Викулин А.В. Физика Земли и геодинамика

Подождите немного. Документ загружается.

Lg L

[км] (

0.3) = (0.7

0.3)·LgV

[мм/год] + (2.9

0.5). (11.53)

При этом отклонение представленных столбцами 6 и 7 табл. 11.12 данных от средней

зависимости (11.53) не превышает ее дисперсии. В-четвертых, статистически значимая

зависимость

LgL(LgV) только для «субдукционных» (С) данных (N = 32, табл. 11.9, 11.10,

11.13) не выявляется (рис. 11.15в). Определение всех зависимостей

LgL(LgV),

представленных на рис. 11.15 и в табл. 11.14, проводилось методом наименьших

квадратов.

Проведенный анализ данных о протяженностях рифтинг-спрединговых зон и

скоростях движения границ плит в их пределах указывает на существование двух

механизмов с характерными временами около 150 (144-163)

млн лет для (11.52) и

примерно 20 (5-33)

млн лет для (11.53).

Таблица 11.9. Значения скоростей субдукции [Кукал, 1987, с. 41].

п.

Область

Пододвигание литосферных плит

Длина

зоны,

L, км

Скорость

субдукции,

V, мм/год

1 Курилы, Камчатка,

Хонсю

Тихоокеанская под Евразийскую 2800 75

2 О-ва Тонга и

Кермадек, Новая

Зеландия

Тихоокеанская под Индийскую 3000 82

3 Центральная Америка

и Мексика

Кокос под Северо-Американскую 2800 95

4 Алеутские о-ва Тихоокеанская под Северо-

Американскую

3800 35

5 Ява, Суматра, Бирма Индийская под Евразийскую 5700 67

6 Южные Сандвичевы

о-ва

Южно-Американская под Скоша 650 19

7 Карибское море Южно-Американская под

Карибскую

1350 5

8 Эгейское море Африканская под Европейскую 1550 27

9 Соломоновы о-ва,

Новые Гибриды

Индийская под Тихоокеанскую 2750 87

10 О-ва Бонин и

Марианские

Тихоокеанская под Филиппинскую 4450 12

11 Иран Аравийская под Евразийскую 2250 45

12 Индия Индийская под Евразийскую (2700) 55

Примечание. Значение в скобках – определение длины зоны, принятое в расчетах авторами

[Тверитинова, Викулин, 2005].

Отметим, что корреляционная зависимость

LgL ≈ LgV, близкая соотношению

(11.53), была получена в работах [Айзекс, Оливер, Сайкс, 1974; Жарков, 1983; Морган,

1974] для процессов как спрединга, так и субдукции. Форма («вытянутость») и

минимаксные значения «субдукционной» (рис. 11.15в) и «рифтинг-спрединговой» (рис.

11.15б) областей расположения исходных точек являются близкими. Отличаются эти

области разными плотностями точек:

РС-данные распределены по всей области

достаточно равномерно, в то время как

С-данные с большей плотностью сосредоточены в

области предельно больших значений протяженностей зон. Представляется, что участки

зон субдукции малой (1000 - 2000

км и менее) протяженности исследованы недостаточно

полно, в результате чего для них имеет место искусственный «дефицит» данных. Другими

словами, проведенный в настоящей работе анализ и данные, полученные другими

331

исследователями, на наш взгляд, показывают, что выявленные в работе два механизма

являются характерными для тектонического процесса вообще, включая и процесс

субдукции.

Таблица 11.10. Параметры зон субдукции по данным работ [Гатинский, Рундквист,

Владова и др., 2000; Тверитинова, Викулин, 2005].

№№

п.п.

