горизонтальній площині, повторюючи вигини складки на місцевості в плані. Шарнірних ліній можна провести стільки, скільки шарів є в складці. За ними визначають положення в просторі замків різних за глибиною залягання шарів складки.
Вісь складки – це лінія перерізу осьової поверхні з поверхнею землі. Такі лінії часто наносять на геологічні карти. За положенням осі складку орієнтують у просторі.
В основі класифікації складок є принцип розділення складок за взаємним розташуванням у просторі осьової поверхні та крил, а також за формою замка складки.
Залежно від нахилу осьової поверхні та крил складки буквають такі: прямі – коли осьова поверхня розташована вертикально, а крила падають симетрично з однаковим нахилом у різні боки; нахилені – коли осьова поверхня нахилена, а крила падають під різними кутами і в різних напрямах; лежачі – осьова поверхня розташована близькогоризонтально і крила майже паралельні одні до одних і до осьової поверхні; перекинуті – у яких осьова поверхня нахилена на кут понад 90° від вертикалі. Такі антикліналі нагадують синкліналь, проте в серединній частині містяться давніші пласти.
За характером зчленування крил, тобто за формою замка виділяють такі форми складок: гребенеподібні – у разі сходження крил під гострим кутом, коробчасті – складки з широким плоским замком; віялоподібні – складки з широким замком і перетиснутим ядром; ізоклінальні – складки з вузьким замком та майже паралельними крилами.
Розривні дислокації порушують суцільність шарів, розривають їх. Зазначимо, що розривні дислокації тектонічного походження значно поширені в земній корі й охоплюють різні за розмірами структури – від найменших, мікроскопічних, до велетенських глобального масштабу.
У розривних дислокаціях виділяють такі елементи: поверхню розриву (зону), яку називають також змішувачем, і два крила. Останні нахилені в різні боки і під різними кутами. У випадку переміщення крил у вертикально або майже вертикально одне з крил називають опущеним, а інше – піднятим. У разі нахилення зміщувачів верхнє крило називають піднятим, а нижнє – опущеним. У разі горизонтальних зміщень уздовж розривів розрізняють зсувні дислокації, або зсуви. Переміщення по зсуву бувають провосторонні (праві) та лівосторонні (ліві), їх визначають так (дивляться зверху): якщо рух відбувається за годинниковою стрілкою, то це правий зсув, якщо проти – лівий. Відстань, на яку переміщені крила одне відносно одного, називають повною амплітудою зміщення. Крім того виділяється вертикальна та горизонтальна складова (амплітуда).
Класифікація розривних порушень. Серед розривних порушень виділяють тріщини – розриви без зміщення, і власне розриви, тобто порушення зі зміщенням. Власне розриви поділяють на скиди, у яких одне крило опущене щодо іншого, і поверхня нахилена в бік опущеного крила, та підкиди і насуви – розриви з нахиленим змішувачем, у яких підняте крило насунуте на опущене.
Розриви можуть траплятися як поодинокі форми, а також у вигляді систем (груп розривів). Якщо між двома розривами блок опущений, то таку структуру називають грабеном. У разі підняття центрального блока виникає горст. Чергування розривів які послідовно опускають розділені ними блоки в одному напрямі називають ступінчастими скидами, а чергування опущених і піднятих блоків – клавішною структурою.
Землетруси та методи їхнього вивчення
Дія внутрішніх сил Землі виявляється найбільше в землетрусах, особливо якщо вони поєднані з виверженням вулканів. Землетрусом називають раптові струси земної кори, спричинені зміщенням гірських порід. Це особливий різновид тектонічних рухів, які тривають звичайно декілька
71
секунд і супроводжуються різкими поштовхами й коливаннями земної поверхні. Унаслідок цього виникають тріщини, обвали й осуви поверхні, руйнуються будівлі. Окремі ділянки піднімаються або опускаються, а також переміщуються в горизонтальному напрямі. Іноді ці порушення досягають великих масштабів і значно змінюють конфігурацію рельєфу місцевості. Сильні землетруси є катастрофічними явищами і завдають величезної матеріальної шкоди, забираючи часто численні людські життя.
