Цвигун В.Н., Цвигун В.Н., Койнов Р.С., Цвигун А.С.
ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ВУЛКАНОВ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГОРНЫХ СИСТЕМ *
Аннотация:
статья исследует влияние землетрясений и вулканов на происхождение горных систем. Автор выдвигает гипотезу о том, что пересечения линий разломов земной коры создают трещины, которые образуют каналы для движения воды, газов и лавы. Это приводит к формированию вулканов и горных хребтов. Рассматриваются механизмы экструзии лавы и разрушения горных пород, а также влияние землетрясений и технических взрывов на структуру Земли. Примеры из реальной географии, такие как озеро Байкал, иллюстрируют эти процессы.
Ключевые слова:
землетрясения, вулканы, разломы земной коры, горные системы, магматические потоки, трещины, геодинамика, сейсмические волны, экструзия лавы, технические взрывы, Байкал
Сокращения:ЗТ – землетрясения,ВУ – вулкан,ЗК – земная кора.На Земле почти все ЗТ происходят по линиям разломов ЗК. ЗК под морями и океанами тоньше (около 10 км) в 2-3 раза, чем материковая плита, поэтому она, как тонкая льдина, ведомая потоками магмы, сталкивается, разрушается и погружается под материковую плиту. Процесс это медленный, иногда непрерывный, но на Земле 63000 км такой активной береговой линии, где часто проходят ЗТ.Наша гипотеза – при пересечении двух или трех линий разломов, появляется много ступенчатых трещин, которые образуются от разрушительных ЗТ. На пересечениях таких трещин образуются трехмерные каналы для движения воды, газов, лавы, позже они прогорают, объединяются и работают как десятки ВУ.Давление лавы в вулканах составляет до 1000 МПа внутри магматической камеры (плотность базальта 2,8). Расчеты по наблюдениям вылета камней на высоту 5 км со скоростью 600 м/с и анализ работы 800 сенсоров на горе Фудзи дают давление около 500 МПа (в стволе зенитного орудия давление 320 МПа, она выбрасывает заряд на высоту 11 км) [1].Вулканы могут иметь потрясающую производительность – за 30 минут способны выбросить до 10 км3 камней, лавы, пепла, диспергированного базальта, газов. По мере увеличения высоты конуса вулкана не хватает давления в камере для дальнейшей экструзии лавы, начинается охлаждение, но раскаленные материалы продолжают выгорать в стволе вулкана, выбрасываются газы и пепел, далее проваливается внутренняя часть конуса и образуются высоко в горах озера разных размеров. Иногда эти озера расположены в одну линию, когда каждое озеро и соответствующий ему конус вулкана были образованы одним глубоким каналом магмы. Этот канал работает на первый вулкан, дальше плита (рис. 1), как затвор, передвигается, закрывает канал, конус вулкана перемещается на некоторое расстояние в десятки метров и уже рядом прожигается новый канал и образуется новый конус вулкана (это известная модель в структурной геологии). Таких линейных вулканов на земной поверхности много, по ним можно проследить историю и направления движения поверхностных плит.Рисунок 1. Последовательное образование линейки вулканов 1-4 при передвижении плиты 5 по плите 8. Старые конусы вулканов становятся ниже (деструкция стенок), в их камерах образуются озера (1,2)В тех случаях, когда давления в магматической камере не хватает для того, чтобы пробить путь на поверхность земли, лава нагнетается в зазоры между плитами, как гидравлическим домкратом поднимаются плиты вверх и под углом к горизонту с образованием трещин в плитах (рис. 2).(с)с) – иллюстрация образования гор по схемам (a), (в)Рисунок 2. Нагнетание лавы в зазоры между плитами (а). Под действием давления лавы поверхностный слой земли разрывается вдоль линейных, протяженных подземных полостей, в виде длинной хребтовой трещины (в) и коротких дочерних трещин, которые образуются при новом удлинении хребтовой трещины после её остановки (при новом движении с места трещины). При каждом скачке давления образуется пара дочерних трещин при вершине хребтовой трещины, хребтовая трещина подрастает на левом скате импульса давления (только до его вершины).