Зона

субдукции

Длина ост-

ровной дуги над

зоной

субдукции,

L, км

Скорость

субдукции

V, см/год

Возраст коры

пог-

ружающейся

плиты / номера

линейных

магнитных

анома-лий в ней

– Т

млн. лет тому

1 Восточно-

Алеутская

1625 5.8-6.4 палеоцен -

эоцен / 18-24

54 – 43 = 11

2 Западно-

Алеутская

1000 7.7 палеоцен -

эоцен / 20-26

59 – 45 = 14

3 Северо-

Курильско-

Камчатская

1125 8.3 ранний -

поздний мел /

30-M0

119 – 67 = 52

4 Южно-

Курильская

950 9.5 ранний мел /

М1-М5

128 – 123 = 5

5 Японская

(северная часть)

1700 9.5-10.3 ранний мел /

М5-М16

145 – 128 = 13

6 Японская

(южная часть)

875 6.2 палеоцен -

средний миоцен

/ 6-22

51 – 20 = 31

7 Рюкю 1100 5.2-6.5 палеоцен -

эоцен / 18-21

49 – 43 = 6

8 Филиппинская

( южная часть)

1000 7.0-9.3 палеоцен -

эоцен / 18-22

51 – 43 = 8

9 Идзу-Бонинская 1380 4.7-7.7 поздняя юра –

ран-ний мел /

М5-М21

154 – 128 = 26

10 Марианская 3000 3.1-3.8 поздняя юра /

М21-М32

169 – 154 = 15

11 Западно-

Зондская

3000 6.0-6.7 эоцен - ранний

мел / 20- М4

128 – 45 = 83

12 Восточно-

Зондская

2250 7.6-8.0 поздняя юра /

М16-М26

163 – 145 = 18

13 Новая Британия

и Соломоновы

о-ва

2400 10.3 палеоцен -

плиоцен / 2-26

59 – 2 = 57

14 Новые Гебриды 2000 8.5 эоцен - средний

миоцен / 9-23

53 – 30 = 23

15 Тонга -

Кермадек

3250 5.5-9.3 поздняя юра –

ран-ний мел /

М0-М16

145 – 119 = 26

16 Анды 9000 7.4-15.4 эоцен - средний

миоцен / 5-22

51 – 10 = 41

17 Центральная

Америка и

Мексика

3125 6 средний миоцен

- четвертичный /

1-6

20 – 1 = 19

Примечание. Данные в последнем столбце (временные интервалы Т

-Т

и их продолжительности

) определены авторами статьи [Гатинский, Рундквист, Владова и др., 2000] по приведенным в

таблице номерам магнитных аномалий в соответствии с данными работ [Харленд, Кокс,

Ллевеллин и др.,1985; Хейцлер, Диксон, Херрон и др., 1974]

332

Таблица 11.11 Скорости раскрытия современных океанов, определенные по

«Тектонической карте мира» масштаба 1:45.000.000 [Тверитинова, Викулин, 2005].

Протяжен-

ность зоны,

L, км

Ширина зон

проявления

процесса,

H, км

Возраст

зоны,

Т,

млн лет

Скорость,V

= H /T,

мм/год

Регион

∼15000

18000 160 112.5 Тихий океан

∼11000

6000-8000 144 40-55 Индийский океан

∼11000

6300 144 44 Атлантический океан,

Центральный сегмент

∼7000

5400 163 33 Атлантический океан,

Южный сегмент

(18000) (5400- 6300) (144) 163) (33- 44) Атлантический океан

Примечание. Данные для всего Атлантического океана в расчетах нами не учитывались.

Таблица 11.12. Длина L , км, ширина раскрытия (минимальная и максимальная) H, км,

возраста и значения скоростей V, мм/год рифтовых зон Земли, определенные Т.Ю. Тверитиновой

по тектонической карте мира масштаба 1:45.000.000 [Твиритинова, Викулин, 2005].

Возраст спрединга, T

- T

, млн. лет

Рифтовая система

-Q

(5-0)=5

-N

(38-5)=33

1-2

(65-38)=27

(98-65)=33

(144-98) = 46

(163-44)= 19

1 2 3 4 5 6 7

Срединно-

Атланти-

ческая

18000

180-360

36-72

18000

540-1440

16-44

18000

540-1260

20-47

16000

1350-2700

41-82

13500

720-1440

16-31

3800

720-1260

38-66

Срединно-

Индооке-

анская

11000

180-1080

36-260

11000

180-1620

5-19

11000

180-1800

7-70

9000

450-1800

14-55

−

Восточно-

Тихооке-

анская

14400

450-1800

90-360

14400

1800-4500

50-136

14400

2250-3150

83-117

14400

2250-4590

68-139

14400

2700-5400

59-117

5400

> 5400

> 284

Западно-

Тихооке-

анская

5000

180-270

36-52

−

5000

180-360

7-13

3150

1350-1800

41-55

−

Северн.

