учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

зывает повышение уровня океана, но это не означает, что то место на побережье, где происходят измерения, опускается. Необходима обработка длинного ряда наблюдений за десятки лет, чтобы выявить действительные вертикальные колебания земной коры.

Резко усиливают колебания земной коры гляциоизостатические движения, связанные с таянием ледников и «всплыванием» их после снятия нагрузки. Так поднимаются Балтийский и Канадский щиты.

Для изучения деформаций, обусловленных тектоническими или вулканическими процессами, используют наклонометры и деформографы с погрешностями измерений до 0,001 мм. Перед извержением вулканов поднимающаяся магма вызывает деформацию — подъем вулканической постройки, что улавливается приборами. Вообще, в вулканических областях земная кора испытывает быстрые и значительные колебания. В Италии, недалеко от Неаполя, есть городок Поццуоли. В нем на древней рыночной площади сохранились колонны так называемого храма Сераписа, которые, правда, к храму не имеют отношения. На некоторой высоте от своего основания колонны изъедены сверлящими моллюсками, а ниже них поверхность колонн ими не повреждена. Поццуоли находится вблизи еще недавно действовавших вулканов, например Сольфатары, где происходит выделение сернистых газов. Сооружение, выстроенное на суше в начале нашей эры, частично оказалось засыпанным вулканическим пеплом на высоту 2–3 м. Затем оно опустилось ниже уровня моря, и моллюски-камнеточцы «обработали» поверхность мраморных колонн. После этого опять наступило поднятие. И так происходило несколько раз. Все это свидетельствует об активности тектономагматических движений в районе действующих вулканов (рис. 17.1).

Для выявления вертикальных движений используют повторное высокоточное нивелирование вдоль определенных профилей, например через Большой Кавказ. Такие профили, измерения на которых проводились несколько раз с интервалом 10–15 лет, дают весьма любопытные материалы о скорости и направленности современных тектонических движений (рис. 17.2).

Измерение горизонтальных движений на небольших площадях производится геодезическим способом повторной триангуляции, а перемещение литосферных плит сейчас надежно установлено с помощью методов космической геодезии, точность которых весьма велика и составляет несколько миллиметров на тысячи километров. Также широко используется геодезическая спутниковая система GPS.

Для многих регионов мира составлены карты современных вертикальных движений (рис. 17.3). Неоднократно такие карты составлялись для Русской плиты и ее обрамления. Карты, учитывающие деформацию земной коры за последние несколько миллионов лет, так называемые неотектонические карты, составлены для территории СНГ под руководством Н. И. Николаева, а кроме того, есть много региональных неотектонических карт для Кавказа, Карпат, Урала и др.

Рис. 17.1. Изменение высоты поверхности и основания храма Сераписа в Поццуоли (Италия, Неаполитанский залив) с 79 г. н. э. и до настоящего времени

(по А. А. Никонову): а — вертикальные движения поверхности; б — изменение скорости движения. Колонны храма Сераписа (фото Н. В. Короновского)

17.2. ПОНЯТИЕ О ДЕФОРМАЦИЯХ ГОРНЫХ ПОРОД

Всех побывавших в горах всегда поражают пласты горных пород, смятые, как листы бумаги, в причудливые складчатые узоры. Нередко слои как будто разрезаны гигантским ножом, причем одна часть слоев смещается относительно другой. Каким же образом и под влиянием каких сил горные породы могут принимать столь причудливый облик? Можно ли наблюдать этот процесс и как быстро он происходит?

В подавляющем большинстве случаев осадочные породы, образующиеся в океанах, морях, озерах, обладают первично горизонтальным или почти горизонтальным залеганием. Если мы видим, что слои залегают наклонно или вертикально, смяты в складки и т. д., т. е. их первичное горизонтальное залегание изменено, обычно говорят, что слои

Рис. 17.2. Результаты повторного нивелирования через Большой Кавказ (по Д. А. Лилиенбергу)

подверглись действию сил, причина возникновения которых может быть разнообразна. Чаще всего имеют в виду силы, приложенные к пластам горных пород либо вертикально, либо горизонтально. Надавите на тетрадку снизу, она изогнется вверх: а если вы ее будете сдавливать с краев, положив на стол, она сомнется, и тем сильнее, чем больше будет сила сжатия и чем дольше она будет действовать. Такие силы называются

Рис. 17.3. Современные тектонические движения земной коры Великобритании в километрах. Северная часть страны поднимается после освобождения от леднико-

вого покрова, а юго-восточная — испытывает опускание

поверхностными, т. к. они приложены к какой-то поверхности пласта горных пород (нижней или боковой), рис. 37–40, 42–44 на цв. вклейке.

