По мере совершенствования методов определения и точного обнаружения мест подземных толчков стало возможным более надежное картографирование сейсмически активных зон. В результате ученые получили более полную картину сейсмической активности Земли.
Сейсмология был поставлена на подлинно научную основу в 1960-е годы, когда ученые приступили к исследованиям по определению небольших подземных ядерных взрывов после договора о запрещении испытаний ядерного оружия. Специалисты установили немало станций сейсмического наблюдения. Составленные впоследствии карты сейсмической активности показали, что землетрясения чаще всего происходят вдоль линий океанических хребтов, вокруг океанских впадин, на участках разломов земной коры и вблизи молодых горных и вулканических массивов.
Полученные данные подтвердили теорию о том, что 100-километровая внешняя земная кора и ее твердая геологическая мантия состоят из восьми основных тектонических плит, лежащих на поверхности полужидкой внутренней оболочки – астеносферы. Постоянная активность астеносферы приводит тектонические плиты в движение. Они сближаются, сталкиваются, расходятся, сцепляются и т.д.
Движение под землей. Перемещения тектонических плит происходят медленно, и редко имеют постоянных характер. Иногда кажется, что на протяжении длительного времени тектонических смещений вообще нет. Трение горной породы о такую же5 породу удерживает плиты на месте. Когда растущая сила движения начинает превышать прочность породы, тектонические плиты внезапно и резко приходят в движение, и на поверхности земли ощущаются толчки.
Никто не может точно предсказать, когда именно произойдет землетрясение. Тщательное картографирование и отслеживание подземной активности позволили ученым определить сейсмически опасные участки земной поверхности и выдвинуть гипотезы о частотности крупных землетрясений. Многие мощные землетрясения давали о себе знать небольшими, но четко различимыми предшествующими толчками, а российские ученые доказали, что изменения в скорости распространения незначительных подземных толчков часто влекут за собой мощные землетрясения. Сейсмологи полагают, что проводимые в настоящее время исследования незначительных изменений в географической поверхности и местных по характеру колебаний магнитного поля Земли позволяет получать и другие сигналы о надвигающихся землетрясениях.
Признаки землетрясения. Некоторые особенности в поведении животных могут подсказать человеку, что приближается землетрясение. Чувствуя неизбежные земные толчки, собаки воют, лошадь может понести, а птицы беспокойно описывают в небе круги. В 1975 году жители одного китайского города обратили внимание на странное поведение животных и вовремя оставили свои дома – через несколько часов случилось землетрясение.
В сейсмически опасных зонах ученые регулярно беру пробы воды из колодцев и скважин. Разрывам подземных пород может предшествовать ломка их кристаллической структуры, когда через образовавшиеся щели в подземные воды (и оттуда – в скважины) попадает газ – радон. Повышение уровня содержания радона в колодезной воде говорит о возможности скорого землетрясения.
Землетрясению может предшествовать высвобождение электрически заряженных газов. Такие газы могут иметь характерное свечение. Ученые также обнаружили, что перед землетрясением над линией разлома может выделяться газообразный водород – в количествах, превышающих обычные в десять раз.
Специальные приборы – тензодатчики – помогают обнаружить любые отклонения в силе напряжения по линиям разломов и возникающие в результате этих процессов гигантские трещины, которые могут тянуться на несколько километров под землей и на ее поверхности. Инклинометр, похожий на плотницкий уровень, определяет перемещения земной коры, а помещаемые под линией разлома проводные датчики оповещают о любых необычных движениях в земной толще.
Самым точным приором ля обнаружения приближающегося землетрясения является сейсмограф.
Вулканические извержения представляют собой достаточное опасное геологическое явление. Процессы, происходящие в земной толще и вызывающие извержения, еще не до конца изучены. Принято считать, что верхняя часть мантии находится в состоянии, близком к расплавленному, поэтому даже незначительное понижение давления (например, при раздвижении тектонических плит) приводит к полному ее расплавлению. Расплавленная порода (магма), будучи более легкой, чем окружающие породы, медленно поднимается к поверхности земли. Чаще всего это происходит по разломам земной коры. Второй причиной, вызывающей извержения, является наличие локальных радиоактивных источников. Немногочисленные материковые вулканы, расположенные вдали от границ литосферных плит, вызваны как раз такими локальными источниками радиоактивной теплоты или горячими точками в мантии.
