Энергия, накопленная в прошлом

Об этой гипотезе я читал давно. В журнале "Земля и Вселенная" когда-то рассказывалось о коллективе сейсмологов, собравшихся на совещание в Гарме, в своей обсерватории. Помнится, автор статьи сдержанно, но добросовестно изложил основы построений Виталия Пономарева и, не выказывая никакого к ним отношения, перешел к очередному вопросу, кажется к знаменитому случаю, когда Алексей Николаев во время своего весьма серьезного доклада о сейсмической "мутности" в качестве иллюстрации предложил собравшимся свое очень недурное полотно, выполненное в духе если не абстракционизма, то Чюрлениса. О Николаеве и мутности я расскажу дальше, а досказать наконец все про гипотезу накопленной энергии (независимо от Пономарева похожую идею развивают Кучай из Душанбе и Хлобустов из Ташкента) самое время.

Свой рассказ Виталий всегда начинает с ошеломляющих фактов. Последуем его примеру.

Когда строили туннель под Монбланом и основательно уже углубились, начали происходить странные случаи. Вот отвалили большой кусок породы, везут в вагонетке. И вдруг (иногда еще в вагонетке, иногда уже снаружи, в отвале) бах! Взрыв! Камень - в порошок, разлетается вдребезги.

В шахтах иногда происходят горные удары, которые тоже трудно отличить, с одной стороны, от землетрясений, с другой-от взрывов. Когда добираются до "гипоцентра" горного удара, чтобы выяснить, какие деформации вызвали катастрофу (а горные удары - это именно катастрофы), выяснить часто ничего не удается: горные породы перемолоты в пыль.

Один мой знакомый любил спрашивать: что будет, если... И дальше шло что-нибудь такое, чего быть в природе не может. Но такие мысленные эксперименты очень полезны и часто применяются в науке. Помню, один раз он спросил: "Что ты увидишь, если перед твоими глазами разрежут, как арбуз, пополам земной шар?" Я начал напрягать память и мямлить: вот увижу жидкое ядро, в нем твердое ядрышко... Знакомый пришел в восторг от моей тупости. "А ничего тыне увидишь, - заорал он, - ты ослепнешь сразу. Ведь Земля вся, за исключением верхних нескольких сот километров, раскалена добела, ярче самой яркой электрической лампы!" Тогда я, помню, был сконфужен. Но сейчас, я мог бы задать ему тот же вопрос, и, когда он с удовольствием выпалит свое умозаключение, я имею все основания в тон ему сказать:

- А ничего ты не увидишь и не ослепнешь, ты погибнешь сразу от чудовищного взрыва! Ведь освободится вся затаенная в Земле энергия ее гравитационного сжатия. Миллиарды атмосфер - и все наружу!

И пожалуй, он будет еще более сконфужен, чем я, ибо этот мой знакомый - сейсмолог и должен был в первую очередь подумать о механике, а не об оптике земных недр.

Все эти примеры и мысленные эксперименты говорят о том, что в недрах нашей планеты хранится огромное количество энергии. Не следует думать, что эта пассивная потенциальная энергия всестороннего давления пробуждается только в редких, исключительных случаях. При разного рода фазовых превращениях вещества (например, при изменении внешнего давления, температуры) масса даже небольшого объема (например, гранитных пород) по-разному воспринимает это изменение. В составе гранита - кварц, полевой шпат, слюда, у них разные коэффициенты расширения, модули упругости и что-то там еще, в результате в принципе не исключено раздробление гранитной глыбы в недрах, без ее извлечения на поверхность.

Где на Земле возможно повышенное выделение такой энергии? Во-первых, в рифтах. Об этом уже говорилось выше. Там эта энергия выделяется в форме тепла и мощных нагнетательных процессов, обеспечивающих плитотектоническим импульсом всю литосферу планеты. Во-вторых, она должна как-то проявлять себя и в горах. Так или иначе, но горы растут, а с их вершин непрерывно смывается, выветривается слой за слоем. Там происходит непрерывный и неравномерный в пространстве процесс подъема к поверхности сжатой чудовищным давлением бомбы земных недр. Куда девается вся эта энергия, по подсчетам, очень большая? Неужели исчезает бесследно? Не она ли ответственна за большую часть трещин и разломов в коре Земли?

Не эта ли энергия хотя бы отчасти ответственна за бесчисленные землетрясения, которые есть во всех горных системах Земли?

Механизм разуплотнения... Сам автор и энтузиаст этой гипотезы Виталий Пономарев, как это часто бывает, склонен расширить рамки ее применения до весьма широких пределов.

- Представь, - говорит он мне, и глаза его зажигаются фанатическим блеском, - гора! С горы эрозия смывает слой.

Весь столб литосферы до самой астеносферы, на которой он "плавает", становится легче. Он поднимается... Ну, возьми двадцатисантиметровой толщины льдину, срежь верхние два сантиметра, на которые она выступает из воды. Льдина поднимется- но не на все два сантиметра, а на одну десятую оставшихся восемнадцати сантиметров - на 1,8 сантиметра. Так? Срезая льдину слой за слоем, ты уменьшаешь ее толщину, а значит, и величину компенсационного всплывания. Процесс затухает.

В Земле - другое дело! Столб литосферы поднимается после снятия нагрузки на некоторую величину, тоже меньшую, чем эта снятая нагрузка. Но сам столб весь, по всей длине, попав в несколько другие условия всестороннего сжатия, слегка расширится, освобождаясь от избыточного давления, разуплотнится, потеряет в удельном весе. А значит, поднимется еще немного - ровно на столько, чтобы достигнуть прежней отметки. Снизу освободившееся пространство заполняется астеносферным веществом, ничем по составу не отличающимся от литосферного, столб возвращается к прежнему состоянию, ну все равно как если бы льдину снизу намораживали ровно на столько, на сколько ты ее срезал.

