Возможность описания сейсмического процесса в рамках волновой модели позволяет дать объяснение дугообразной форме цепочек островов вдоль окраины Тихого океана и получить ответ на вопрос: «Когда начался такой (волновой) сейсмический процесс?»
В системе координат с началом в центре Земли миграционная волна сейсмичности, распространяющаяся вдоль достаточно гладкой и замкнутой линии на ее поверхности, может быть описана в рамках простой модели двух колебательных процессов, протекающих во взаимно перпендикулярных плоскостях. В такой модели аналогом грузика в подвешенных к центру Земли маятниках является очаг сильнейшего землетрясения, и его «перемещение» (миграция) вдоль тихоокеанского кольца должно быть суперпозицией двух колебательных движений. Поверхность Тихого океана составляет около одной трети всей поверхности Земли. Поэтому амплитуда колебаний таких маятников не будет малой и составит около половины его длины, то есть радиуса планеты. Как хорошо известно, движение маятника с такой большой амплитудой описывается уравнением СГ и, следовательно, модель маятников будет содержать в себе все основные свойства волновой модели, описываемой уравнением (3.1.1). Вследствие вращения Земли траектория движения грузика такого маятника из-за силы Кариолиса будет иметь вполне определенную форму.
Как известно (Стрелков, 1975), в принципе, возможны два типа движения модельного маятника на вращающемся диске. Первый - гипоциклоида, простирающаяся вдоль края диска, второй - архимедова спираль, проходящая через центр диска. Эти предельные типы движений друг относительно друга отличаются начальными условиями. В первом случае и вращение диска, и колебательный процесс с максимальной амплитудой в точке, расположенной на его краю, начинаются одновременно. Во втором - изначально диск вращается, а маятник из положения равновесия в его центре в некий (нулевой) момент выводится резким ударом.
Вращающийся диск с маятником может быть использован в качестве механической модели движущейся по поверхности Земли тихоокеанской плиты (диск), окраина которой - блоковая сейсмофокальная зона, представляющая собой совокупность мигрирующих очагов сильнейших землетрясений (грузик маятника). Как видим, Природой реализован первый вариант, согласно которому оба процесса - и современный режим вращения Земли, и высокая сейсмичность в пределах окраины Тихого океана - начались одновременно. Минимальный момент времени, когда такое движение началось, может быть определен из соотношения, с позиции тектоники плит достаточно прозрачного: t = Нmax/V×sina, где Нmax - максимальная глубина «проникновения» сейсмического процесса в результате поддвига тихоокеанской плиты, проходящего, согласно тектонике плит, со скоростью V = 1–5 см/год под углом a.
Согласно имеющимся данным (Гусев, Шумилина, 1976; Карта сейсмичности..., 1976; Федотов, Багдасарова, Кузин, Тараканов, 1969), для Курило-Камчатской островной дуги, являющейся вполне типичным звеном тихоокеанской сейсмофокальной зоны, значения параметров можно принять равными: a » 450, Нmax » 700 км. Откуда получаем, что современный режим вращения планеты и соответствующий ему высокий уровень сейсмичности начались не ранее t ~ 50 млн. лет тому назад.
Таким образом, проведенный анализ показывает, что геометрическая форма островных дуг и континентальных окраин, как и волновой характер сейсмического процесса в пределах окраины Тихого океана, оказывается тесно взаимосвязанными с режимом вращения планеты. Более того, проведенные оценки позволяют предположить, что современная сейсмичность в пределах окраины Тихого океана могла возникнуть, например, вследствие геологической катастрофы, происшедшей примерно 50 млн. лет назад, в результате которой, во-первых, имело место изменение величины угловой скорости вращения планеты, и, во-вторых, были созданы условия для возникновения зон спрединга.
Сейсмичность и вулканизм, рассматриваемые как процессы планетарного масштаба, вне всякого сомнения, не просто взаимосвязаны. Действительно, подавляющая часть всех землетрясений планеты, в том числе все самые сильные из них, происходят в пределах так называемых сейсмических поясов, опоясывающих планету. Вблизи этих поясов расположены и самые активные вулканы планеты. При этом, как отмечалось многими исследователями (Абдурахманов, Федорченко, 1976; Широков, 1978; Gresta, Marzocchi, Mulargia, 1994), для разных регионов имеет место корреляция между извержениями вулканов и временами сильных землетрясений с гипоцентрами, расположенными в пределах сейсмических поясов. Эти данные указывают на то, что причины, приводящие к накоплению сбрасываемых при землетрясениях напряжений и к движению изливающейся при извержениях вулканов магмы, имеют общие генетические корни. Или, учитывая планетарный масштаб рассматриваемых явлений, вероятно, один такой корень.