Землетруси беруть початок на різних глибинах – починаючи від поверхні і до глибини декількох сотень кілометрів, тобто мантії. Вони відбуваються як на континентах, так і в океанах. Місце в земній корі або мантії, де виник підземний удар, називають вогнищем землетрусу. Тут зароджуються пружні коливання – сейсмічні хвилі різного типу.
Якщо десь на Землі відбувається землетрус, то його хвилі поширюються по всій земній кулі. З віддаленням від місця землетрусу коливання слабшають і в дуже віддалених районах цілком невідчутні для людини. Проте чутливі прилади в сейсмологічних лабораторіях здатні сприймати навіть найслабші коливання і записувати їх у вигляді графіків, які називають сейсмограмами. Коливання поширюються у вигляді хвильових рухів речовини Землі, частково передаючись через земну кулю у вигляді просторових хвиль, а частково – по її поверхні. Особливо важливі для геології просторові хвилі, оскільки вони можуть дати інформацію про внутрішню будову Землі. Серед хвиль виділяють дві групи: Р-хвилі (поздовжні6 або хвилі стискання), за яких частинки речовини відчувають коливання в напрямі поширення хвиль, а також S-хвилі (поперечні, або хвилі стиску), за яких коливання відбуваються в напрямі перпендикулярно до поширення хвиль. Між собою вони відрізняються не лише за характером переміщення в речовині, а й за швидкістю поширення. Ці хвилі звичайно не є прямолінійними: на ділянках зміни речовинного складу вони можуть сповільнюватись або пришвидшуватись, відхилятись, відбиватись або заломлюватись. Дешифрування сейсмограм дало змогу з’ясувати зміни фізичних властивостей в глибинах Землі. Опрацювання цих матеріалів допомогло сейсмологам виявити і локалізувати окремі оболонки Землі.
Більшість вогнищ землетрусів є на глибинах 10–40 км і менше (на Закарпатті – до 5 км), Румунських Карпатах – до 150 км, а в межах Тихоокеанського кільця – до 600 км і більше. Залежно від глибини вогниш землетруси бувають звичайні (до 60 км), проміжні (від 60 до 300 км) і глибокі (300–700 км).
Різною є і сила землетрусів – від зовсім слабких, що їх вловлюють лише чутливі сейсмографи, до нищівних з повним руйнуванням споруд та значними змінами в рельєфі місцевості. Розподілені вони дуже нерівномірно
– в одних районах часто трапляються сильні землетруси, в інших їх практично не буває.
За походженням природні землетруси (у геології не розглядють штучних землетрусів, хоча і використовують їх з метою вивчення структури земної кори) можна розділити на ендогенні та екзогенні.
Відповідно, серед ендогенних виділяють тектонічні та вулканічні, серед екзогенних – карстово-обвальні, від ударів хвиль та водоспадів.
Для визначення сили землетрусів застосовуються різні шкали, найпоширенішою є 12-бальна шкала, згідно з якою найслабше оцінюють в 1 бал, а найсильніший – 12 балів. Критерії цієї оцінки головно такі:
1 бал (непомітний) –коливання поверхні фіксують лише приладами; 2 бали (дуже слабкий) – відчувають деякі люди у спокійному стані; 3 бали (слабкий) – відчуває небагато людей;
4 бали (помірний) – відчуває багато людей. Можливі слабкі коливання елементів конструкцій високих булівель.
