальная регистрация землетрясений проводится немногим более 100 лет, а исторические сведения о более ранних сейсмических событиях прерывисты и во многих местах отсутствуют. Изучение живых разломов восполняет этот пробел. Итак, наша планета до сих пор сохраняет тектоническую активность, наиболее наглядно проявляющуюся в динамике живых разломов. Их большая часть и почти все разломы со скоростями движений примерно 1 мм в год сосредоточены в подвижных поясах. Однако и равнинные территории типа Восточно-Европейской и Сибирской платформ также нарушены живыми разломами, заметное дыхание которых дополняется лишь ничтожными направленными движениями. Исключение среди "вялых" регионов составляют Фенноскандия и другие подобные области, 10-12 тыс. лет назад покрывшиеся мощным ледником. Здесь снятие ледовой нагрузки привело к общему воздыманию и некоторому ускорению подвижек по разломам.

Живые разломы оказывали и продолжают оказывать влияние на жизнь и деятельность людей. Это влияние бывало и отрицательным и положительным. Живые разломы были и остаются источником природных бедствий, иногда катастрофических. Таковы прежде всего сильные землетрясения, а также извержения связанных с разломами вулканов, аварии скважин и трубопроводов, выделение радиоактивных элементов и соединений тяжелых металлов, некоторые вредные для здоровья геофизические аномалии, в частности электромагнитные.

С вертикальными смещениями по разломам связаны изменения береговых линий, нарушающие эксплуатацию портовых и других прибрежных сооружений, усиление эрозии воздымающихся территорий, концентрация оползней и обвалов вдоль разломных уступов. Особенно опасны, хотя порой и незаметны при жизни одного поколения, многолетние эпохи усиления активности, проявляющиеся более частыми сильными землетрясениями. Крупнейшие социально-политические кризисы в истории Средиземноморья и Ближнего Востока (XIII-XI вв. до н.э., IV-VII вв. н.э. и вторая половина XVI-XIX столетие) совпадают с эпохами ухудшения климата и частых сильных землетрясений.

Вместе с тем активность разломов определяла создание ландшафтов, благоприятствовавших становлению и развитию земледелия. Зоны разломов были источниками водоснабжения и естественными трассами речных и сухопутных коммуникаций. Двойственно воздействие разломов на живые организмы. С одной стороны, их мутагенный эффект обеспечил разнообразие диких предков культурных растений, позволившее древним земледельцам выбрать формы, наиболее продуктивные и пригодные для воспроизводства. С другой стороны, даже более слабые воздействия живых разломов равнинных территорий могут оказывать патогенное влияние на человека и биоту.

Мы не можем изменить активность живых разломов и связанных с ней землетрясений и других опасных явлений, но можем и обязаны уменьшить их отрицательные воздействия путем разумного планирования строительства и землепользования и обеспечения защитных мероприятий. Следует использовать и положительные эффекты активного разломообразования как источников подземных вод, в частности минеральных, а также мест организации заповедников и национальных парков.