Ледовитого

океана

1800

180-450

36-90

1800

180-450

5-14

1800

360-720

13-27

−

Байкаль-ская L

900

45-90

9-18

− − − − −

Красно-

морская

4000

45-135

9-27

3150

180-270

5-8

−

Примечания. Возраста спрединга определялись по [Харленд, Кокс, Ллевеллин и др., 1985];

ширина раскрытия зоны определялась по минимальному и максимальному замеру ширины зоны

поперечно к направлению рифтовой зоны; длина зоны определялась по длине зоны с

соответствующим временным интервалом; если вдоль зоны фиксируется спрединг разных

временных интервалов, то длина зоны с какого-то

момента остается постоянной.

Для определения тектонической энергии движущейся плиты будем полагать, что ее

кинетическая энергия равна

mVE = , где – масса плиты,

- ее объемная (α =

3), площадная (

α = 2) или линейная (α = 1) . Тогда, дифференцируя выражение

для энергии, заменяя в полученном уравнении

dL через dV,

определяемое из соотношений

Lm ≈

плотность

дифференциальном

LgVLgL

≈

, и интегрируя полученное соотношение, для

333

величины энергии движущейся со скоростью

V плиты протяженностью L, получим

выражение

или

, (11.54)

где

β ≈ 0.45±0.13 для механизма, описываемого соотношением (11.52), и β ≈ 0.7±0.3 для -

(11.53);

)2(

)/(/

αβ

= VVEE

)2(

αβ

≈ VE

000

VLE

= , L

и V

– энергия, протяженность плиты и скорость движения ее

границы в момент начала процесса.

Таблица 11.13. Скорости спрединга, рассчитанные Т.Ю. Тверитиновой по данным работ

[Ле Пишон, 1974; Хейцлер, Диксон, Херрон и др., 1974].

Океан Протяженность зоны, L,

км

n V, мм/год

Тихий 13600 12 40 ± 12

Атлантический 12400 10 17 ± 14

Индийский 9100 7 18 ± 7

Примечание: n – число экспериментальных определений скоростей субдукции для каждой

из зон, V – средние значения скоростей субдукции, принимаемые нами в расчетах, и

среднеквадратичные отклонения.

Таблица 11.14 Параметры зависимостей LgL(LgV), характеризующих протяженности зон

как функции скоростей рифтинга и спрединга для разных геологических отрезков времени

[Тверитинова, Викулин, 2005].

п.

Число

данных, N

Временной

интервал

- Т

млн. лет

Продолжи-

тельность

интервала,

млн. лет

LgL (±s

) = (a±s

)·LgV + (b±s

L, км, V, мм/год

1 7 5 – 0 5 LgL (±0.38) = (0.8±0.4)·LgV + (2.4±0.6)

2 5 65 – 38 27 LgL (±0.37) = (0.7±0.4)·LgV + (2.9±0.8)

3 9 38 – 5;

98 – 65

33 LgL (±0.31) = (0.6±0.2)·LgV + (3.1±0.4)

Всего: 21 Средние, n = 3:

0.3±0.1 0.7±0.3 2.9±0.5

Примечание. Исходные данные представлены табл. 11.12.

Из соотношений (11.52), (11.53), (11.54) видно, что зависимости для энергий плит

от величин их скоростей движения для каждого из механизмов существенно различаются.

Действительно, в «предельных» случаях, для механизмов (11.53), когда

max

≈ 1 при α

max

≈

2.5 (2 <

α < 3, например, при малых временах имеем зарождение плиты), и (11.52), когда

min

≈ 0.3 при α

min

≈ 1 (например, при больших временах размер плиты увеличивается

практически в одном направлении), соответственно получаем:

, (11.55)

(11.56)

Тектонические волны. Существование тектонических волн не вызывает сомнений,

проблематичной является их природа [Быков, 2005]. В настоящее время отсутствует

≈ VE

≈ VE .