5 балів (досить сильний) – у приміщенні похитуються меблі, люстри, дзеленчить начиння в шафах (особливо тонкий кришталь);
72
6 балів (сильний) – легке пошкодження деяких будівель: тріщинки в штукатурці, розтріскування печей та ін.;
7 балів (дуже сильний) – значні пошкодження деяких будівель: тріщини
вштукатурці, відламування окремих деталей, тонкі тріщини в стінах, пошкодження димарів. З’являються тріщини в вологих ґрунтах;
8 балів (руйнівний) – руйнування в будинках: великі тріщини в стінах, падіння карнизів, димарів. Осуви і тріщини, шириною до декількох сантиметрів на схилах гір;
9 балів (інтенсивно руйнівний) – руйнування багатьох малостійких будівель, інтенсивні обвали в будинках: падіння стін, перегородок, сходів. У ґрунтах виникають тріщини до 10 см і більше. Обвали, осипи та осуви в горах;
10 балів (нищівний) – обвали та серйозні руйнування будівель. Тріщини
вґрунті шириною до 1 м, обвали, осуви. Завали річкових долин у горах з утворенням озер;
11 балів (катастрофічний) – численні тріщини на поверхні земліз вертикальними переміщеннями. Великі обвали в горах. Загальне руйнування будівель;
12 балів (значна катастрофа) – зміни рельєфу в значних розмірах. Численні розриви поверхні зі значними переміщеннями. Великі обвали й осуви. зміна русла рік, виникнення водоспадів та озер. Загальне руйнування всіх споруд.
Ваналізі наслідків землетрусів використовують такі поняття, як гіпоцентр та епіцентр. Гіпоцентром (вогнищем, фокусом) називають те місце
вземній корі або верхній мантії, в якому відбулося зміщення мас, що спричинило пружні хвилі в Землі. Саме над ним, на поверхні Землі, міститься епіцентр. Найбільшої сили землетруси спостерігаються саме в епіцентрах. Тут хвилі найшвидше досягають поверхні, і тут фіксують вертикальні удати. Площа епіцентру може становити десятки квадратних кілометрів.
Отже, найбільшої сили землетруси є в епіцентрах, з віддаленням в усі сторони від них сила поштовхів слабшає. Точки, у яких землетрус проявився з однаковою силою, з’єднують лініям – ізосейсмами. Якби земна кора
складалася з однакових порід, а вогнище землетрусу було точковим, то ізосейсми утворювали б ізометричні відцентрові кола. Але поза як її структура є далеко неоднорідною, то ізосейсми мають складні обриси.
Енергія землетрусів. Породи, що складають земну кору і верхню мантію, мають певну міцність, у разі перевищення якої вони руйнуються, потенційна енергія переходить у кінетичну, і відбувається землетрус. Різні частини (блоки) кори переміщуються в різних напрямах і з різною швидкістю. На межах цих блоків і концентруються напруження, які час від часу виявляються у формі землетрусів, утворенні нових розривів і відродженні старих. Саме в так розвантажуються напруження, які нагромаджуються впродовж деякого часу, а далі внаслідок перевищення граничних напруг міцності порід відбувається різкий і короткий зрив з переміщенням (навіть незначним – десятки сантиметрів - перші метри), що є землетрусом відповідної інтенсивності. Інакше кажучи, землетруси виникають у разі раптового зміщення мас речовини Землі, у тому числі й уздовж тектонічних розривів, по яких окремі блоки зміщуються в протилежних напрямах.
Енергію землетрусів обчислюють, хоча це досить складно, і точність таких розрахунків не значна. Проте з’ясовано, що для катастрофічних землетрусів енергія становить приблизно 1018 Дж, що набагато перевищує енергію сучасних атомних бомб.