Ты понимаешь, раз уж есть гора или континент (любая область сноса), то она себя поддержит, подрастая ровно на столько, на сколько съедает ее сверху эрозия!

- Ты же смотри, что дальше получается, - уже не говорит, а кричит Виталий, задыхаясь от непрерывно прикуриваемых сигарет. - Ты слышал, были ядра роста континентов - это когда Земля дифференцировалась, всплывали комочки веществ полегче, возникли первые участки континентальной коры. Возникнув, они превратились в самоподдерживающуюся и даже развивающуюся систему (осадки после эрозии далеко не уносило, откладывало рядом, суша разрасталась и сама становилась областью сноса, а значит, тоже начинала подниматься, разуплотняясь).

- А тот подъем ведь надо компенсировать, понимаешь же ты! - от возбуждения переходя на свой украинский акцент, кричал Виталий мне уже позже в Москве по телефону. - Область разуплотнения становится областью подсоса. Чего? Ясно - астеносферного вещества. В астеносфере возникает течение от океанов к континентам и горным областям. А разве плитотектоника может объяснить, почему течет астеносфера, да плиты еще ж на себе тащит? Конвекция в мантии? Сомнительно...

Так вот, каждая горная область, каждый континент сосут под себя астеносферное вещество. Но таких зон подсоса много. Скажем, Евразия, Америка. Они гребут под себя вещество, а его мало - слой астеносферы тоньше литосферы, по нему плавающей. Откуда гребут? Из-под океанов. А там, где сталкиваются интересы двух зон подсоса, возникает "водораздел", граница, откуда вещество течет, волоча на себе плиты, в обе стороны! Догадываешься? То ж рифты! Оттуда вещество отсасывается на столько, что возникает новое течение компенсаций, новый подсос, на этот раз снизу, из глубин мантии...

Первая реакция всех знакомых на гипотезу Пономарева - оторопелое молчание. Следствий и выводов так много, что сначала кажется: ужели вот он, ответ на все вопросы? Растекается океаническое дно, раздвигаются континенты, а все из-за чего? Все эти оползни, сели, несущие муть и валуны реки, ледники - это не только результат роста гор, но и причина их роста, и причина роста и существования континентов и течений в астеносфере, и даже причина спрединга - растекания океанического дна у далеких рифтов. Географическая тектоника!

Впрочем...

- Виталий, а как же зона субдукции, заталкивания океанической плиты на стыке континента и океана? Поворачивая вниз по периметру всего океана, литосфера образует прочные завесы, перекрывающие хилые твои течения по астеносфере и, значит, прекращающие весь процесс. А процесс-то не прекращается! И потом, как ты объяснишь, что есть области (тот же Памир, Гималаи), где скорость роста гор на порядок больше, чем скорость их эрозии? К тому же раз плитотектоника остается, значит, и мобилистский механизм роста гор на стыке плит остается тоже... Зачем тогда твой механизм разуплотнения?

Минуту Виталий молчит, ожесточенно затягиваясь сигаретой на другом конце провода, и признается, что "над этим еще надо подумать".

Короче говоря, немало трудностей у гипотезы разуплотнения: слишком уж четко и ясно прослеживается во всем сейсмическом режиме, в механизмах землетрясений тектоническая, геологическая подоплека, направленность всего движения. Но какое-то место в будущей модели сейсмического очага этот дополнительный источник энергии может обрести. Сейчас некоторые сейсмологи (например, наш, гармский, Б. Г. Рулев) разрабатывают сложные (двойные, тройные) модели очага. И уже ясно: чтобы пришел в действие обычный сдвиговый механизм сильного землетрясения (со смещением по большой плоскости), к этому смещению плоскость должна быть подготовлена в предыдущих фазах.

Совсем другую роль несдвиговая компонента может сыграть в глубоких землетрясениях.

Плита, медленно всплывающая под Крышей мира, попадает каждым своим погонным километром в условия все меньшего давления окружающей среды. И по всей длине она разуплотняется, растрескивается, как это нередко бывает с керном пород из глубокой скважины.

Интересно, что распухание плиты, как и керна, идет во все стороны скорее всего одинаково. Но если по наименьшему расстоянию, то есть по толщине, это распухание может идти и без растрескивания, то по длине плиты напряжения от этого неравномерного, усиливающегося кверху распухания, разуплотнения достигают критических величин, приводящих к разрушению - землетрясению (так и керн пород из глубокой скважины разуплотняется во все стороны, а растрескивается только по длине). Становится понятным распределение напряжений в механизме глубоких памирских землетрясений. Если для поверхностных землетрясений сжатие как бы главная ось, а ось растяжения - это скорее ось наименьшего сжатия, то во всплывающей плите главная сила - растяжение. И про ось сжатия глубокого землетрясения в этом случае можно сказать: "ось наименьшего растяжения". Но и это наименьшее растяжение для погруженной плиты фиктивно. Просто в эту сторону плита растягивается без толчков-землетрясений.

Да, непросто распутать Памирский узел... Пусть читатель не думает, что автор самонадеянно взялся разрубить его. Над его распутыванием будут биться еще поколения геологов и геофизиков. Но может быть, читателю теперь будет яснее, как это делалось и делается.