ГЕОТЕКТОНИКА, 2011, № 3, с. 79-82
УДК 550.3
О ВЛИЯНИИ ГЛОБАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ НА КАРСТООБРАЗОВАНИЕ В НИЖЕГОРОДСКОМ РЕГИОНЕ
© 2011 г. В. П. Рудаков, В. В. Цыплаков
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 123995, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10
Поступила в редакцию 19.01.2009 г.
При изучении динамики активизации карстово-суффозионных процессов в одном из карстоопас-ных районов Нижегородской области были проведены спектрально-временной и корреляционный анализ многолетних временных рядов случаев образования карстовых провалов в г. Дзержинск, вариаций уровня воды в р. Ока, вариаций солнечной активности и изменения скорости вращения Земли. Показано, что динамика карстово-суффозионных процессов связана с изменениями флюи-додинамических режимов региона, контролируемыми, в свою очередь, изменениями солнечной активности и вариациями скорости вращения Земли.
ВВЕДЕНИЕ
Традиционно обширные территории древних платформ рассматриваются как геодинамически пассивные элементы литосферы. И именно поэтому природу различных явлений, происходящих на платформе (оползневых и карстово-суф-фозионных процессов, горных ударов и взрывов газа в шахтах, разрывов трубопроводов и т.п.), связывают исключительно с процессами экзогенного изменения геологической среды, сформированной породами осадочного чехла [3]. Однако вслед за академиком П.Н. Кропоткиным [1], указавшим на возможную связь флюидодинамиче-ских режимов геосинклинальных (сейсмоактивных) и платформенных регионов с процессами изменения ротационного движения планеты, нами экспериментально было установлено [5—8], что флюидодинамические режимы разломных структур Восточно-Европейской платформы действительно управляются процессами глобального изменения напряженно деформированного состояния земной коры, контролируемого изменениями скорости осевого вращения планеты. В свою очередь, было показано, что процессы экзогенного преобразования геологической среды, проявляющегося в породах осадочного чехла локальными геодинамическими процессами и явлениями, соподчинены процессам глубинной трансформации геодеформационных полей литосферы, происходящей в породах кристаллического фундамента. Например, было установлено, что динамика аварий на линиях газопроводных сетей в пределах Восточно-Европейской платформы связана с колебательными движениями платформы, а также с процессами циклического флюидо-переноса в разрывных трансконтинентальных и региональных тектонических образованиях, формирующих динамику развития карстово-суффо-
зионных процессов в условиях Московской сине-клизы [7].
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ
В развитие исследований по выявлению характера связей в цепочке причинно-следственной зависимости локальных геодинамических явлений и процессов от процессов глобального изменения напряженно деформированного состояния земной коры был осуществлен спектральный и корреляционный анализ полувековых (49-летних) временных рядов среднегодовых значений случаев образования карстовых провалов в г. Дзержинск Нижегородской области, колебаний уровня воды в р. Ока, протекающей в данной местности, вариаций скорости вращения Земли и изменения солнечной активности. Это позволило проследить за развитием карстово-суффозион-ных процессов под влиянием изменения флюи-додинамических режимов региона, контролируемых вариациями напряженно деформированного состояния земной коры региона, связанными с вариациями скорости вращения Земли и изменениями солнечной активности, контролирующими изменения климатологических параметров как на Земле в целом, так и в каждом конкретном регионе планеты.
Проблемой влияния солнечно-земных связей на процессы приземной атмосферы, гидросферы и даже биосферы после А.Л. Чижевского занимались многие исследователи [4], однако геолого-геофизические аспекты этой задачи освещены слабо. Особенно недостаточно изучены процессы, управляющие в условиях платформенных теорий развитием экзогенных процессов, таких, например, как карстово-суфозионные. И в этом от-
Аю/ю х 10-10
Годы
Рис. 1. Временные ряды вариаций среднегодовых значений: а — скорости вращения Земли; б — индекса Солнечной активности; в — карстовых провалов в г. Дзержинск Нижегородской области; г — вариаций уровня воды в р. Ока. В рядах а, в, г приведены трен-довые составляющие
ФВК
ФВК
Рис. 2. Характер функции взаимной корреляции между временными рядами: а — вариаций скорости вращения Земли и количества карстовых провалов в г. Дзержинск; б — вариаций солнечной активности и количества карстовых провалов в г. Дзержинск; в — вариаций скорости вращения Земли и вариаций уровня воды в р. Ока; г — вариаций солнечной активности и вариаций уровня воды в р. Ока
ношении представившаяся нам возможность проанализировать данные многолетних наблюдений "Карстовой обсерватории" г. Дзержинск Нижегородской области позволила, как нам представляется, сделать еще один шаг на пути оценки масштабов влияния планетарных процессов на динамику развития геодинамических процессов локального масштаба.