Следует отметить, что, по крайней мере, в течение последних нескольких десятков млн. лет, вероятно, большая часть как всей сейсмической энергии, более 80% (Рихтер, 1963), так и всего извергаемого вулканами материала (Гущенко, 1976), было выделено в пределах так называемого Тихоокеанского кольца, простирающегося вдоль окраины самого старого океана планеты. При этом, именно в пределах этого кольца происходят и практически все самые сильные сейсмические (Gutenberg, Richter, 1954; Duda, 1965; Rothe, 1969) и вулканические (Гущенко, 1979; Влодавец, 1939) события планеты.
В ХХ веке к числу таких извержений и сильнейших землетрясений можно отнести следующие события. 28.03.1907 г. на Камчатке произошел взрыв вулкана Ксудач, в результате которого на поверхность земли было выброшено около 3 км3 породы (Гущенко, 1979). За три года это извержение предварялось двумя-тремя сильнейшими землетрясениями, происшедшими 25.06.1904 г. у берегов Южной Камчатки с интервалом в несколько часов (Новый каталог..., 1975). 6.06.1912 г. на Аляске произошло извержение вулкана Катмай, в результате которого на поверхность земли было выброшено до 21 км3 вулканического материала (Гущенко, 1979). Как известно, именно в этом районе произошла одна из самых мощных серий сильнейших землетрясений с М > 8 на планете в ХХ веке: 1-10.09.1899 - четыре в заливе Якутат, и по одному 27.08.1904 на Аляске и 10.11.1938, 28.03.1964 у ее берегов, в буквальном смысле слова каждый раз раскачивающие всю планету (Gutenberg, Richter, 1954; Duda, 1965; Рихтер, 1963; Буллен, 1966).
Качественное объяснение существованию взаимосвязи между сейсмофокальными землетрясениями и извержениями вулканов в пределах огненного кольца дается тектоникой плит (Пишон, Франшто, Боннин, 1970) в рамках модели океанической плиты, погружающейся под окружающие ее материки. В этой модели выплавление поступающей («всплывающей») на поверхность земли магмы осуществляется в результате трения погружающейся океанической плиты о материковые плиты (Макдональд, 1975). В случае почти ортогонального поддвига, который имеет место, например, для Курило-Камчатской дуги, действительно, проекция корней действующих вулканов Камчатки приходится на ту часть сейсмофокальной зоны, в пределах которой сейсмическая активность резко (в несколько раз) уменьшается (Токарев, 1974; Федотов, Шумилина, Чернышева, 1987).
Однако такой механизм взаимосвязи между сейсмическим процессом в сейсмофокальной зоне и извержениями вулканов в пределах огненного кольца для всей тихоокеанской окраины нельзя считать универсальным. Действительно, с одной стороны, согласно теории тектоники плит, поддвиг под Алеутскую дугу должен быть почти «продольным». При этом под Северную Америку поддвига, как такового, не должно быть вовсе. С другой стороны, в соответствии с данными о строении сейсмофокальной зоны окраины Тихого океана (Федотов, Шумилина, Чернышева, 1987; Карта сейсмичности..., 1976; Тараканов, Ким, Сухомлинова, 1977; Федотов, Багдасарова, Кузин, Тараканов, 1969; Гусев, Шумилина, 1976) значения углов «погружения» тихоокеанской плиты под материки изменяются в больших пределах: от «нормальных», равных 400-500 для Курило-Камчатской, Японской и центральной части Алеутской островных дуг, до почти «ортогональных», равных 700-900 для побережий Северной, Центральной и Южной Америки.
Как видим, объяснение существования общих корней у сейсмического и вулканического процессов в пределах окраины Тихого океана с позиции теории тектоники плит далеко не очевидно. При этом логическая цепочка, объясняющая существование возможной взаимосвязи, получается достаточно длинной и на планетарном уровне не универсальной.
Тесная взаимосвязь вулканизма и плитовой тектоники (Горшков, 1974), вихревая природа вулканических структур (Ли Сы-Гуан, 1958; Мелекесцев, 1979), позволяют предположить, что, как и сейсмический, вулканический процесс окраины Тихого океана имеет волновую природу.