334

общепринятое определение понятия «тектоническая волна». Поэтому чтобы не вводить

новый термин везде ниже под тектоническими волнами будем понимать такие

геодинамические возмущения, которые соответствуют движению совокупности

тектонических плит Земли.

2,5

3,5

4,5

0123

Lg V [ мм/год ]

Lg L [км ]

2,5

3,5

4,5

0123

Lg V [мм/год]

Lg L [км]

2,5

3,5

4,5

0123

Lg V [мм / год ]

Lg L [км]

Рис. 11.15. Данные, характеризующие зависимость LgL(LgV) между протяженностями плит L и

скоростями их движения V по [Тверитинова, Викулин, 2005]. а – скорости субдукции, рифтинга и

спрединга (N=61); б – скорость рифтинга и спрединга (N=29); в – скорости субдукции (N=32).

Можно видеть, что полученные выше тектонические соотношения (11.52) и (11.53)

и/или (11.55) и (11.56) являются близкими аналогичным сейсмическим соотношениям

(11.6.2) и (11.4.2) и/или (11.6.1) и (11.4.1), т.к. соответствующие коэффициенты и

показатели степеней оказались равными друг другу. Отмеченное совпадение не случайно и

достаточно хорошо согласуется с представлениями описанной выше ротационно-упругой

335

модели геофизической среды.

Во-первых, данные по движению плит, фактически, могут рассматриваться в

качестве независимого подтверждения гипотезы о собственном моменте силы блока

геофизической среды. Действительно, в работе [Жарков, 1983], на основании данных [Ле

Пишон, 1974; Морган, 1974; Forsyth, Uyeda, 1975], сформулирован важный вывод о

движении плит: «скорости плит коррелируются с величиной среднего полярного

расстояния плиты». При этом В.Н. Жарков

[1983] отмечает, «что движение

литосферы…

увлекает за счет сил вязкого трения подстилающую ее астеносферу» (курсив

А.В.) - т.е. движение литосферы никак не зависит от движений в нижележащей

астеносфере. В рамках таких геофизических представлений все приведенные выше

инструментальные, наблюдательные и теоретические геофизические и геологические

данные о вращательном движении плит имеют вполне определенный тектонический

смысл. А именно,

они, фактически, могут рассматриваться как такие данные, которые в

соответствии с (11.53) и (11.53) определяют механизмы, обеспечивающие вращательное

движение плит, независимое от движений в мантии. Другими словами, такие вращающие

плиты механизмы, как и механизмы, вращающие блоки в описанной выше ротационно-

упругой модели, обеспечиваются за счет «собственных» источников, независимых от

дрейфа материков и, следовательно

, от перемещений вдоль разделяющих их разломов.

Во-вторых, из самых общих соображений ясно, что между реальными блоками и

плитами не должно быть физически существенной разницы. Различие между такими

структурами, как блоки и плиты - чисто математические: пока не удалось получить

аналитического решения задачи о поле напряжений вокруг тонкой плиты на поверхности

вращающегося шара, аналогичное решению задачи для блока безграничной вращающейся

среды (11.23.1) – (11.23.4). Представляется, что поле напряжений, создаваемое

взаимодействующими плитами, должно описываться существенно нелинейным

уравнением, типа СГ уравнения (11.35), и, следовательно, качественно иметь решение в

виде тектонических (т.е. описывающих движение плит) волн – солитонов (11.56), (11.53) и

экситонов (11.55), (11.52), с характерной ротационно-упругой скоростью (11.41), (11.42).

Сейсмичность, вулканизм и тектоника как составные части

волнового геодинамического процесса

Выше в этой главе были проанализированы свойства сейсмического и

вулканического процессов, протекающих в пределах окраины Тихого океана, и

тектонического процесса - как движение совокупности плит планеты. Для каждого из

процессов в отдельности были установлены определенные волновые (пространственно-

временные) и энергетические закономерности. Показано, что волновые движения,

соответствующие каждому из сейсмического, вулканического и тектонического

процессов,

имеют такие общие ротационно-упругие закономерности, которые указывают на наличие

единого геодинамического источника, связанного с вращением Земли.