Як уже зазначено, землетруси по Землі розподілені дуже нерівномірно. Їхня реєстрація останніми десятиліттями дає змог зі значною точністю виділити ті місця, де часто і з великою силою відбуваються ці явища природи. Це так звані сейсмічні зони. До них належать пояси Середземноморського і
73
Тихоокеанського рухливих поясів. Середземноморський простягається від Гібралтару через Атлас, Піренеї, Апеніни, Балкани, Карпати, Малу Азію, Кавказ, Копетдаг, Гіндукуш, Гімалаї, Бірму до Індонезійських островів, де сходиться з Тихоокеанським, який охоплює береги Тихого океану в Азії та обох Америках. Дещо відокремлені сейсмічні зони Тянь-Шаню, Прибайкалля, Монголії і Китаю. Значна сейсмічна активність виявляється і в зоні серединно-океанських хребтів.
Водночас на значних площах Землі землетрусів цілком нема, або вони виявляються зрідка і дуже слабкі. Це так звані асейсмічні зони. До них належать простори Східноєвропейської та Сибірської давніх платформ, Північна Європа, майже вся Австралія, значна частина Африки, Північнота Південноамериканська платформи, величезні простори океанських плит.
Географічне розміщення головних вогнищ землетрусів підпорядковане певним закономірностям. Усі вони просторово й генетично прив’язані до крайових частин велетенських і великих літосферних плит на ділянках нарощування кори, колізії (співударення плит і деструкції кори) та субдукції (підсування океанської літосфери під континентальну). Тут найбільше виявляються інтенсивні сучасні диференційовані тектонічні рухи та вулканізм.
Магматизм
Найповніше процеси внутрішньої динаміки земної кори виявляються у магматизмі. Магматизмом називають складні процеси формування магми в глибинних частинах земної кори або у верхній мантії (астеносфері), а також переміщення магми до земної поверхні. Залежно від того, вилилась магма на земну поверхню чи застигла на деякій глибині, магматизм поділяють на ефузивний або вулканізм та інтрузивний, відповідно. Найбільші прояви магматизму пов’язані з найрухливішими зонами земної кори – геосинкліналями.
Ефузивний магматизм. Вулкани. За формою та проявами вулканічні виверження є дуже різноманітними. Продукти вулканізма є похідними від магми. Під цим терміном розуміють розплав, який виникає в мантії або в межах земної кори при певних температурах і тисках. З хімічної точки зору – це силікатний розплав, характерною ознакою якого є вміст розчинених газів. Вкорінення магми в ослаблені зони земної кори з подальшим виливом її на поверхню через вулканічні апарати називають вулканізмом. Застигаючи та охолоджуючись лави утворюють вулканічні породи або вулканіти. Відміннність між лавою і магмою є очевидною. Проте нерідко буває, що визначити чи належав розплав до магми чи лави досить складно. В залежності від умов виверження та складу магми з кратера чи відкритої тріщини лава на поверхню виходить спокійно, в інших – бурхливо. У складі магматичного силікатного розплаву містяться розчинені гази, які можутіь досить спокійно відділятися в разі виходу на поверхню та зниженні тиску. Це явище подібне до виходу вуглекислого газу під час відкорковування пляшки з охолодженою газованою водою. У випадку іншого типу виверження гази виділяються раптово, з великими вибухами, а інколи й руйнуванням кратера. Між цими двома типами є поступові переходи. На умови виверження суттєво впливає склад магми, від якого залежить і її в’язкість. Розплави, перенасичені SiO2 (магми гранітоїдногшо складу), мають дуже високу в’язкість, як і рідкий кремнезем у чистому вигляді. Це пояснюють тим, що тут є головно полімеризовані групи [SiO4]. Природно, що виділення ґазів з розплавів низької в’язкості відбувається спокійно, як це характерно для базальтових лав.