Поиску взаимосвязи между сейсмичностью и вулканизмом в пределах окраины Тихого океана и анализу такой взаимосвязи посвящено достаточно большое количество работ (Токарев, 1959, 1974; Влодавец, 1939; Горячев, 1962; Широков, 1978; Эрлих, 1973; Абдурахманов, Федорченко, 1976; Carr, Stoiber, 1974; Berg, Sutton, 1974), краткий обзор этих работ представлен в (Абдурахманов, Федорченко, 1976; Широков, 1978). В этих же работах приведена более обширная библиография по состоянию на конец 70-х гг. Из более поздних работ следует выделить (Gresta, Marzocchi, Mulergia, 1994).
Согласно (Абдурахманов, Федорченко, 1976; Широков, 1978), взаимосвязь между сейсмичностью и извержениями вулканов, вне всякого сомнения, существует. В одной из (первых) работ, посвященных установлению и обоснованию такой взаимосвязи на примере Курило-Камчатской дуги (Токарев, 1959) прямо говорится: имеющиеся данные наводят «... на мысль о том, что геоструктурная дуга возникла в результате какого-то единого тектонического процесса, охватившего дугу в целом».
Однако, как считают некоторые из исследователей, например (Горячев, 1962; Эрлих, 1973), прямых данных, которые бы «одновременно» указывали на существование взаимосвязи между сейсмичностью сейсмофокальной зоны и извержениями вулканов «огненного кольца» не существует. И тем не менее, для различных регионов окраины Тихого океана наличие такой взаимосвязи установлено: для Курило-Камчатских и Центрально-американских землетрясений с промежуточной глубиной очага (Токарев, 1959, 1974; Carr, Stoiber, 1974; Широков, 1978), для сильных и сильнейших землетрясений с нормальной глубиной очага в пределах Центральной Америки, Чили, Камчатки и северных Антильских островов (Berg, Sutton, 1974; Carr, 1977). Для о. Сицилия наличие такой взаимосвязи показывается в (Gresta, Marzocchi, Mulargia, 1994).
Приведенные данные показывают, что сейсмичность сейсмофокальной зоны и извержения вулканов «огненного кольца» в пределах окраины Тихого океана взаимосвязаны. Более того, из приведенных данных можно сделать вывод о том, что такая взаимосвязь имеет не локальный, а региональный характер в том смысле, что взаимосвязаны не конкретные землетрясения и извержения вулканов, а их совокупности, рассматриваемые в пределах региона.
Далее, вулканическая активность в пределах Центральной и Южной Америки (Berg, Sutton, 1974) и Аляски-Алеутских островов (Sauers, 1986), как и сейсмическая, имеет тенденцию мигрировать со скоростью (1-2)×103 км/год, значение которой, как видим, соответствует экситонной ветви (раздел 2.3). При этом, аляскинские и алеутские вулканы являются, по сути, «форшоковой» цепочкой взаимосвязанных событий, на конце которой 7.05.1986 г. произошло сильное землетрясение с М=7,7 с очагом в районе Крысьих островов (Sauers, 1986). Эти данные позволяют предположить, что вулканический процесс в пределах всего «огненного» кольца, как и сейсмический, может быть описан в рамках волновой модели.
Поднятие Дарвина было впервые выделено Г.У.Менардом (Менард, 1966). По его данным, это - обширное (длина 10 тыс. км, ширина около 4 тыс. км) возвышение в центре Тихого океана. Предполагается, что около 100 млн. лет назад оно поднималось над окружающим дном не менее чем на 2 км, имело объем более 20 млн.км3 и было приурочено к широтному выступу мантии. В ходе формирования и разрушения поднятия обильные излияния лав образовали на океанском дне слой вулканических пород мощностью 2-3 км. Возникновение поднятия Дарвина Г.У.Менард объясняет с помощью конвекционной гипотезы, которая, хотя и не является, по его мнению, полностью доказанной, но оказалась просто наиболее приемлемой в то время.
Аналогом поднятия Дарвина Г.У.Менард считает сходное с ним по масштабам более молодое Восточно-Тихоокеанское поднятие, отчетливо выраженное сейчас в рельефе дна Тихого океана. По современным представлениям (Maruyama, Kumazava, Kawakami, 1994), Восточно-Тихоокеанское поднятие - результат проявления на поверхности Южно-Тихоокеанского суперплюма (мантийного диапира).