На рис. 1 приведены исходные временные ряды среднегодовых значений вариаций скорости вращения Земли (относительные значения), солнечной активности (числа Вольфа), случаев карстовых провалов в г. Дзержинск и уровня воды в
р. Ока, которые были подвергнуты анализу на основе вычисления спектрально-временных и взаимокорреляционных характеристик названных временных рядов и их составляющих, выделенных методом энергетической фильтрации.
На рис. 2 приведены вычисленные значения функций взаимной корреляции (ФВК) между анализируемыми временными рядами.
Как следует из рис. 2а, характер ФВК между вариациями скорости вращения Земли и количеством карстовых провалов в г. Дзержинск свидетельствует о слабой (К = 0.25), но значимой (Р> 0.9) прямой корреляции, а также о корреляции со
О ВЛИЯНИИ ГЛОБАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ
81
сдвигом 2 года и 17 лет. При этом в спектре ФВК выделяется пик с периодом 22 года, характерный для спектра вариаций солнечной активности.
В то же время из рис. 2б следует, что, несмотря на отсутствие между временными рядами вариаций солнечной активности и количеством карстовых провалов в г. Дзержинск (см. рис. 2б) прямой значимой корреляции, вид функции, напоминающий затухающую синусоиду с периодом 11 лет, является свидетельством наличия значимой корреляционной связи в ретроспективе. При этом коэффициент корреляции со сдвигом в прошлое на 17 лет значим (К = 0.5; Р> 0.95). В спектре ФВК этих параметров выделяются пики с периодом 11 и 5 лет, которые характерны также для спектров временных рядов выпадающих в регионе осадков.
Влияние глобальных факторов на вариации уровня воды в р. Ока, связанного с гидрогеодина-мическим режимом региона, проявляется следующим образом.
Согласно функции взаимной корреляции между вариациями скорости вращения Земли и вариациями уровня воды в р. Ока (см. рис. 2в) непосредственная значимая корреляции отсутствует. Однако с запаздыванием на 10 лет отмечается значимая (Р > 0.9) отрицательная корреляция (К = —0.3) между рассматриваемыми параметрами, а в спектре ФВК выделяются пики с периодом 11 лет и 22 года.
Между временными рядами вариаций солнечной активности и вариаций уровня воды в р. Ока (см. рис. 2г) непосредственная значимая корреляция также отсутствует, тем не менее функция имеет вид почти правильной синусоиды с периодом 11 лет, свидетельствуя о связи процесса изменения уровня воды в р. Ока с вариациям солнечной активности. В спектре ФВК выделяется четкий пик с периодом 11 лет.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исходя из результатов проведенного математического анализа временных рядов, казалось бы, не связанных между собой параметров, попытаемся оценить степень влияния и роль глобальных факторов (вариаций скорости вращения Земли и изменения солнечной активности) в цепочке причинно-следственных связей формирования и развития локальных геодинамических процессов и явлений, к каковым относятся, прежде всего, карстово-суффозионные процессы, в условиях Русской платформы.
Заметим, что общепринятые модели развития карстово-суффозионных процессов и формирования карстовых провалов [2] предполагают агрессивное участие в них верхних водоносных
горизонтов подземной гидросферы. Тем не менее это участие ограничивается рамками фильтрационных свойств конкретного породного комплекса, в котором развивается суффозия, и практически не учитывается пространственно-временная структура процессов формирования флюидоди-намических режимов региона под воздействием глобальных геодеформационных процессов.
Влияние вариаций флюидодинамического режима геоструктурного комплекса Нижегородского региона на динамику формирования карстовых провалов в г. Дзержинск, как можно видеть, нашло опосредованное отображение в результатах проведенного взаимокорреляционного и спектрального анализа соответствующих временных рядов. Непосредственная же связь динамики формирования карстовых провалов с вариациями уровня воды в реке Ока обозначилась четким отрицательным экстремумом на кривой взаимокорреляционной функции без какого-либо смещения по оси абсцисс относительно нулевой координаты. Последнее свидетельствует о практически синхронном увеличении числа провалов в ответ на понижение уровня в р. Ока. В то же время периодические составляющие, выделяющиеся в результатах взаимокорреляционного анализа временных рядов вариаций уровня воды в р. Ока, в сопоставлении с составляющими временных рядов вариаций солнечной активности и изменения скорости вращения Земли длительностью 11 лет и 22 года, а также периодичности, выделяющиеся в спектре временных рядов карстовых провалов и колебаний уровня воды в р, Ока длительностью порядка 2 и 4 года, а также 8, 11 лет и 22 года, непосредственно указывают на связь с процессами глобального масштаба [4]. Это подтверждается также и результатами спектрально-временного анализа временных рядов среднемесячных значений вариаций солнечной активности и изменения скорости вращения Земли, в частотном спектре функции скользящей корреляции которых достоверно выделяются те же периодичности длительностью 2 и 4 года, 8, 11 лет и 22 года, а также сост
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.