Л Е К Ц И Я 7

Тема 4. Эндогеннные процессы

План лекции:

1. Общие понятия о эндогенных процессах.

2. Сейсмические явления, антисейсмическое строительство.

3. Колебательные движения земной коры.

Эндогенные процессы - такие процессы, происхождение которых связано с глубинными недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех зонах, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под действием сложных физико-механических и физико-химических преобразований вещества возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и изменяющие ее коренным образом.

К эндогенным процессам относятся:

1. Землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков и сотрясений.

2. Колебательные движения земной коры - опускания и поднятия больших участков коры со скоростями несколько сантиметров или миллиметров в столетие.

3. Магматизм - процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

4. Складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород. Явления смятия и разрыва способствуют образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин.

5. Метаморфизм (греч. Metamorphos - превращение) -перекристаллизация горных пород под действием температуры и давления в результате смены условий.

Магматические и метаморфические процессы, относящиеся к были подробно рассмотрены в предыдущих темах.

Землетрясение - это всякое колебание земной поверхности, вызванное естественными причинами, среди которых основное значение принадлежит тектоническим процессам (перемещения масс внутри Земли). Это распространенное явление, наблюдаемое на многих участках материков и на дне океанов. За год на Земле происходит несколько сотен тысяч землетрясений, т.е. в среднем 1-2 в минуту. Сила их различна; большинство улавливается только высокочувствительными приборами - сейсмографами, другие ощущаются человеком. Землетрясения можно подразделить на эндогенные (связанные с глубинными процессами) и экзогенные. Эндогенные бывают вулканические (вызванные процессом извержения) и тектонические (обусловленные перемещением вещества в недрах Земли). Экзогенные землетрясения случаются при подземных обвалах, взрывах газ В глубинах Земли постоянно накапливаются упругие напряжения, и в тот момент, когда они достигают предела прочности горных пород, в последних возникает разрыв, потенциальная энергия переходит в кинетическую, напряжение снимается, а энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага землетрясения), достигает поверхности Земли и там ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы. Таким образом, каждое землетрясение сопровождается освобождением упругой энергии. И важно определить ее величину.

Магнитуда землетрясения (М, от латинского magnitudo - величина) - условная логарифмическая величина, определенная по инструментальным наблюдениям сейсмическими станциями и характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами. Определяется как M = lg A/A , где А - абсолютное смещение в единицах длины ( микронах), частиц грунта при данном землетрясении; А - смещение частиц почвы при эталонном землетрясении. Магнитуда позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии. Имеется

30

много различных шкал магнитуд, включая локальную магнитуду (ML), магнитуду, определенную по поверхностным (MS) и по объемным волнам (mb), по сейсмическому моменту (MW). Более современной энергетической оценкой землетрясений являются моментные магнитуды MW,обусловленные сдвиговой подвижкой пород в сейсмическом очаге. Самые крупные землетрясения происходят на Земле, в среднем, один раз в год. Наибольшими из инструментально зарегистрированных землетрясений были Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года с Мтс?=9.5 и относительно недавнее Индонезийское землетрясение 26 декабря 2004 года с аналогичной моментной магнитудой М^'. Первоначальная шкала магнитуд была предложена Чарльзом Рихтером в 1935 г. и в настоящее время нашла широкое применение в международной практике при оценке землетрясений.

Интенсивность землетрясения (I - intensity) - сейсмический эффект, оцениваемый в баллах по описательной шкале интенсивности сотрясений земной поверхности, основанной на реакции людей, строительных объектов и на изменениях природных объектов. Сейсмический эффект определяется в основном тремя параметрами: уровнем амплитуд, преобладающим периодом и продолжительностью колебаний. Последний фактор может оказаться решающим для нарушения устойчивости сооружений, для которых кратковременная нагрузка даже с весьма высокой амплитудой (ускорением) может быть неопасной. В странах СНГ, ряде Европейских стран используется сейсмическая шкала MSK-64 (Медведева, Шпонхойера, Карника). Шкала MSK-64 принята в нормах проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах в России, Казахстане, ряде других стран (при проектировании зданий и сооружений обычно учитывают землетрясения, начиная с 7 баллов или выше). Максимальное значение интенсивности в этой шкале, как и в большинстве других аналогичных шкал, составляет 12 баллов. Сейсмический эффект, наблюдаемый в том или ином пункте, зависит как от величины (магнитуды) землетрясения, так и от удаленности и глубины залегания сейсмического очага, спектральных характеристик сейсмических волн, а также от местной геологии в этом пункте. Наиболее сильными из известных землетрясений были 11-12-балльные Хангайские землетрясения 9 и 23 июля 1905 года в Монгольском Алтае.