Независимо от выбора гипотезы, с которой связывается возникновение такого рода поднятий, важно то, что деформация океанической литосферы с образованием гигантского сводообразного вздутия есть следствие подъема наверх огромных масс сильно нагретого мантийного вещества. Большая часть этого вещества не доходит до поверхности океанического дна, а внедряется в литосферу, что и является непосредственной и, вероятно, главной причиной роста подобных поднятий. Еще одним фактором, способствующим росту поднятий, может служить увеличение объема мантийного вещества из-за его нагрева и разуплотнения при подъеме и внедрении.
В условиях достаточно быстро вращающейся Земли движение магматического вещества от места его подъема к поверхности вследствие действия силы Кориолиса должно было иметь вихревой характер. Поскольку поднятие Дарвина располагалось к северу и к югу от экватора, предполагается, что в его пределах могли возникнуть две гигантских вихревых структуры: в Северном полушарии с вращением против часовой стрелки, в Южном - по часовой. По закону взаимодействия вихрей, оба они перемещались в восточном направлении, в сторону материков Северной и Южной Америки.
Точное время формирования поднятия Дарвина пока не установлено. Можно предполагать только, что рост поднятия начался с альбского века - 113-97,5 млн. л.н. (Харланд, Кокс, Ллевелин, 1985), а наиболее интенсивно он протекал в позднемеловую эпоху. Вполне вероятно, что именно рост внутриокеанического поднятия Дарвина послужил причиной одной из наиболее крупных в истории Земли трансгрессий, развивавшейся в течение почти всей позднемеловой эпохи. Если это так, то прерывистый ход трансгрессии мог быть связан с пульсационным характером роста поднятия Дарвина.
Разрушение поднятия Дарвина, по-видимому, произошло в конце мела-начале палеогена, около 65 млн. л.н., когда имели место исключительно массовые базальтовые излияния.
Покажем, что рост и последовавшее за ним разрушение поднятия Дарвина, происшедшее 65-100 млн. л.н. и имевшее все признаки геологической катастрофы, вне всякого сомнения, сопровождались созданием таких условий, в результате которых мог значительно измениться режим вращения планеты и могли быть созданы условия для возникновения зон спрединга по окраине Тихого океана.
Глобальный геодинамический эффект, обусловленный возникновением поднятия Дарвина, кардинально различался в зависимости от стадии его развития.
1. В период роста поднятия Дарвина происходило увеличение эффективного радиуса Земли и, как следствие, замедление скорости ее вращения. Это было результатом образования как самого поднятия, относительная высота которого составляла 2-3 км, так и связанной с этим обширной морской трансгрессии, когда его рост привел к вытеснению за пределы океанической впадины соответствующего огромного (около 20 млн. км3) объема морской воды. Кроме того, в течение всего периода рост поднятия Дарвина привел также и к уменьшению скоростей роздвига в существовавших тогда зонах спрединга.
2. Наоборот, разрушение поднятия Дарвина, сопровождавшееся массовыми базальтовыми излияниями на дне океана, оттоком магматического вещества под азиатский и американский материки, а также регрессией моря, привело к уменьшению радиуса Земли и к увеличению скорости ее вращения. Преобладавшее на периферии Тихого океана сжатие должно было смениться растяжением. Последнее должно было способствовать возникновению здесь многочисленных зон разломов, по которым на поверхность стали поступать огромные объемы вулканических продуктов. Резко активизировались зоны спрединга. В свою очередь, реакцией на это явилось усиление субдукционных процессов по периметру Тихого океана. Не исключено, что именно в то время зоны субдукции приобрели главные черты своего современного строения. Вместо двух гигантских вихрей в центре Тихого океана возникло множество более мелких вихревых структур на его периферии.
Предполагается, что разрушение поднятия Дарвина в кульминационную фазу носило катастрофический характер. Как и все катастрофы, такой процесс, по-видимому, должен был произойти весьма быстро: в течение отрезка времени продолжительностью порядка 1 млн. лет или еще меньше - за сотни тысяч лет. Об этом, в частности, свидетельствует кратность проявления глобальной иридиевой аномалии, которая, возможно, была индикатором (Мелекесцев, 1986) пароксизма базальтового вулканизма на границе верхнего мела - палеогена около 65 млн. лет назад.