Циркулярная поляризация ротацонно-упругих волн. Существование в земной коре

геодинамических волн крутильной поляризации вытекает из следующих данных [Викулин,

2008в].

- Часто при землетрясениях во многих регионах мира наблюдались повороты

памятников, повороты отдельных частей зданий друг относительно друга, отколы угловых

частей зданий, большие деформации стен и перекрытий от кручения.

- Инструментальными измерениями в различных геофизических полях и

геологическими данными установлены повороты блоков земной коры, микроплит и

значительных по протяженности плит и платформ. Многочисленные примеры таких

движений приведены выше.

336

- Из очагов достаточно сильных землетрясений визуально отмечено

распространение вдоль поверхности Земли видимых «горбов» или «земляных волн», по

сути, гравитационных сейсмических волн, и такие колебания теоретически объяснены и

инструментально зарегистрированы.

В рамках ротационно-упругой волновой модели, описанной выше, показано, что

достаточно сильное землетрясение является результатом взаимодействия блока земной

коры – очага

землетрясения, с волной тектонической природы круговой поляризации, по

сути – спиновой волной. Согласно построенной теории [Викулин, 2008б, в, Vikulin, 2006]:

- в течение форшоковой стадии происходит разворот поля упругих напряжений

вокруг неподвижного блока земной коры до предельного (критического) значения

что, в принципе, может являться доказательством отсутствия в ряде случаев статистически

значимого форшокового процесса;

- сам главный толчок и его достаточно сильные афтершоки представляют собой

результат «распада» тектонической спиновой уединенной волны (солитона) на

дисклинацию (круговую дислокацию) и экситонные возмущения типа волн сейсмической

миграции землетрясений (решение II на рис. 11.2, соотношения (11.6), (11.7), (11.6.1),

(11.6.2), раздел

этой главы «Эффект Доплера»);

- сейсмический момент по самой своей сути приобретает естественное обоснование

в рамках теории круговых (винтовых) дислокаций.

Как показано выше, волновые процессы, связанные с сейсмичностью, имеют общие

свойства как с вулканическим процессом в пределах островных дуг и континентальных

окраин, так и с тектоническим процессом – движением совокупности плит Земли

. При

этом механизм «собственного» вращения тектонических плит, в свете проведенных

геофизических исследований микроплит Пасха и Хуан-Фернандос [Международный,

2003], оказался почти очевидным. Миграция сильных вулканических извержений вдоль

окраины Тихого океана происходит аналогично миграции сильных землетрясений и в

периоды региональных катастроф сейсмичность и вулканизм «согласованы» между собой

[Мелекесцев и др., 2005, . 562].

Таким

образом, можно принять, что и геодинамические волны, «управляющие»

сейсмическим, вулканическим, тектоническим и другими геофизическими и

геологическими процессами Земли, имеют циркулярную поляризацию. Следовательно,

геодинамика – наука о геофизических и геологических процессах Земли, по сути своей,

является ротационной. «Механическая» составляющая волновой геодинамики подробно

будет рассмотрена ниже в главе 13 в разделе «Фигура равновесия вращающихся тел

Задача Дирихле».

В связи с такими подходами необходимо будет в дальнейшем пересмотреть

некоторые основы нашего подхода к проблемам геодинамики и физики Земли [Викулин,

2003, 2004, 2008в].

Ротации и Глобальная тектоника. 1. Следует отметить, что в работах [Ле Пишон,

1974; Морган, 1974; Новая…, 1974; Forsyth, Uyeda, 1975] поиск корреляций между

скоростями движения границ плит и другими их параметрами проводился в полном

соответствии с принципами механики движения жестких плит вдоль сферической

поверхности. Однако такое рассмотрение происходило без учета вращения планеты.