Глубинный центр, или очаг землетрясения, называется гипоцентром (в плане округлая или овальная площадь). Область, расположенная на поверхности Земли над гипоцентром, называется эпицентром. Она характеризуется максимальными разрушениями, причем многие предметы здесь смещаются вертикально (подпрыгивают) и трещины в домах располагаются вертикально. При смещении блоков земной коры возникает несколько типов волн:

Продольные волны (Р) - волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой со скоростью (в твердых породах) порядка нескольких километров в секунду. Продольные волны - реакция среды на изменение объема; они распространяются с твердых, жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении движения волн, т.е. во все стороны от источника колебаний.

Поперечные волны(S) - результат реакции среды на изменение формы, следовательно, они не могут распространяться в жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении, поперечном к направлению движения волн.

Поверхностные волны, или волны Релея (L) - возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, различных по своему агрегатному состоянию (жидкость-газ, твердое тело-газ и т.д.) под воздействием колебаний, приходящих от очага землетрясения к этой границе. Отличаются наименьшей по сравнению с Р и S скоростью распространения (V_L=0,9 V_S)и быстро затухают, но в эпицентре могут привести к большим повреждениям. В жидкости вызываются силами веса (под действием ветра и т.п.), в твердой среде - упругими силами.

Землетрясение обычно происходит не в результате единовременного акта на глубине, а вследствие какого-то длительно развивающегося процесса движения материи во внутренних частях земного шара. Обычно за начальным крупным толчком следует цепь более мелких толчков

31

(афтершоков). Время их проявления составляет период землетрясения. Все толчки одного периода исходят из общего гипоцентра, который иногда в процессе развития может смещаться, а вместе с ним и эпицентр.

Сейсмические нарушения. Трещины. Наиболее распространенная форма сейсмических нарушений, образуется почти при всех землетрясениях. Трещины делятся на открытые (с раздвинутыми стенками) и закрытые (с соприкасающимися стенками). Провалы - котловины, опустившиеся участки по двум или нескольким сопряженным трещинам. Положительные формы рельефа. Во время землетрясения в Сопоре в 1887 г. на северной границе Мексики между двумя сбросами поднялась цепь холмов высотой до 7 м. Во время землетрясения в Средней Азии в 1911 г. по р. Аму одно из крыльев сброса сильно приподнялось, образовав вал длиной свыше 50 км, высотой до 10 м, пересекавший овраги. Сейсмические формы на поверхности Земли весьма разнообразны, но, как правило, быстро разрушаются.

Антисейсмическое строительство. Опыт показал, что возведенные определенным образом постройки могут противостоять многобалльным землетрясениям. При этом очень важно учитывать характер грунта. В сейсмических районах лучше строить на массивных скальных невыветрелых породах, а также на мощных толщах аллювиальных и делювиальных отложений (играющих роль "подушки"). Неблагоприятны для строительства маломощные рыхлые четвертичные отложения: галечники, глины, суглинки и т.п., залегающие на скальных породах, а также разрушенные и водоносные коренные породы. Особенно опасно строительство на маломощных четвертичных отложениях на склонах гор и оврагов, под отвесными скалами и т.п.Наиболее удачны два типа антисейсмических построек: 1) легкие бревенчатые здания с хорошо связанными перекрытиями, с легкой крышей, пружинящие при сдавливании (для сельской местности); 2) массивные железобетонные постройки с мощным фундаментом, крепкой связью постройки с фундаментом. Нижняя часть постройки должна быть более массивной, чем верхняя. Форма здания - круглая, овальная или с закругленными углами (для городов).

Колебательные движения земной коры (тектонические явления).

Тектонические движения, механические движения земной коры, вызываемые силами, которые действуют в земной коре и главным образом в мантии Земли, приводящие к деформации слагающих кору пород. Тектонические движения связаны, как правило, с изменением химического состава, фазового состояния (минерального состава) и внутренней структуры подвергающихся деформации горных пород. Тектонические движения охватывают одновременно очень большие площади. Геодезические измерения показывают, что практически вся поверхность Земли находится непрерывно в движении, однако скорость Тектонические движения невелика, изменяясь от сотых долей до первых десятков мм/год, и только накопления этих движений в ходе очень продолжительного (десятки — сотни млн. лет) геологического времени приводят к крупным суммарным перемещениям отдельных участков земной коры.

32