Хорошо известно, что в стальной трубе (под внутренним давлением жидкости) первой образуется продольная трещина (поперечные напряжения двукратно выше продольных). В нашем случае механизм образования гор следующий: сначала при мощном землетрясении регион в направлении главного удара, дуга MN (рис. 3b), нарезается прямыми сдвиговыми линиями (0-4,5-22 и т.д.), исходящими из фокуса действия силы F и имеющими длину десятки и сотни километров. Линии эти почти прямые, потому что эта работа выполняется на высокой скорости волнами (до 4 км/с, почти детонационные волны), которые идут в базальте и граните практически по радиусу (по прямой линии). Если бы это была квазистатическая задача, то эти линии скольжения через несколько сот метров повернули бы по законам теории пластичности (линии скольжения), образуя из блоков картину расположения зерен как в подсолнухе (криволинейные изогнутые прямоугольные параллелограммы). На схеме, рисунок 3b, под действием наибольшей силы F1 материал скал или полей перерезается глубже линиями сдвигов и получается перерезанный на поле забор RS, но расстояния между линиями сдвигов 5-22 и 10-S (рис. 3b) может быть сотни метров (иллюстрация N25°35|E62°10), подобные перекрестки деформации есть на разломе Сан-Андреас в Калифорнии (рис. 3e).Рисунок 3. Образование полей пластических сдвигов при контактном действии силы F, размере индентора 2а (дуга MN), глубина сдвигов H. Появляются ступенчатые сдвиги, микротрещины (a,b,c,d), трещины раскола, дефекты Цвигуна (c,d), перекрестки деформаций (е).Но землетрясения – это вибрации, температуры разогрева, детонации углеводородов, взрывы, пар: материалы в состоянии квази-жидкости, трение падает в 50 раз, а высокая скорость нагружения охрупчивает все материалы, т.е. дробление, сдвиги, образование трещин-каналов, их расширение (рис. 3), по которым, в случае наличия близко горячей лавы, вблизи разломов земной коры, образуются горы.Такие длинные трещины типа 6-7 (рис. 3d), могут создать хребтовую гору, когда через расширяющуюся трещину экструдируется под давлением горячая лава и застывает (рис. 2). От хребта на поперечных дочерних трещинах образуются более короткие и более низкие горы (рис. 2b), так начинает формироваться видимый сверху речной узор хребтовых гор и более мелких дочерних гор. Боковые склоны высоких гор изрезаны речным узором мелких ручьев, которые уносят мелкие фрагменты скал (трещины в базальте, граните – это микронные капилляры, за минуты заполняются водой, лед разрывает трещину как шарнир, трещина ветвится и удлиняется, осколки расклинивают трещину), в первую очередь из русла ручьёв и идет их углубление там, где снег и идет намораживание льда. При давлении 10 МПа лед плавится, но если убрать контактное давление - вода мгновенно замерзает и это явление ускоряет процесс движения ледников, меняется трение и ускоряется разрушение скал. Очень интересны столовые горы, их много в Забайкалье, но самая красивая Столовая гора в Кейптауне, размер ее 14×5 км, высота 1085 м. Ее механика создания тоже экструзия лавы слоями, а стенки получаются почти отвесные от разрушения водой и т.д.Если в программе GOOGLE EARTH 3D сделать на трехмерном изображении гор, например, справа от Байкала угол наблюдения 30° к горизонту, то вращая на 360°картину гор, можно определить преимущественное направление хребтов, азимут, (по аналогии с трещиной в трубе) определим, что максимум растяжения в момент роста хребтов был поперек их, а сжатие - вдоль. Есть и звездообразные, радиальные горы, т.е. возможны случаи разрушающего напора снизу, образуются радиальные трещины и разрывы (схема мембраны), но сейсмические удары снизу очень редки, по сравнению с ударами вдоль горизонта, которые самые опасные, разрушительные, а сжатие - растяжение могут меняться местами, но азимут гор – это картина истории деформаций.Озеро Байкал, с позиций фрактографии, типичная трещина отрыва: левый угол - вершина трещины - раскрывается по схеме шарнира плюс есть компонента сдвига вверх. Правый угол раскрыт больше, нижний берег давно стоит на месте (глубины у нижнего берега меньше), а остров Ольхон, видно, позже был оторван от берега, там меньше потеряно береговых деталей, если повернуть остров на небольшой угол он встанет плотно к берегу, т.