Тема 4.2. Эндогенные процессы

Эндогенные процессы– «внутри рожденные» - процессы, происходящие в недрах Земли.

Магматизм

Магматические горные породы, образовавшиеся из жидкого расплава – магмы, играют огромную роль в строении земной коры.

Магма – это расплавленное вещество земной коры. Она образуется при определенных значениях давления и температуры и с химической точки зрения представляет собой флюидно-силикатный расплав, т.е. содержит в своем составе соединения с кремнеземом (Si) и кислородом (О) и летучие вещества, присутствующие в виде газов (пузырьков), либо растворенные в расплаве.

Магматические породы сформировались различными путями. Крупные их объемы застывали на различной глубине, не дойдя до поверхности. И оказывали сильное воздействие на вмещающие породы высокой температурой, горячими растворами и газами. Так образовались интрузивные (лат. «интрузио» - проникаю) тела. Если магматические расплавы вырывались на поверхность, то происходили извержения вулканов. Такой тип магматизма называют эффузивным (лат. «эффузио» - излияние).

Нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла – расплавы. Подобные извержения называются эксплозивными (лат. «эксплозио» - вязкая масса).

Как интрузивные, так и вулканические горные породы содержат крупные залежи полезных ископаемых.

Любое интрузивное тело, будучи окруженное вмещающими породами, взаимодействуя с ними, обладает двумя контактными зонами. Влияние высокотемпературной, богатой флюидами магмы на окружающие породы, приводит к их изменениям – от слабого уплотнения до полной перекристаллизации и замещения первичных пород. Форма интрузивных тел бывает разная. (рис стр. 218)

На Земле известно 1998 действующих вулканов и около 2000 вулканов, которые не так давно были действующими.

Около 200 действующих вулканов находятся под водой. Всего на нашей планете вместе с потухшими насчитывается примерно 10 тыс. вулканов. Вулканические продукты при извержениях бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Газообразныепродукты играют решающую роль при вулканических извержениях. По данным прямых измерений определено, что в них содержатся: водяной пар, диоксид углерода (СО₂), оксид углерода (СО), азот (N₂), диоксид серы (SO₂), оксид серы (SO₃), газообразная сера (S₂), водород (Н₂), аммиак (NН₃), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF), сероводород (H₂S), метан (СН₄), борная кислота (Н₃ВО₂), хлор (Cl), аргон и другие, хотя преобладают Н₂О и СО₂.

Жидкиевулканические продукты представлены лавой – магмой, вышедшей на поверхность и уже сильно дегазированной. Главные свойства лавы – химический состав, вязкость, температура, содержание летучих – определяет характер извержений, форму и протяженность лавовых потоков.

Наиболее распространены базальтовые лавы. Они, первоначально, нагретые до +1100 ⁰С, могут еще течь при температуре +700 ⁰С. Они имеют малую вязкость.

В 1783 г. при извержении вулкана Лаки объем базальтов составил 12 км², что привело к гибели 10000 человек. Жидкие базальтовые лавы текут со скоростью до 60 км/ч, образуя лавовые реки, обширные покровы (щитовые вулканы).

Более вязкие, кислые и низкотемпературные лавы – андезиты, дациты, риолиты – образуют сравнительно короткие и мощные потоки. (стратовулканы)

Твердые и частично первоначально жидкие вулканические продукты, образуются во время взрывных извержений. Это – вулканические бомбы (несколько сантиметров), лапилли (5,0 – 1,0 см), вулканический песок, пепел и пыль.

Пыль разносится на тысячи км. Так при взрыве вулкана Кракатау в1883 г. вулканическая пыль обошла в верхних слоях атмосферы весь земной шар, вызвав образование серебристых облаков.

Вулканы на земном шаре распространены крайне неравномерно. Огромные области- север Евразии, восточные части Северной и Южной Америки – и даже целые материки – Австралия – не имеют действующих вулканов. Почти половина всех вулканических конусов на Земле находится на берегах и островах Тихого океана. Они образуют так называемое Тихоокеанское вулканическое кольцо, состоящее из 1483 вулканов, из которых 597 действовали в историческое время, в т.ч. 115 – подводных.

Огненным кольцом опоясывают они земной шар. Это вулканы Камчатки, Курильских, Японских, Филиппинских, Зондских, Алеутских островов, Новой Зеландии, Антарктиды, Южной и Северной Америки.