При извержениях чаще всего наблюдается: деформация и сотрясения земной поверхности; выброс, выпадение продуктов извержения; движение лавы, грязевых, каменных потоков; гравитационное смещение горных пород. В атмосферу вырывается большое количество паров и газов, приводящее к химическому загрязнению окружающей среды, с потенциальной опасностью образования крупномасштабных пожаров. Нередко в кратерах в период покоя образуются озера, тогда в период извержения водогрязевые потоки представляют основную опасность, даже большую, чем потоки лавы (из-за больших скоростей перемещения по склонам).
Чаще всего извержения вулканов начинаются выбросом из кратера столба черного дыма или пепла высотой до 5 км, который быстро расплывается в воздухе в виде огромной тучи; на склонах и на кратере появляются трещины, через которые выделяются удушливые газы или горячая вода.
Вслед за этим обычно начинается ливневый грозовой дождь. Одновременно из кратера выбрасываются крупные и мелкие раскаленные обломки горных пород, из туч выпадает пепел, который покрывает склоны вулкана и окрестности. Затем начинается извержение лавы из жерла вулкана.
За миллионы лет из слоев лавы формируются вулканические горы. Часто они весьма высоки и имеют форму конуса с кратером на вершине. Многие вулканы находятся на морском дне.
Благодаря подводным вулканам сформировались целые острова. Так, в 1963 г. внезапно начал извергаться подводный вулкан близ южных берегов Исландии, выбрасывая в воздух клубы пара и дыма. Из хлынувших на поверхность потоков лавы образовался новый остров.
Вулканы образуются в сейсмически активных зонах земной коры. Литосфера расколота на огромные блоки, или плиты. Под давлением могучих подземных сил эти плиты непрерывно движутся. В одних местах их движение приводит к возникновению горных хребтов, в других краях плит втягиваются в глубокие впадины.
Типы лавы. Температура лавы может достигать 1000°С, а скорость потока – 165 м/сек. Не все вулканы извергаются одинаково. Характер извержения определяется типами газов и количеством содержащейся в магме воды.
Гавайский, или щитовидный, тип вулкана отличается спокойным характером извержений. Из кратера изливается раскаленная докрасна жидкая и текучая лава. Содержащиеся в магме газы легко выходят наружу, выбрасывая огненные фонтаны лавочных комков. Этот тип извержения назван по имени двух гавайских вулканов – Мауна-Лоа и Килауэа.
При стромболианском типе газы выбрасываются в атмосферу мелкими взрывами. При каждом взрыве в воздух взлетают горячие комки полужидкой лавы, которые бомбами падают на землю и скатываются по склонам, превращаясь в настоящий камнепад. Этот тип назван по имени итальянского вулкана Стромболи, который регулярно извергается по сей день.
Вулканский тип. Итальянская гора Вулькано дала название гораздо более опасному типу извержения. Вулканское извержение разбрасывает огромные куски лавы на несколько километров от кратера. Очень вязкая магма препятствует свободному выходу газов, и они скапливаются внутри под таким огромным давлением, что время от времени раздаются мощные взрывы.
Наиболее взрывоопасным считается плинианский тип.
Смертоносная пыль. При плинианских извержениях вырвавшиеся на волю подземные силы способны преодолеть звуковой барьер и выбрасывать огромные столбы пепла, камней и газов, достигающих высоты 30 км. Эти обломки, называемые пирокластами, разрываются в воздухе на мелкие частицы, покрывая все вокруг толстым слоем смертоносной пыли.
Иногда плинианское извержение достигает такой мощи, что разрушает сам вулкан. В лучшем случае стенки основного жерла западают внутрь, образуя боковые кратеры, или кальдеры (по-испански «кипящий котел»). В худшем – разрушается весь вулкан, как это было с островом Кракатау в 1883 г.
Сели (от арабского «сайль» - бурный горный поток) – это внезапно возникающий в руслах горных рек временный поток, характеризующийся резким подъемом уровня воды и высоким содержанием продуктов разрушения горных пород.
Возникновению грязевого потока в основном способствуют три условия: интенсивный ливень или очень дружное снеготаяние; значительная крутизна склонов речных долин и балок, т.е. большие уклоны водных потоков; наличие на склонах больших масс легко смываемого рыхлого мелкообломочного грунта.
Грязекаменные сели движутся вдоль склонов дискретно из-за постоянно образующихся заторов. Скорость селей может достигать 10 м/сек.
Оползень – скользящее смещение горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Оползни возникают на каком-нибудь участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия пород, вызванного: увеличением крутизны склона в результате подмыва водой; ослабление прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами; воздействием сейсмических толчков, хозяйственной деятельностью, проводимой без учета геологических условий местности.