Поэтому, несмотря на абсолютно правильную с механической точки зрения

формулировку

целей исследования: «Обладает ли тектонический механизм достаточной для движения

плит энергией?», «Может ли предлагаемый теоретический механизм вызвать фиксируемые

в зонах спрединга и субдукции движения плит?» [Forsyth, Uyeda, 1975], игнорирование

эффектов, связанных с вращением Земли, привело к «пропуску» нелинейных

сейсмотектонических решений ротационного типа (11.56) - (11.55) или (11.52) - (11.53). И,

как следствие, в рамках Новой глобальной тектоники [Новая…, 1974]

потребовалось

отвечать на вопросы типа [Айзекс, Оливер, Сайкс, 1974]: «Подтверждают ли данные

сейсмологии концепцию новой глобальной тектоники?» и «Позволяет ли новая глобальная

342 ±

337

тектоника по-новому подойти к проблемам сейсмологии?» - ответы на которые, вообще

говоря, были заранее очевидны. Надо отметить, что не на все из таких вопросов к

настоящему времени получены убедительные ответы. Например, «структурные и

кинематические решения, предлагаемые плейттектоникой, во многих случаях

малообоснованны» [Пущаровский, 2005]. Более того, становится все более очевидной

несостоятельность Новой

глобальной тектоники как всеобъемлющей геодинамической

концепции [Спорные…, 2002]. И, тем не менее, плейттектоническая концепция своей

наглядностью, тесной причастностью ко многим научным дисциплинам и, по-видимому,

главным – своим «мобилистическим началом» [Пущаровский, 2005], уже сыграла, и еще в

течение долгого времени будет продолжать играть важную роль в науках о Земле, так как

является «популярной

до предела» [Пущаровский, 2005].

2. Движение плит и сейсмичность (и вулканизм) – как гром и молния (и дождь), по

своей сути – есть разные проявления одного и того же геодинамического процесса. В

рамках Новой глобальной тектоники представляется очевидным, что движение плит и

тектоника (молния) – «первичны», а землетрясения и сейсмология (гром) – «вторичны». В

рамках же

геодинамического процесса, опирающегося на представления о нелинейных

свойствах вращающейся геофизической среды, вопрос о «первичности» и «вторичности»

в такой постановке, вообще говоря, не имеет смысла: они все генерируются единым

источником, напрямую связанным с вращением Земли вокруг своей оси. Действительно, и

ранее [Викулин, 2003], и выше показано, что и тектонические плиты, и сейсмофакальные

блоки

на вращающейся планете движутся в условиях самосогласованного упругого поля,

волновые свойства которого являются ротационно обусловленными. В соответствии с

теоремой Эйлера таким движениям должны соответствовать вполне определенные

трансляционные перемещения блоков – землетрясения, сейсмический процесс и плит -

тектонический процесс, наблюдаемые на поверхности Земли. Другими словами,

«первичным», по сути, является сам геодинамический процесс, волновая

(самоорганизующая) природа которого в условиях ротации планеты обеспечивается

наличием собственных моментов у слагающих геологическую среду образований. В таком

случае становится понятным, почему согласно [Бондарчук, 1970, с. 57], «тектоническое

(по сути – геодинамическое – А.В.) движение есть производная форма вращательного

движения».

3. В последнее время наблюдается резкое повышение интереса к проблеме

вихревых структур и

их взаимосвязи с ротацией планеты. «Весьма показательным в этом

смысле можно назвать XXXV Тектоническое совещание 2002 года [Тектоника…, 2002],

каждый седьмой доклад которого в той или иной мере касался теоретических,

планетарных или региональных проблем ротогенеза. Несколько докладов на этом

совещании были посвящены результатам изучения влияния ротационного режима Земли

на новейшую и современную геодинамику.

Отдельные публикации, появившиеся в

последние годы, подтверждают перспективность и плодотворность таких исследований,

вносящих существенный вклад в познание геотектоники и геодинамики и зачастую

приводящих к весьма неожиданным результатам. Огромный фактический материал,

накопленный к настоящему времени по обсуждаемой проблеме, вероятно, заслуживает

того, чтобы комплекс структур, обязанных своим происхождением ротационному

фактору, стал рассматриваться в

рамках специально выделенной ротационной тектоники»

[Полетаев, 2005].