Катастрофическими бывают новые извержения потухших вулканов. Так в 79 г. н.э. неожиданно произошло извержение вулкана Везувия в Италии. Погибло три города: Помпея, Грекулам и Стабии.

Самое грандиозное извержение XXв. – взрыв вулкана Безымянного на Камчатке. Взрыв произошел 30 марта 1956 г. и неузнаваемо изменил форму вулкана и его окрестности. Вершина Безымянного понизилась на 500 м, а туча пепла взметнулась на 40 км. Пепел выпадал от Сибири до Великобритании.

Самым активным на Земле вулканом является вулкан Исалько в Центральной Америке. Его извержения повторяются каждые 2 – 10 мин. При этом из кратера выбрасывается на высоту 300 м и более столб пара, камней и пепла.

Метаморфизм

Горные породы после формирования могут попасть в такую геологическую обстановку, которая будет существенно отличаться от обстановки образования породы и на нее будут оказывать влияние различные эндогенные силы: тепло, давление вышележащих толщ, глубинные флюиды, растворы и газы, воды, водород и углекислота.

Изменение магматических и осадочных пород в твердом состоянии под воздействием эндогенных факторов называется метаморфизмом (греч. «метафоро» - преобразуюсь, превращаюсь).

Метаморфические процессы делятся на две группы: изохимическую ( химический состав пород не меняется) и аллохимическую (происходит перекристаллизация пород, изменение минерального, а порой химического состава).

С метаморфическими породами связаны месторождения железных руд, графита, золота, урана, меди, кварцитов, мраморов и др.

Современные и новейшие тектонические движения

Земная кора не остается неподвижной, она «дышит». Одни ее участки в настоящее время испытывают поднятия, другие медленно опускаются.

Инструментальные методы позволяют установить, что Малый Кавказ поднимается со скоростью от 8 до 13.5 мм в год; Восточные Карпаты – 1.5 – 1.7 мм/год, Балтийский щит в Скандинавии также растет со скоростью 8 – 10 мм/год.

Во многих районах происходят современные опускания. Черноморское побережье Кавказа погружается со скоростью до 12 мм/год, берег западнее Одессы – до 4.3 мм/год.

Важной особенностью современных вертикальных движений является их унаследованность, т.е. древние разломы, складки, валы живут и в настоящее время.

Геофизические и геодезические методы позволяют точно фиксировать и горизонтальные смещения земной коры.

На западе Северной Америки, в Калифорнии расположен сейсмоактивный разлом Сан-Андреас (длина более 1000 км, ширина – до 20 км). Установлено смещение по разлому со скоростью 30 – 80 мм/год и более.

С помощью космической геодезии – лазерных измерений со спутников доказаны горизонтальные перемещения крупных литосферных плит. Так, Австралия движется навстречу Тихоокеанской плите со скоростью 46 мм/год. Южная Америка сближается с Австралией со скоростью 28 мм/год, Южная и Северная Америка в районе Карибского бассейна движутся навстречу друг другу со скоростью 8 мм/год, Тихоокеанская плита перемещается навстречу Южной Америке – 5 мм/год и т.д.

Неотектонические движения, начавшиеся около 40 млн. лет назад привели к созданию современного облика Земли.

Современные движения изучают повторным нивелированием, лазерными измерениями со спутников, методом триангуляций.

В большинстве случаев осадки, формирующиеся в озерах, морях, океанах, обладают горизонтальным залеганием.

Это залегание слоев нередко нарушено тектоническими движениями.

Если горные породы образуют структуры без разрыва их сплошности, то эти формы называются складками (антиклинальные и синклинальные).

Иногда слои разрываются, их сплошность теряется, такие нарушения называются разрывными (сбросы, взбросы, надвиги и др.).

Землетрясения

Движения литоплит и другие процессы приводят к тому, что в горных породах возникают напряжения. Когда они достигают предела прочности породы, в ней возникает трещина, разлом. Во все стороны от места возникновения разлома начинают разбегаться ударные волны. Придя на поверхность, они вызывают ее колебания или даже разрывы. Это явление называется землетрясением.

Место возникновения разлома, породившего землетрясение, называют гипоцентром, а его окрестности –очагомземлетрясения. Удар землетрясения бывает самым сильным в точке, расположенной на поверхности Земли точно над очагом. Это место называетсяэпицентром.

Ежегодно на земном шаре регистрируется более 100000 землетрясений. К счастью, большинство из них мы не ощущаем. Зато другие, более редкие, превращают города в груды обломков. На побережьях море отступает, а затем обрушивается гигантской волной цунами.