Естественно, что столь катастрофический и кардинальный характер должна была иметь и структурно-тектоническая перестройка всей периферии Тихого океана. Поэтому происходившие там эндогенные процессы (вулканизм, тектонические движения, сейсмичность) тоже носили катастрофический характер. По-видимому, именно тогда и была создана в близком к современному виду единая переходная зона обрамления Тихого океана, но еще более динамичная, чем теперь, в пределах которой, несмотря на мозаичность и неоднородность ее строения, эндогенные процессы протекают взаимосвязано, взаимодействуя между собой.
3. Можно рассчитать влияние роста разрушения поднятия Дарвина на величину момента инерции планеты и, следовательно, вследствие сохранения момента количества движения Земли, на величину угловой скорости ее вращения. Учитывая приведенные выше данные, можно показать, что в результате опускания возвышенности с такими размерами на 2-3 км, момент инерции планеты уменьшится и на столько же увеличится величина угловой скорости вращения планеты. При этом, линейная скорость движения поверхности Земли для низких и умеренных широт по порядку величины увеличится на 0,1-1,0 м/сек.
Такое значительное изменение режима вращения планеты, происшедшее в течение достаточно короткого отрезка времени, неизбежно должно было привести к накоплению в ее упругой части - литосфере - значительных напряжений. При этом специфика напряжений, возникающих при неравномерном вращении планеты, определяется тем, что поверхность Земли неоднородна и большое количество слагающих ее относительно однородных блоков по разделяющим их границам слабо сцеплены между собою. Поэтому любое изменение режима вращения планеты должно приводить к тому, что все в первом приближении однородные блоки будут стремиться повернуться друг относительно друга. При этом наибольшей амплитуды такое движение должно было бы достигнуть именно в зоне перехода от Тихого океана к материкам.
Таким образом, было показано, что в результате опускания поднятия Дарвина на границе Тихого океана имели место условия, необходимые для возникновения здесь уровня сейсмичности, выше современного. Вместе с тем, произошло существенное изменение режима вращения планеты.
Разрушение и опускание поднятия Дарвина - это последняя в истории Земли катастрофа такого масштаба. Следовательно, можно считать, что геологические данные подтверждают сформулированную выше гипотезу.
В рамках описанной выше ротационной модели сильно взаимодействующих сейсмофокальных блоков - очагов сильнейших землетрясений, достаточно просто объясняется генерация собственных колебаний Земли при сильнейших землетрясениях, то есть перекачка части запасенной в сейсмоактивной зоне упругой энергии в энергию собственных колебаний планеты. Такая перекачка энергии возможна в обе стороны. Поэтому можно предположить, что не только сопровождающаяся достаточно резким изменением скорости вращения Земли геологическая катастрофа может привести к образованию активного сейсмического пояса, что, как полагаем, и произошло при разрушении поднятия Дарвина. Но и наоборот, достаточно большое количество сильнейших землетрясений, происшедших в течение краткого отрезка времени, могут, раскачав планету, привести к геологической катастрофе.
Изменение режима вращения планеты вследствие формирования и разрушения поднятия Дарвина должно было привести к накоплению в ее упругой части литосферы значительных напряжений, специфика которых определяется тем, что в упругую энергию перешла часть кинетической энергии вращения планеты. Механизм такого превращения энергии заключается в следующем. Изменение режима вращения планеты вследствие неоднородности литосферы приводит к повороту ее однородных блоков друг относительно друга. При этом в пределах граничных областей, разделяющих блоки, концентрируются такие напряжения, моменты сил которых в силу сохранения момента количества вращения стремятся скомпенсировать повороты блоков.
«Накачка» напряжений в литосферу продолжалась в течение времени, пока изменялся режим вращения планеты. Очевидно, для релаксации таких напряжений необходимо скомпенсировать соответствующие им моменты сил, для чего требуется изменить режим вращения планеты в обратном порядке. Никаким другим способом напряжения, накопленные в земной коре в результате изменения режима вращения планеты, снять невозможно. По-видимому, с помощью такого механизма можно дать объяснение открытому Л.Н.Рыкуновым с коллегами эффекту напряженного состояния земной коры - сейсмической эмиссии, присущей Земле в широком диапазоне глубин и во всем разнообразии геологических и тектонических условий (Рыкунов, Хаврошкин, Циплаков, 1979; Николаев, Рыкунов, Хаврошкин, Цыплаков, 1985).