Более того, согласно [Наливкин, 1969, с. 91], «размеры сил, вызывающих движение

в литосфере … совершенно исключительны. Не меньше они и в гидросфере и, конечно, в

литосфере. Они должны вызывать изменения и в твердой среде. Отрицать существование

этих изменений бесполезно и даже вредно». Мы уже начинаем осознавать

преобладающую

роль циклонических процессов в атмосфере [Наливкин, 1969; Сидоров,

2002б] и гидросфере [Бреховских, Иванов, Кошляков, 1971; Крамарева, 2002] Земли и их

тесную связь с вращением планеты [Иванчин, 2004; Сидоров, 2002а]. Этот, по сути,

338

«непрерывный» ряд явлений хорошо дополняют существенно большие по масштабу и

интенсивности циклонические явления в атмосферах быстро вращающихся Юпитера,

Сатурна и, по-видимому, Нептуна и отсутствие данных о таких явлениях в атмосфере

практически не вращающейся вокруг своей оси Венеры. Юпитер и Сатурн, к тому же,

имеют гигантские по масштабу и

массе (вращающиеся) спутниковые системы.

На существование тесной взаимосвязи между движениями в литосфере, гидросфере

и атмосфере Земли указывают и такие данные. С одной стороны, нутация планеты, ее

амплитуда и частота связаны с сейсмотектоническим процессом [Викулин, Кролевец,

2001], с другой – периоды многолетних возмущений в системе океан – атмосфера кратны

периодам Чандлера [Сидоров, 2002б, с

. 278]. Эти данные подтверждают

сформулированный многими исследователями вывод о том, что литосфера (тектоносфера)

– гидросфера – атмосфера представляют собой единую нелинейную систему, движение

которой определяется вращательными движениями планеты. Как видим, «комплекс

структур, обязанных своим происхождением ротационному фактору» [Полетаев, 2005],

необходимо рассматривать, в том числе и с более общих позиций - ротационной физики

Земли [Викулин, 2004, 2008а

, б].

4. В самое последнее время появились данные о невозможности существования

упруго-вязких волн, распространяющихся вдоль литосферного разлома [Антонов,

Кондратьев, 2008]. Такие волны описываются в широко известных моделях В.Г. Быкова,

В.Н. Николаевского, В. Эльзассера и др. [Быков, 2000, 2005; Лобковский, Баранов, 1984;

Маламуд, Николаевский, 1989; Николаевский, 1995, 1996, 2008; Bykov, 2008]. В

складывающейся ситуации описанный выше ротационно-упругий механизм

допускающий существование собственных моментов у геофизических блоков и

геологических плит, становится, пожалуй, единственным механизмом, способным

объяснить природу уединенных тектонических волн: иначе возникают большие трудности

с получением сильно нелинейного уравнения движения, типа уравнения синус-Гордона.

Что же такое землетрясение и его очаг? 1. Дальнодействующий характер

взаимодействия блоков земной коры и расположенных в их пределах очагов

землетрясений между собой, волновая миграция очагов землетрясений, явление парности

землетрясений, эффекты землетрясений-дуплетов и мультиплетов с очевидностью

показывают, что землетрясения и выделение упругих энергий в их очагах является

составной и неотъемлемой частью непрерывно протекающего на планете сейсмического

процесса,

который сопровождается постоянно изменяющимся планетарным

геодинамическим полем. Возникают вполне закономерные вопросы: «Так что же такое

(отдельно взятое) землетрясение? Какая часть планетарной геодинамической энергии

выделяется в его очаге и что же, по сути, он собой представляет?».

Впервые такой вопрос о землетрясении автору этой книги был задан в 1984 г. во

время его

доклада «О новом методе решения геофизических задач» на конференции

«Прогноз сейсмической опасности на Дальнем Востоке» в Южно-Сахалинске [Викулин,

1984а]. В этом своем выступлении автор излагал один из своих первых вариантов

построения модели сейсмического процесса, представляющего собой совокупность

землетрясений тихоокеанского сейсмического пояса, рассматриваемую в «трехмерном»

представлении: пространство - время - энергия.

И вопрос: «Так что же в таком случае, на

ваш взгляд, представляет собою землетрясение!», как-то сам собой естественным образом

«всплыл» и был задан автору в ходе возникшей дискуссии по докладу.

