Чтение онлайн

Согласно Баллену, Земля состоит из: 1) коры, мощность которой колеблется в пределах 30–40 километров под поверхностью континентов, но под дном океанов значительно снижается, причем нижний ее слой сильно разогрет радиоактивными элементами горных пород; 2) промежуточной оболочки плотных пород мощностью 2900 километров; 3) ядра, образованного горными породами и металлом в жидком состоянии мощностью 2200 километров, и 4) субъядра с радиусом 1250 километров, находящегося в твердом состоянии.

Важное значение для нашего исследования имеет разница температур при переходе от верхних слоев к нижним, которая присуща: всей толще коры и промежуточной оболочке. В промежуточной оболочке верхние слон сильно разогреты, тогда как в нижних пластах температура падает. Здесь происходят почти те же физические процессы, что и в кастрюле с водой, поставленной на огонь. Вода на дне кастрюли, естественно, нагревается быстрее, чем на поверхности; нагреваясь и расширяясь, она становится легче и поднимается вверх, тогда как поверхностные слои опускаются и в свою очередь нагреваются. Таким образом, разница температур наверху и внизу создает конвекционные течения, которые переносят тепло по вертикали.

Разумеется, сравнение материи, из которой состоит промежуточная оболочка, с водой в кастрюле весьма условно; ведь одно вещество находится в твердом состоянии, а другое в жидком. Однако тепло, которое радиоактивные элементы горных пород коры выделяют в промежуточную оболочку, вызывает в толще последней очень значительную разницу в температуре. Разумеется, это тепло в некоторых местах должно нагревать породы до температуры, близкой к плавлению. Легко понять, что в этом случае образуются конвекционные течения, правда, с незначительной скоростью, что объясняется почти твердым состоянием ядра. Хотя скорость этих конвекционных течений, видимо, не превышает нескольких сантиметров в год, все же они вызывают вертикальную циркуляцию по направлению от нижних слоев оболочки к верхним.

На рис. 10 показано море, а под ним кора и промежуточная оболочка Земли. Мы видим также конвекционное течение, восходящее в точке А и нисходящее в точке В. Понятно, что ставший вязким от высокой температуры участок коры D, зажатый между двумя нисходящими течениями, как бы всасывается вниз и образует нечто вроде кармана, который постепенно прогибается.

Вот и образовалась геосинклиналь, причины происхождения которой мы доискивались!

Таким образом, конвекционные течения выступают как основа горообразования. И мы можем даже предположить, что геосинклинали — это именно такие участки земной коры, под которыми начинается нисхождение течений. Что же касается мощности таких течений, то ее нельзя переоценить. Она действительно должна быть исполинской, если в состоянии всосать земную кору. Мы охотно согласимся с тем, что она в состоянии смять в складки осадочные толщи, изогнуть их, как теплый воск, и даже разорвать.

Теперь же, как это ни парадоксально, нам остается предостеречь читателя от слепой веры в эту стройную теорию. В конечном счете теория — это всего лишь теория! Если она кажется такой убедительной, то это лишь потому, что мы для простоты изложения затенили неразрешенные трудности и слабые места. Примем во внимание, что эта теория все же признана некоторыми геофизиками в качестве рабочей гипотезы, и согласимся с тем, что нам не пристало быть требовательнее этих известных специалистов. В заключение скажем, что мы имеем право рассматривать сейсмические районы как такие участки земной коры, где ее слои с особой силой терзаются конвекционными течениями и где на протяжении нескольких миллионов лет они сминаются, скручиваются и время от времени в результате такой деформации разрываются.

Ключом к пониманию этих процессов служит термин напряжение. Именно напряжения, вызванные всасыванием пластов конвекционными течениями, заставляют эти слои сминаться в более или менее резкие складки или разрываться. Напряжение — это предмет особого раздела физики — учения об упругости. Сейсмологи должны хорошо его знать, ибо совсем не просто объяснить, как напряжение, воздействуя на толщи горных пород, в конечном счете вызывает землетрясения.

