ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2012, № 2, с. 14-26
УДК 550.348
ВЛИЯНИЕ ЛУННО-СОЛНЕЧНОГО ПРИЛИВА НА ВАРИАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ГРАНИЦЕ ЗЕМНАЯ КОРА-АТМОСФЕРА
© 2012 г. В. В. Адушкин, А. А. Спивак, В. А. Харламов
Институт динамики геосфер РАН, г.Москва Поступила в редакцию 08.11.2010 г.
В работе рассмотрены эффекты воздействия внеземных сил в виде гравитационного взаимодействия в системе Земля—Луна—Солнце на особенности развития природных процессов в окружающей среде. На основе результатов инструментальных наблюдений выделены основные периодичности и цикличности временных вариаций ряда геофизических полей и процессов на границе земная кора-атмосфера. По результатам корреляционного анализа сделано заключение о том, что основным фактором, определяющим околосуточные и двухнедельные вариации электрического поля в грунте, эманационного поля радона, уровня подземных вод и поля микросейсмических колебаний является лунно-солнечный прилив. Анализируется также роль приливной деформации в формировании разномасштабных блоковых движений в земной коре. В важной для платформенных областей проблеме вертикальных, горизонтальных и вращательных перемещений структурных блоков выявлена новая форма движения блоков, близкая к прецессии, которая возникает в результате разновременной реакции блока и примыкающих к нему межблоковых промежутков либо тектонических структур с отличающимися в разных направлениях прочностными и деформационными свойствами на действие приливных сил.
Ключевые слова: геофизические поля, гравитационное взаимодействие, деформация, земная кора, тектонические разломы.
ВВЕДЕНИЕ
Постоянно действующее возмущение геофизической среды в результате гравитационного взаимодействия в системе Земля—Луна—Солнце следует рассматривать в качестве одного из основных факторов, которые определяют режимы большинства геодинамических процессов. Приливное воздействие Луны и Солнца на континентальную земную кору, результатом которого является прилив, определяет не только механику ее деформирования, преобразование вещества, но также режимы некоторых геофизических полей и интенсивность межгеосферных взаимодействий на границе земная кора-атмосфера [Адушкин и др., 2006; Спивак, 2010а; Хаин, 2009].
Периодически повторяющееся разуплотнение вещества в приливной волне вызывает преобразование структуры земной коры [Адушкин, Родионов, 2005; Локтев, 1999], вариации режима подземных вод, а также изменение физико-механических характеристик горных пород на приповерхностных участках Земли [Дьяконов, Улитин, 1982; Жа-малетдинов и др., 2000; Копылова и др., 2009]. В большей степени это проявляется в локальных зонах, характеризующихся контрастными по сравнению с окружающими горными породами свойствами (например, зоны разломов) [Молоденский, 1983; Спивак, 2010].
Изменение свойств вещества разломных зон и земной коры в целом, а также режима подземных вод в результате прилива, в свою очередь, определяет особенности геоэлектрических эффектов, которые проявляются в формировании устойчивых околосуточных вариаций поля земных токов [Кро-левец, Копылова, 2003; Кугаенко, 2005; Кузнецов и др., 2004], хорошо выраженных периодичностей электрического поля в грунте (как правило, в результате электрокинетического эффекта [Гохберг и др., 2007]), а также в формировании периодичностей в дискретной составляющей электрического поля на приповерхностных участках земной коры [Адушкин и др., 2006; Спивак, Харламов, 2008].
Данные инструментальных наблюдений свидетельствуют о заметном влиянии приливной деформации на вариации микросейсмического фона. Многочисленные измерения, выполненные на разных участках земной коры, показывают, что лунно-солнечный прилив, проявление которого в широкополосном микросейсмическом шуме не всегда заметно [Гальперин и др., 1987], вызывает отклик поля микросейсмических колебаний в определенных частотных интервалах в виде периодических вариаций среднеквадратической амплитуды с периодами, близкими к 12 и 24 ч. [Рыкунов и др., 1979; Гордеев и др., 1995; Атлас..., 2002; Спивак, Кишкина, 2004; Кугаенко. Салтыков, 2009].
При этом частотный интервал, в котором наблюдается модуляция амплитуды микросейсмического фона приливом, оказвается различным для разных участков земной коры и может рассматриваться в качестве некоторой характеристики их геодинамических свойств [Спивак, Кишки-на, 2004].
Весьма значительна роль приливного фактора в эманации подземных газов. Изменение проницаемости каналов миграции подземных газов в результате разуплотнения среды в приливной волне деформации приводит к характерным периодич-ностям и цикличностям, например, радоновых эманаций [Спивак и др., 20096; Уткин и др., 2008].