Однако в природе, кроме поверхностных, важную роль играют и объемные силы. Горная порода, например каменная соль, будучи легче окружающих пород, всплывает очень медленно (1–2 см в год), но в течение миллионов лет.

Понятие о деформациях. Из физики известно, что изменение объема и формы тела вследствие приложенной к нему силы называется деформацией. Когда мы сжимаем в руке резиновый мяч, изгибаем палку, ударяем молотком по кирпичу, мы имеем дело с деформацией тела вплоть до его разрушения. Причины деформаций могут быть очень разными. Это и сила тяжести, самая универсальная из всех сил; это и влияние температуры, при возрастании которой увеличивается объем;

это и разбухание, увеличение объема пород за счет пропитывания водой; это и просто механические усилия, приложенные по определенному направлению к толще пород, и многое другое.

Важно помнить, что любая деформация происходит во времени, которое в геологических процессах может составлять десятки миллионов лет, т. е. деформирование происходит очень медленно. Огромная длительность геологических процессов делает очень трудным их моделирование в лабораторных условиях, т. к. невозможно воспроизвести такие огромные временные интервалы.

Деформации бывают упругими и пластическими (рис. 17.4). В первом случае после снятия нагрузки тело возвращается в исходную форму (резиновый мяч), а во втором — нет (кусок пластилина) и сохраняет некоторую остаточную деформацию. Если прилагаемая к любому телу, в частности к горным породам, нагрузка возрастает, то тело, сначала деформируемое как упругое, переходит критическую величину, называемую пределом упругости, и начинает деформироваться пластически, т. е. его уже невозможно вернуть в исходное состояние. Если же нагрузку увеличивать и дальше, то может быть превзойден предел прочности, и тогда горная порода должна разрушиться.

Рис. 17.4. Виды деформаций: σ — напряжение, ε — деформация, t — время

Слои горных пород, первоначально залегая горизонтально, впоследствии оказываются деформированными, причем степень деформации может колебаться от очень слабой до исключительно сильной, когда мощные слоистые толщи оказываются перемятыми подобно клочку бумаги, сжатому в кулаке (рис. 17.5–17.8).

Когда понятия «твердый», «мягкий», «хрупкий», «пластичный» используют в обыденной жизни, то всем ясно, что камни твердые, пластилин — вязкий и пластичный, кирпич — твердый и хрупкий одновременно. Но как эти привычные нам понятия перенести на горные породы,

такие как известняк, мрамор, гранит, песчаник, базальт и др.? Известно, что воск — твердое вещество. Уроните свечку, и она расколется. Но если воск нагревать, он становится пластичным. Вывороченные при ремонте тротуара плитки асфальта, сложенные грудой и оставленные в таком виде под лучами солнца на длительное время, в конце концов расплывутся и деформируются.

Смотря на смятые слои мрамора или известняка, мы понимаем, что они испытали пластическую деформацию, и нам кажется, что силы сжатия, приложенные к ним, были очень велики, т. к. породы твердые. На самом деле прилагать большие усилия совсем не обязательно. Все зависит от времени, и если очень долго (сотни тысяч и миллионы лет) создавать небольшое усилие, то твердые на первый взгляд слои горных пород будут изгибаться, подобно слоям из пластилина.

17.3. СКЛАДЧАТЫЕ НАРУШЕНИЯ

Наблюдая толщи горных пород, смятые в складки, кажется, что формы складок бесконечно разнообразны. На самом деле их можно свести к нескольким основным типам и легко различать в кажущемся хаосе различных по форме и по размерам складок (рис. 37, 40 на цветной вклейке).

Два типа складок являются главными: антиклинальная и синклинальная (рис. 17.9). Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части, или ядре, залегают более древние породы; во второй — более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

Рис. 17.9. Антиклинальная (А) и синклинальная (Б) складки.

Вядре антиклинали располагаются более древние породы, чем на крыльях.

Всинклинали — наоборот

У каждой складки существуют определенные элементы, описываемые всеми геологами одинаково: крыло складки, угол при вершине складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки (рис. 17.10, 17.11).

Рис. 17.10. Основные элементы складки: 1 — крыло складки; 2 — осевая поверхность складки; 3 — угол при вершине складки; 4 — ось складки (линия пересечения осевой поверхности с горизонтальной плоскостью); 5 — шарнирная линия складки;

6 — замок складки

Рис. 17.11. Соотношение между осевой поверхностью складки (1), осью складки (2)

ишарнирной линией складки (3). При наклонном положении складки ось

ишарнирная линия в пространстве не совпадают