Силу землетрясений оценивают по двум параметрам – величине энергии (по шкале Рихтера), выделившейся в очаге и по разрушениям, произошедшим на поверхности. Оценка интенсивности землетрясения (сейчас используется 12-балльная шкала МSК-64) строится на основе анализа разрушений, причиненных землетрясением. Высший балл (12) – у землетрясений, меняющих облик земной поверхности, появление обрывов, холмов и других новых форм рельефа.

Шкала Рихтера показывает то количество энергии, которое выделяется при землетрясении. Причем каждый балл по шкале Рихтера в 10 раз сильнее, чем землетрясение предыдущей балльности. Шкала Рихтера позволяет измерить довольно слабое землетрясение в 2 балла (не ощущаемое человеком, фиксированное только сейсмографом), а также мощное землетрясение силой в 8 баллов, при котором энергии выделяется в миллион раз больше.

По этой шкале Ашхабадское землетрясение 1948 г. оценивалось в 10 баллов, Ташкентское 1966 г. – 8 баллов, Спитакское 1988 г. – 7-10 баллов.

Распространение современных землетрясений на земном шаре установлено с большой точностью. Это, прежде всего, Тихоокеанское кольцо. В Атлантическом и Индийском океанах сейсмичность сосредоточена вдоль срединно-океанских хребтов. Восточно-Африканская рифовая зона также отличается сейсмичностью. Протяженная полоса современных землетрясений приурочена к Альпийско-Средиземноморскому поясу: побережье Алжира, Италия, Балканы, Эгейское море, Турция, Крым, Кавказ, Иран, Афганистан, Памир, Тянь-Шань и т.д. В пределах РФ это еще и Байкальская рифовая зона.

Сейсмическое районирование и прогноз землетрясений представляют чрезвычайно важную задачу, т.к. от их степени и достоверности зависят огромные капиталовложения в сейсмостойкое строительство.

Строятся карты сейсморайонирования от масштаба 1:5 000 000 (для СССР в 1978г.) до 1:25 000. Прогноз может быть долгосрочный, краткосрочный и оперативный. Предвестников землетрясений много: изменение уровня земной поверхности и наклонов, изменение электропроводности, упругих свойств горных пород, магнитного поля, гидрохимических параметров воды, поведение животных.

В 1975 г. в Китае предсказание было точным: 4 февраля в 10 ч 30 мин утра было сделано объявление о возможном сильном землетрясении. Эвакуация людей началась в 14 часов. В 19 ч 36 мин произошло землетрясение с магнитудой в 7,3 балла. Разрушено 90 % зданий в городе, число жертв не превысило 200-300 человек.

В Китае было еще несколько прогнозов, но в 1976 г. неожиданное страшное землетрясение унесло жизней несколько сот тысяч человек.

Наиболее крупными структурными элементами земной коры являются континенты и океаны, характеризующиеся различным строением земной коры.

В пределах океанов и континентов выделяются менее крупные структурные элементы, во-первых, это стабильные структуры – платформы, которые могут быть как в океанах, так и на континентах. Они характеризуются, как правило, выровненным, спокойным рельефом, которому соответствует такое же положение поверхности на глубине, только под континентальными платформами она находится на глубинах 30 – 50 км, а под океанами 5 – 8 км, т.к. океанская кора гораздо тоньше континентальной.

В океанах, как структурных элементах, выделяются срединно-океанные подвижные пояса, представленные срединно – океанскими хребтами с рифтовыми зонами в их осевой части, пересеченными трансформенными разломами и являющиеся в настоящее время зонами спрединга, т.е. расширения океанского дна и наращивания новообразованной океанской коры. Следовательно, в океанах как структурах выделяются устойчивые платформы (плиты) и мобильные срединно – океанские пояса.

На континентах как структурных элементах высшего ранга выделяются стабильные области – платформы и эпиплатформенные орогенные пояса, сформированные в неоген-четвертичное время в устойчивых структурных элементах земной коры после периода платформенного развития.

К таким поясам можно отнести современные горные сооружения Тянь-Шаня, Алтая, Саян, Западного и Восточного Забайкалья, Восточную Африку и др.

Кроме того, подвижные геосинклинальные пояса, подвергнувшиеся складчатости и орогенезу в альпийскую эпоху, т.е. также в неоген-четвертичное время, составляют геосинклинальные орогенные пояса, такие как Альпы, Карпаты, Динариды, Кавказ, Копет-Даг, камчатка и др.