Если среди наших читателей есть математики, то они легко представляют себе этот процесс. Они знают, что для определения силы, действующей на любую точку данного слоя и ее направления относительно осей требуется знание шести величин. Математики знают, что при определении напряжения пользуются математическим выражением, которое нельзя назвать иначе как тензор [48] .

Таково происхождение этого понятия, которым пользуются чаще в теории относительности, чем при исследовании причин землетрясений. Впрочем, не задерживаясь в этих высоких сферах науки, постараемся разрешить более скромный вопрос: что же происходит под землей, когда там возникает напряжение? Каменотесы и горняки часто наблюдают подобные явления. Ротэ пишет по этому поводу: «Случается, что у выхода из карьера некоторые глыбы с шумом растягиваются». Иногда даже если мы имеем дело со сланцами, такими, например, как в Монсоне (штат Массачусетс, США), «то они выгибаются, образуя миниатюрную антиклиналь», либо раскалываются и лопаются. Явление это, естественно, становится более впечатляющим и опасным, когда оно имеет место на глубине нескольких сотен метров, например в рудниках. В любом случае оно обусловлено напряжением, в котором раньше находилась порода. Напряжение это внезапно модифицировалось под воздействием рабочих, извлекавших глыбу.

Обобщая, скажем, что когда напряжение развивается в горных породах, то, поскольку эта среда более или менее эластична, они деформируются, а затем снова возвращаются в первоначальное состояние. Если же напряжение не прекращается, то порода снова деформируется и т. д. Короче, чередование подобных деформаций перерастает в настоящие колебания, которые постепенно распространяются в этой среде. Впрочем, такие деформации или колебания принимают две различные формы. Прикрепите резиновую нить к стенке, натяните ее, затем отпустите, снова натяните и т. д. Нить будет то удлиняться, то укорачиваться, и мы говорим в этом случае, что происходят продольные колебания. Нам хорошо известны волны этой категории. Мы имеем в виду звуковые волны, которые порождают то расширение, то сжатие воздуха.

К другому виду колебаний относятся те, которые наблюдаются на поверхности воды, если бросить в нее камень. Образуются круговые волны, поперечные колебания точно такие, как у световых волн.

Что касается горных пород, то в них под влиянием напряжения возникают одновременно оба вида колебаний. Они распространяются сквозь толщу земной коры, каждый со свойственной ему скоростью, и оба в конечном счете достигают поверхности. Вы уже догадались, что такие колебания носят название «сейсмических сотрясений».

Такова, дорогой читатель, суть этих грандиозных явлений природы, по крайней мере согласно современной науке. Все начинается со смятия в складки в глубинах земной коры и продолжается непрерывно в течение тысячелетий. В деформированном слое напряжения нарастают. Они проявляются в виде колебаний, которые на поверхности дают о себе знать слабыми толчками. Осторожнее! Пусть те, кто проживает в таком районе, не надеются, что эти слабые толчки гарантируют их от сильных. Аналогия с предохранительным клапаном, высвобождающим угрожающий избыток энергии, здесь не уместна. Как раз наоборот, население таких районов должно насторожиться, так как эти слабые толчки — предвестники того, что напряжение вот-вот превзойдет предел сопротивления породы.

Когда напряжение почти достигает предела сопротивления разрыву, достаточно малейшего повода, чтобы он действительно произошел. Пушка заряжена, остается только привести в действие запальник. Но какая же сила это осуществляет? Что вызовет разлом в глубине и землетрясение на поверхности? Для этого достаточно какого-нибудь незначительного повода, воздействия внешнего фактора, например, более сильного, чем обычно, прилива, внезапного изменения атмосферного давления или даже ослабленного отзвука сейсмических колебаний, происходивших за тысячи километров. И катастрофа разражается.