У разі деяких спокійних вивержень базальтових лав вдалося визначити масові співвідношення газу та розплаву. Вміст газової фази становив від 0,5 до 1,0%. Проте відомі й інші дані. Наприклад, у кратері Нііраґонго (ЗахідноАфриканський рифт) є лавове “озеро” з температурою близько 1100°С. У
74
такому стані озеро перебуває упродоваж усього історичного періоду, тобто з часу його вивчення – а це понад сто років. Діяльність вулкана виявляється в безперервній його дегазації. Внаслідок цього лава постійно перемішується. Це свідчить про постійну дегазацію глибинного магматичного джерела, і співвідношення між рідкою та ґазовою фазою в цьому випадку визначити неможливо. Кількість тепла, яку віддає поверхня лавового озера, становить 1 ккал/с/см2, що приблизно у мільйон разів перевищує нормальний тепловий потік. Невідомо, як тепло переходить до поверхні Землі. Очевидно, це пов’язане з тепловою конвекцією у вулканічному каналі, чому значно сприяє рух газових бульбашок. Вода частково може бутимати атмосферного походження, однак вивчення ізотопного складу (дейтерій, співвідношення 18О/16О) свідчить, що чимала частина води гарячих джерел вулканічних зон метеорного походження.
Увулканічних гшазах наявна велика кількість різних металів, зокрема залізо, мідь, цинк, ртуть та багато інших.
Уразі ефузивного магматизму магма прориває всю земну кору і, виливаючись на поверхню, утворює вулкани. Вулканізм охоплює усі явища, що пов’язані з виходом магми на денну поверхню.
На великих глибинах магма перебуває під великим тиском, і всі газові та рідкі компоненти розчинені в магматичному розплаві. Під час піднімання на поверхню магма втрачає частину газів і рідини, проте головна дегазація відбувається в разі виливання на поверхню. Після цього магма набуває інших властивостей і значно змінює склад. Щоб виділити цю відмінність, поверхневу магму названо лаваою, сам процес виверження вулкана –
еруптивною діяльністью, а вулкани з підвідними еруптивними апаратами.
Вулканічні виверження залежно від складу магми та від географічних умов території, на яких виявляється вулканізм, мають різний вияв. В одних випадках виверження відбуваються спокійніп, і магма без великих вибухів виливається на поверхню (Ісландія, Гавайські острови), в інших – вони супроводжуються величезними вибухами, руйнуванням вулканічних апаратів, потужними газовими вибухами і витискуванням порівняно в’язкої лави. Деякі виверження відбуваються лише як грандіозні газові, унаслідок яких утворюються гігантські газово-пилові хмари, насичені краплями розпеченої магми. Експлозивні виверження бувають у вигляді палючих хмар. Уперше
таку хмару спостерігали під час виверження вулкана Мон-Пеле на острові Мартиніці 1902 р. це була величезна маса твердих вулканічних частинок високої температури, які ніби зависли в газі. Вирвавшись з кратера, вона завдяки високій середній щільності швидко пішла вниз по схилах вулкана. Під час руху кохана частинка виділяла газ, створюючи високу турбулентність потоку, через що навіть дуже важкі частинки не осідали, а продовжували рух у хмарі. Коли ж хмара перейшла у спокійний стан, то тверді частинки були ще настільки гарячі, що, осідаючи і стискуючись, вони ніби зварюювалися, утворюючи так звані ігнімбрити, або зварені (спечені) туфи – головний продукт кислого вулканізму, для яких характерний високий вміст кремнезему.
Термін ігнімбрит був введений у 1935 році новозеландським геологом Маршалом і утворений від латинських слів “ігніс” – вогонь та “німбус” – що означало в цілому породу вогняної хмари. Маршалом так були названі масивні вулканічні туфи, які в Новій Зеландії покривали гігантські площі, згідно з його уявленнями ці відклвди утворилися внаслідок “вогненної зливи” розпеченого вулканічного попелу і ляпіл. Проте на відміну від звичайного вулканічного попелу, який випадав на поверхню землі уже охолодженим, форміуючи шари сипкого матеріалу, ці осади інтенсивно спікалися, тобто в час свого утворення перебували ще в розпеченому пластичному стані. В загальному під поняттям ігнімбрит розуміють насичений газом вулканічний матеріал кислого складу.
Продукти виверження вулканів поділяють на рідкі, газоподібні та тверді.
75