е. трещина шла справа налево. При мощном ЗТ гранит и базальт берегов был рассечен сдвигом, а потом глубокой трещиной вдоль верхнего берега Байкала, там было старое русло реки Верхняя Ангара. Вязкость разрушения базальта 3, гранита 1,79, стекла 0,83, стали 50 единиц, т.е. материал берегов похож на стекло и на растяжение не работает и при ЗТ практически блок гранита, высотой 2 км по наклонной плите (трение при ЗТ падает в десятки раз) начал скольжение северной частью. Со временем вид берегов изменился, но по горным породам и уровню высот нижний берег раньше был на 60 метров выше, чем сейчас, а Ангара до тех пор была одной рекой с перепадом около 10 метров.В Кузбассе, где часты толчки магнитудой 2 и более, это не только от высокого давления плит на северо-восток, но и технические взрывы, которые уверенно регистрируются за 500 км (по времени и месту) от 50 кг до 2000 кг и более (сигнал от взрыва биполярный, в отличие от ЗТ, когда амплитуды поперечной и продольной волн отличаются).Промышленные взрывы при добыче полезных ископаемых опасны тем, что когда заряды линейные, то суммарная сейсмоволна идет поперек к линии взрыва и вдоль горизонта, как нож бульдозера, ее разрушительность многократно опаснее, чем удар вниз, вверх или под углом, т.е. эффект красивого, как в кино взрыва, это признаки замены знаний своими идеями, часто опасными. В 1888 г. К. Монро сделал опыт: поставил на камень высотой 1 м связку из 8 тротиловых шашек. После взрыва в камне осталась мелкая лунка. Но когда он выдвинул наполовину вверх только одну, центральную, камень был пробит насквозь. Для промышленных взрывов необходимы непрерывные исследования по снижению сейсмической нагрузки от взрывов.Как определить разумные ограничения мощности взрывов? Каждый мощный взрыв сдвигает нас к фатальному землетрясению по законам малоцикловой усталости (например, стальную пластину удается согнуть на 90° два раза, а на 10° - 60 раз, после чего она сломается от малоцикловой упруго-пластической деформации).Тот же механизм малоцикловой усталости работает (тикает) в случае землетрясений: вода (заполнение водохранилищ), закачка отходов под землю, черпание угля, мощные технические взрывы. Там, где на глубине проходит идеальный волновод (базальт, гранит), который с малым затуханием передает волны от фокуса землетрясения. Считается, что волны Лява наиболее разрушительны по своему воздействию на горные породы: они вызывают (по механизму движения змеи) зигзагообразное раздвигание блоков, трещинообразование, вибрации, нагрев от трения скольжения, взрывы углеводородов, горные удары.Только гранит и базальт являются высокопрочными горными породами, которые способны накапливать для землетрясений фатальную энергию. Такие аккумуляторы размером 30х30х30 км генерируют удары при разгрузке до магнитуды 9, а если бы вместо гранита и базальта был мрамор или другие малопрочные породы (они под низкой нагрузкой превращаются в песок), то в таких регионах опасные землетрясения бывают редко.Нельзя игнорировать лучшие решения в сейсмике зданий: в 3 раза снижают амплитуду колебания зданий сэндвич-опоры (стальные и полиуретановые пластины) так эффективно, что при магнитуде 7 в домах не двигается мебель. ЗТ в Кобе (17.01.95, магнитуда 7,3) - погибло 6434 чел., 200 000 зданий разрушено. Амплитуды колебаний на 1-5 этажах пропорционально увеличиваются, было около 15 мощных колебаний, но на фоне их низкочастотного сигнала (2 Гц) заметили высокочастотные импульсы, которые похожи на детонационные удары, никто еще эти микросекундные импульсы не описал, а их вклад в разрушение очевиден - сбивается темп колебаний зданий 1-8 Гц и идет срез колонн нижних этажей. При должном изучении вопросов, поднятых в этой статье можно создать стратегию предупреждения ЗТ и минимизации их последствий.
Номер журнала Вестник науки №2 (83) том 3
Ссылка для цитирования:
Цвигун В.Н., Цвигун В.Н., Койнов Р.С., Цвигун А.С. ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ВУЛКАНОВ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГОРНЫХ СИСТЕМ // Вестник науки №2 (83) том 3. С. 617 - 626. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/21550 (дата обращения: 13.12.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+