В 1984 г. обсуждение таких вопросов казалось абсурдным и лишенным всякого

физического смысла, так как физика очага землетрясения, основанная на

«близкодействующих», по сути, локальных принципах Ф. Рейда, казалась уже почти

установленной. Теперь, когда вопросы о «дальнодействии» упругих полей вокруг очагов

(миграция, удаленные форшоки и афтершоки, пары землетрясений и землетрясения-

дуплеты и др.) постепенно начинают выходить на первый план (глава 11), становится

ясным, что такого рода вопросы вполне обоснованы и требуют

ответа. Так какая же часть

339

планетарного геодинамического (сейсмический «плюс» вулканический «плюс»

тектонический) процесса может быть отождествлена с конкретным землетрясением и что

такое его очаг? Ясно, что такого же рода вопросы могут быть сформулированы и

относительно вулканических извержений и питающих их магматических очагов и

относительно «самостоятельности» тектонического процесса в том или ином конкретном

регионе планеты.

Ответ автора на той южно-сахалинской конференции на поставленный вопрос,

данный им в рамках аналогии: очаги землетрясений в Земле подобны различным

дислокационным структурам в твердом теле, упруго взаимодействующим между собой –

не только не убедил аудиторию, но был расценен как некая экстравагантная и

вызывающая выходка докладчика. И это несмотря на то, что

эффект дальнодействия

дислокаций в физике твердого тела в то время уже достаточно хорошо был известен и

исследован [Викулин, Иванчин, 2002]. Действительно, при колоссальной плотности

дислокаций (~ 10

см

-2

) «эффективный» радиус действия самосогласованного упругого

поля, создаваемого дислокациями в объеме твердого тела ~ 1

см

, по размерам «может

превышать футбольное поле» [Лихачев, Волков, Шудегов, 1986, с. 3].

2. Энергия является физической величиной, поэтому определение ее величины

является принципиальным моментом любой теории и модели. Первый способ модельного

определения А.В. Викулиным энергии сейсмического процесса был основан на

геометрически прозрачном циклическом свойстве сейсмичности – на свойстве

непересечения очагов сильнейших землетрясений в

течение сейсмического цикла

[Федотов, 1965, 1968]. В рамках таких представлений удалось показать, что, в принципе,

оказывается возможным определить понятия и кинетической и потенциальной энергии

сейсмического процесса [Викулин, Викулина, 1989].

В рамках ротационной модели сейсмотектонического процесса, протекающего в

пределах протяженного пояса и описываемого сильно нелинейным уравнением типа

уравнения синус-Гордона (СГ), появление представлений

о сейсмотектонической

потенциальной и кинетической энергии, с точки зрения механики достаточно очевидно.

Действительно, одномерное уравнение СГ, как известно, относится к классу

интегрируемых уравнений, для которых в явном виде существует и функция Лагранжа и

интегралы (законы) сохранения. Тогда из теоремы вириала, связывающей между собой

потенциальную и кинетическую энергии механической системы, полагая, что

потенциальной энергией является энергия взаимодействия блоков (и плит)

, для

величины кинетической геодинамической энергии

int

получаем [Викулин, 2003а]:

EE 2

int

. (11.57)

Кинетическая энергия

Е, очевидно, представляет собой сумму всех энергий,

характеризующих движения (перемещения) вещества Земли, которые имели место после

того или иного геодинамического явления. К их числу относятся активизация вулканов,

связанная с перемещением магмы на глубине и продуктов извержения на поверхности

Земли, движения тектонических плит и перемещения блоков, которые, в том числе,

сопровождаются упругими

и криповыми волнами, собственными колебаниями планеты и

другие.

Сейсмический и вулканический процессы часто протекают без видимой

взаимосвязи; взаимосвязь между этим процессами достаточно отчетливо начинает

проявляться в случае наиболее сильных землетрясений и катастрофических извержений

вулканов, как правило, в периоды региональных катастроф [Мелекесцев и др., 2005].

Наиболее сильные вулканические землетрясения имеют магнитуды не

более

и их очаги «территориально» достаточно отчетливо отделены от

очагов тектонических землетрясений. Интенсивные собственные колебания планеты

max,

≤

volc

340