Совмещая представления ротационной модели, описанной выше, с движением тихоокеанской плиты, можно предположить, что блоки, слагающие сейсмофокальную зону в пределах ее окраины, первоначально были «закручены» в результате процессов, происходящих при росте и разрушении поднятия Дарвина. В таком случае сильнейшие сейсмофокальные землетрясения, рассматриваемые в совокупности, по сути, соответствуют процессу, который является ответственным за диссипацию той части кинетической энергии вращения планеты, которая при разрушении поднятия Дарвина перешла в упругую энергию литосферы.
Сейсмический процесс является составной частью тектонического процесса, протекающего в пределах окраины Тихого океана и всей планеты. По этой причине и извержения вулканов «огненного» кольца также можно рассматривать как результат диссипации запасенной в литосфере энергии.
Однако, существование сильного взаимодействия между очагами сильнейших землетрясений - сейсмофокальными блоками (раздел 2.3), а также существование взаимосвязи между сейсмическим и вулканически процессами указывает на то, что после разрушения поднятия Дарвина процесс выделения сейсмической и вулканической энергии в пределах окраины Тихого океана, по-видимому, «самоорганизовался». Накопленные сейсмологические данные о самоподобии сейсмического процесса (Садовский, Писаренко, 1991; Рыкунов, Смирнов, 1992), его самосинхронизации (Николаев, 1987) и автоколебательном характере (Хаврошкин, 1987) подтверждают такой вывод модели. Это значит, что в настоящее время имеет место не только диссипация запасенной ранее энергии, но и «подпитка» такого тектонического процесса внешними источниками, которыми, по-видимому, в первую очередь являются как солнечная и космическая энергия, так и энергия, заключенная внутри недр Земли.
Проблема вращательных движений в плитовой тектонике не нова. Например, в рамках вихревой гипотезы тектоническая история Земли складывалась следующим образом (Мелекесцев, 1979): «Вращением древнего Гондванского циклонического вихря по часовой стрелке, возможно, объяснить и «разбегание» ... «осколков» Гондванны: Африки, Австралии, Южной Америки, Индии. В связи с тем, что Антарктида оказалась в центре вихря, она практически не переместилась по горизонтали, так и оставшись в околополярной области Южного полушария. Вращением вихря хорошо объясняется и аппроксимация древних зон расколов, ограничивавших Антарктиду, логарифмической спиралью, рассчитанной О.Г.Сорохтиным (1974)».
Возможность объяснения в рамках ротационной модели широкого спектра геофизических явлений, данное в двух главах настоящей работы (2.4), (2.5) и (3.1), (3,2), указывает на то, что поворот блоков земной коры и верхней литосферы за счет "внутренних" источников - главное допущение ротационной модели, является вполне оправданным. Очевидно, что такой механизм должен проявлять себя и на других вращающихся планетах солнечной системы.
Величина угловой скорости вращения планеты, если не во всем, то во многом, определяет характер и интенсивность протекания на ней геофизических процессов. Это утверждение, несомненно, справедливо для верхних слоев планеты - ее гидросферы, атмосферы и прилегающего космического пространства. Действительно, самые быстровращающиеся планеты, период вращения которых составляет около 10 часов, кроме большого количества спутников содержат долгоживущие системы колец (Сатурн) и планетарных атмосферных вихрей (Юпитер). Наиболее крупный из вихрей - Большое красное пятно Юпитера, по размерам значительно превосходящий нашу Землю, наблюдается уже в течение трех столетий и представляет собою солитон - дрейфующую уединенную волну Россби, свойства которой обусловлены силой Кориолиса (Незлин, 1986).
На Земле также установлено существование долгоживущих движений в экваториальной части мирового океана и топографических вихрей в его прибрежной зоне (Ефимов, Куликов, Рабинович, Файн, 1985; Коняев, Сабинин, 1992), которые относятся к классу волн Кельвина, Стокса, Россби и др. (Ефимов, Куликов, Рабинович, Файн, 1985) захваченных вращением Земли при наличии неоднородностей рельефа. Интенсивность таких волновых движений на Земле значительно меньше аналогичных на Юпитере.
Данные о какой-либо деятельности циклонического характера на имеющей атмосферу Венере, период вращения которой достаточно велик и составляет 243 дня, нам не известны.
