Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 01 (8)

Вращение Земли представляет собой суточный сфероидальный колебательный процесс, в котором момент инерции и движения центров масс периодически меняют направление. Режим вращения Земли определяется угловой скоростью и изменением положения оси вращения. Он постоянно меняется под воздействием приливов и электромагнитных воздействий в Солнечной системе. Поэтому в геосферах, и особенно — литосфере, возникают напряжения и происходят процессы разномасштабного массо-переноса.

Вращающаяся Земля — автоколебательная система, ее собственные колебания порождают «всеземную» систему стоячих волн, каждая из которых представляет собой генератор и своеобразный камертон, готовый к резонансу. Эти колебания вызывают в литосфере напряжения «чистого сдвига» и всестороннего сжатия (или растяжения). Впервые то, что такие колебания возбуждаются сильными сейсмическими событиями, было обнаружено при анализе Камчатского землетрясения 1952 года и подтверждено при анализе сейсмограмм Чилийского землетрясения 1960 года. Таким образом, появление дополнительных колебательных систем в недрах литосферы сопровождается интерференцией и, при совпадении этих колебаний с одной из стоячих волн, явлением резонанса.

Литосферные колебанияявляются следствием взаимодействий литосферных плит и объемной деструкции литосферы. В концентрированном виде колебательные режимы литосферы представлены в глобальных поясах сейсмически активных окраин Океана (более 75 % выделяемой сейсмической энергии Земли) и гребневых зон срединных океанических хребтов (около 5 %). Ежегодная «интегральная сейсмическая энергия» в XX веке составляла порядка 25х10 17Дж.

Причины разрушения литосферы имеют глобальный характер и являются процессом приспособления планетарного вещества к длительным силовым воздействиям, таким как колебания оси вращения Земли, кориолисовы ускорения и приливные волны в твердой оболочке Земли.

Из области разрушения литосферных плит излучаются объемные и поверхностные сейсмические волны [3] Всего известно три типа сейсмических волн: 1. Волны сжатия (продольные, первичные Р-волны) — колебания частиц породы вдоль направления распространения волны. Они создают чередование участков сжатия и разрежения в породе. Наиболее быстрые и первыми регистрируются сейсмическими станциями 2. Волны сдвига (поперечные, вторичные, S-волны) — колебания частиц породы перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения в 1.7 раз меньше скорости первичных волн. 3. Поверхностные (длинные, L-волны) — вызывают наибольшие разрушения. . Наиболее интересны среди них поверхностные волны Релея (колебания перпендикулярно движению в вертикальной плоскости) и Лява («горизонтальные» колебания). Для поверхностных волн характерна сильная дисперсия скоростей, их интенсивность резко (экспоненциально) убывает с глубиной. Но поверхностные волны от сильных землетрясений «обегают» Землю несколько раз, соответственно многократно возбуждая колебания среды.

Общее число сейсмических событий в год с магнитудой от 2 до 8 достигает 10 6, суммарный расход сейсмической энергии определяется порядком 10 19Дж/год. Но на механическое разрушение породных масс, минеральные преобразования и тепловые эффекты трения в очаговых зонах ее расходуется примерно в 10 раз больше, чем на колебания земной поверхности. Энергия землетрясения с магнитудой порядка 4 составляет 3,6х10 17Дж, энергия землетрясения с М около 8,6 достигает 5х10 17Дж, энергия вулканического извержения 10 15- 10 17Дж, энергия ядерных и горно-эксплуатационных взрывов до 2,4х10 17Дж.

Примером сейсмогенного “удара” и колебательного последействия являются подземные ядерные взрывы в Неваде в конце 1968 г. Сила взрывного удара здесь достигала 1 Мт; на поверхности вокруг проекции точки взрыва (r = 450 м) наблюдалась интенсивная множественная механическая деформация породных масс; смещения по ранее известным разрывам были установлены в радиусе более 5,5 км; колебательное последействие только афтершокового характера (10 тыс. толчков с М=1,3.. 4,2) [4] Послеударное (“афтершоковое”) колебательное последействие характерно только для метеоритных явлений, атомных взрывов и других техногенных явлений ударно-волнового воздействия на земную кору, при естественном литосферном сейсмогенном процессе оно не наблюдается. Афтершоковые колебания могут служить индикатором применения тектонического оружия. продолжалось несколько месяцев. В кратере от ядерного взрыва начальное ударное давление достигает 10 8МПа, а температура за фронтом ударной волны — порядка 10х10 6градусов. При таких параметрах физические процессы и химические реакции протекают за наносекунды (10 -9с).