Имеются данные о «вихревом» характере движений, происходящих и в веществе твердой сферы вращающихся планет. К их числу относятся растрескавшаяся «ледяная шапка» на полюсе Марса (период вращения, как и у Земли, около суток) и вскрытые эрозией вулканические породы Ичинского вулкана на Камчатке. В обоих случаях наблюдаются «циклонические» структуры, имеющие явно выраженный вид раскручивающихся спиралей. На существование такого же типа движений в твердой мантии Земли указывают и так называемые вихревые структуры (Мелекесцев, 1979). На планетах, скорость вращения которых много меньше земной, например, Венере и Луне, вихревые структуры отсутствуют (Мелекесцев, 1979; Maps..., 1989).
На «вихревой» характер движения твердой части поверхности планет указывают также данные о выявленных на их поверхностях структурах, имеющих кольцевую форму - так называемых кольцевых структурах. Генетические типы таких структур характерны для основных элементов строения Земли - платформ, щитов, складчатых поясов; их размеры колеблются от сотен метров до 2-3 тысяч километров. Большая часть выявленных кольцевых структур возникла в результате тектонического развития Земли в течение последних 3 млрд. лет, остальные, в основном, имеющие сравнительно небольшие размеры, образовались вследствие падения метеоритов. Кольцевые структуры выявлены и на поверхности Меркурия, Марса, на большинстве спутников Юпитера; на Венере и Луне кольцевые структуры развиты в меньшей степени (Мелекесцев, 1979; Кац, Козлов, Полетаев, Сулиди-Кондратьев, 1989) и они, по сути, являются другими образованиями, имеющими метеоритное или вулканическое происхождение (Галкин, 1978; Мелекесцев, 1979; Maps..., 1989).
Имеющиеся данные позволяют предположить, что кольцевые структуры «группируются» в цепочки и, возможно, в другие более сложные по геометрии образования. К их числу, например, можно отнести цепочку гигантских морфоструктур, протянувшихся вдоль всей восточной окраины Азиатского континента от Индонезии до Аляски (Мелекесцев, 1979; Кулаков, 1986). Вращающиеся согласно геодезическим данным по часовой стрелке о. Хоккайдо (Hashinoto, Tada, 1988) и другие вихревые структуры Японских островов, оси которых расположены вблизи залива Сагами (центральная часть о. Хонсю) и о. Сикоку (Рикитаке, 1970; Мелекесцев, 1979) являются составной частью этого образования. Такая цепочка морфоструктур, в свою очередь, по-видимому, может являться частью другого более протяженного образования, объединяющего кольцевые структуры окраины всего Тихого океана и Альпийско-Гиммалайской системы до Океании включительно в два пояса, которые ортогонально друг другу протягиваются по поверхности Земли вдоль двух кругов большого радиуса (Шейдеггер, 1987).
На существование волновых движений в пределах земной коры и верхней мантии в зонах стыка плит, как показано выше в настоящей работе, указывают данные о волнах миграции очагов землетрясений, распространяющихся вдоль сейсмически активных поясов и имеющих тектоническую природу. По-видимому, с волновыми движениями такой же природы связаны и долговременные в геологическом смысле повороты «элементарных» (с размерами в первые сотни километров) сейсмофокальных блоков, выявленные на примере Алеутских островов и Эквадора.
Тектоническая жизнь Земли, связанная с относительным перемещением плит вдоль ее поверхности, достаточно активна в течение последних геологических эпох (десятков и, возможно, сотен, миллионов лет). Поступательное движение вдоль поверхности вращающейся планеты всегда (кроме исключительных случаев) имеет ротационную составляющую. Вихревые компоненты, соответствующие всем движущимся тектоническим объектам, как и в случае шельфовых волн в мировом океане (Ефимов, Куликов, Рабинович, Файн, 1985, с. 185), могут «захватываться» волновыми свойствами межплитных зон и «конденсироваться» в их пределах; при этом, в протяженных зонах может происходить их резонансное усиление и перераспределение между разными типами волновых движений, что в свою очередь может приводить в том числе и к перестройке всего тектонического процесса на планете.
По-видимому, в рамках такого механизма, использующего представления о взаимодействующих плитах, движущихся вдоль поверхности вращающейся планеты, следует пытаться находить объяснения закономерностям как пространственного распределения кольцевых структур, так и их генезиса. На это указывают данные работы (Hashimoto, Tada, 1988), согласно которым вращение о. Хоккайдо ни в какой мере не связано с процессами накопления и высвобождения сейсмической энергии при сильнейших (М = 7,5-8,3) землетрясениях, очаги которых в 1940-1973 гг. располагались вокруг него. В таком случае мощность механизма, обеспечивающего такое взаимное движение плит, проявляющееся в виде цепочек кольцевых морфоструктур, намного (по-видимому, в 1/h~102-106 раз; h- сейсмичесчкий коээфициент полезного действия) должна превышать мощность сейсмического процесса. Такой вывод находится в хорошем согласии с данными о движении поверхности коры при землетрясении 1.9.1923 г. с М=8,2 в Канто. Действительно, очаг этого землетрясения (рис.1.1.1) располагался в центральной части вихревой структуры и в результате подвижек при землетрясени до 4 м и более повернулся на угол 3×10-5 рад (Ли Сы-Гуан, 1958; Мелекесцев, 1979), величина которого близка значению согласно ротационной модели (см. раздел 2.3).
Как видим, ротационный принцип в условиях вращающейся планеты в течение геологических времен может играть исключительно важную роль в ее жизни.
Однако, тектоническая оценка ротационного принципа может быть проведена с несколько других позиций.
Рассмотрим проблему поворота макрообъемов упругой литосферы на вращающейся планете с более общих позиций. Как известно, литосферные плиты, как панцирь покрывающие планету, друг относительно друга поворачиваются, что и находит свое отражение в процессах, протекающих в районах сейсмических поясов Земли. Такое движение плит, согласно «ротационному» принципу, вследствие вращения Земли должно приводить к появлению вокруг них (как и вокруг поворачивающихся «элементарных» блоков) полей упругих напряжений, имеющих соответствующим образом направленные моменты сил. По-видимому, именно такие поля напряжений, являющиеся «общими для разных точек земного шара» и приводят на контактах между блоками к модуляции высокочастотных сейсмических шумов (Рыкунов, Хаврошкин, Циплаков, 1979; Салтыков, 1995). Для решения тектонической задачи в такой постановке, очевидно, необходимо рассмотреть задачу о поле напряжений вокруг поворачивающейся «элементарной» плиты на поверхности вращающегося шара с соответствующими граничными условиями. С физической точки зрения, с учетом полученных в настоящей работе результатов, постановка такой задачи вполне закономерна. Решение такой задачи, по всей видимости, может рассматриваться как теоретическая основа тектонической истории планеты.
В заключение сформулируем два вывода, которые логически вытекают из результатов представленной работы.
Во-первых, в настоящей работе было получено решение, соответствующее такой неустойчивости сейсмотектонического процесса, которое приводит к образованию дисклинации (круговой дислокации) и, как следствие, к генерации упругих волн, вызывающих землетрясения. При этом, в ротационную модель не закладывались никакие критические условия (критерии) разрушения вещества. Поэтому существование неустойчивости в системе взаимодействующих сейсмофокальных блоков, как было сформулировано в предыдущем разделе, согласно представлениям ротационной модели, очевидно, должно быть заключено в самой природе сейсмотектонического процесса.
Во-вторых, в работе установлено существование следующих констант (раздел 3.2): c, Mf и R0, j*. Первые две, по сути, характеризуют процесс взаимодействия тектонической волны с блоком, вторые - скорее, само вещество, его «структуру» и дисклинационную природу. При этом, константы между собой взаимосвязаны аналитическими выражениями, имеющими вполне определенный физический смысл. Таким образом, можно предположить, что существует взаимосвязь между дисклинационной, моментной природой вещества сейсмофокальной зоны и ротационной природой сейсмотектонического процесса.
Сформулированные выводы, вообще говоря, взаимосвязаны и являются такими гипотезами, подтверждение которых, на наш взгляд, позволит уточнить наши представления о физике сейсмотектонического процесса, протекающего не только на Земле, но и на других планетах. Действительно, если гипотезы справедливы, то на Меркурии (период обращения около двух месяцев) и тем более на Венере (период обращения около 250 дней) сейсмотектонические процессы в соответствии с представлениями ротационной модели должны протекать с меньшей интенсивностью, чем на Земле и Марсе. Данные по кольцевым структурам Венеры (Maps..., 1989; Мелекесцев, 1979) подтверждают такой вывод
©IVGG 2003