Постоянно повторяющееся на протяжении всей истории формирования твердой Земли приливное лунно-солнечное возмущение следует рассматривать также в виде тектонического фактора. Особенно велика его роль в процессах накопления деформаций и напряжений, в первую очередь — в зонах нарушения сплошности среды [Авсюк, 1996]. С этой точки зрения приливная волна деформации в среде блочно-иерархического строения оказывает существенное влияние на тектонические процессы в литосфере, связанные, в частности, с подготовкой землетрясений. Имеющиеся данные свидетельствуют не только о связи частоты землетрясений (в том числе слабых) с периодично-стями приливной волны [Николаев, 1996; Гольдин и др., 2008; Стовас, Нестеренко, 1963], но также о влиянии приливных эффектов на пространственное распределение очагов землетрясений [Булатова, 2005].
Более того, периодическое воздействие приливного возмущения на литосферу в течение всего времени функционирования системы Земля-Луна оказывают существенное влияние на определенную направленность развития геологических процессов Земли [Авсюк, 1991; Хаин, 2009; Хаин, Халилов, 2009]. В работе [Шило, Вашилов, 1989] отмечается, что постоянно действующие земные приливы в масштабах всего геологического времени можно рассматривать как высокочастотный "тектонический вибратор", способствующий плотностной дифференциации вещества, реализации принципа изостатического равновесия и другим процессам в недрах земли, а также как "тектонический насос", поскольку под действием приливной волны происходит раскрытие трещин и межблоковых промежутков, что сопровождается проникновением вверх расплавов и подъемом уровня подземных вод.
Помимо воздействия на твердые оболочки Земли приливная деформация отчетливо проявляется также в атмосферных процессах [Сидоренков, 2009] и в ряде физических эффектов, определяя, например, вариации потока тепловых нейтронов из земной коры [Алексеенко и др., 2009], а также
оказывает влияние на глобальные процессы: инерционные и резонансные явления в ядре Земли, процессы на границе ядро-мантия [Молоденский, 2006; Молоденский, Молоденская, 2009] и т.д.
Все перечисленное позволяет говорить о земном приливе как о важном факторе, который не только определяет ритмы и направленность, но в известном смысле является триггером геофизических процессов в окружающей среде [Адушкин, Спивак, 2010].
В настоящей работе анализируются временные
1
вариации некоторых геофизических полей на нескольких участках земной коры, характеризующихся разной тектонической активностью, в сопоставлении с вариациями приливной силы.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
В качестве исходных данных в настоящей работе использовались результаты инструментальных наблюдений, выполненных в течение 2004-2010 гг. в нескольких регионах России.
В пределах Восточно-Европейской платформе наблюдения за геофизическими полями выполнялись в ее центральной части, а именно: на южной окраине Пачелмского авлакогена (участок Нелидово-Рязанской тектонической структуры, расположенный вдоль р.Оки на юге Московской области в районе геофизической обсерватории "Михнево" ИДГ РАН) и на северной окраине Подмосковного авлакогена (район Ногинской тектонической структуры) [Адушкин и др., 2006; Горбунова и др., 2002].
Нелидово-Рязанская тектоническая структура — крупная трансрегиональная шовная зона протяженностью 300—450 км, тяготеющая к сочленению мегаблоков, который расположен в пределах Московской синеклизы, Воронежского выступа и Ря-зано-Саратовского авлакогена.
Расположение района исследований на стыке макросегментов Восточно-Европейской платформы [Минц и др., 2004] определяет многократную активацию тектонических структур на протяжении геологической истории. В частности, граница сегментов, различающихся по плотности, чувствительна к гляциоизостатическим движениям, то есть проявлялась в плейстоцене вертикальными движениями.
Последние результаты геолого-геофизических исследований глубинного строения Московской синеклизы показывают, что под широтным отрез-
1 Под геофизическими полями будем понимать физические поля Земли (в данном случае — электрическое поле в грунте), а также поля, представленные заданными в пространстве значениями геодинамических параметров (поле деформаций, эманационное поле радона, поле микросейсмических колебаний, уровень подземных вод).
ком долины р. Оки в фундаменте располагается разлом, кинематически определенный как взброс или надвиг. Возраст заложения и активности этой структуры определяется как архей-раннепротеро-зойский (период формирования платформы). В рифейское время, когда формируются основные черты рельефа поверхности фундамента Восточно-Европейской платформы, разлом оказывается в поле растягивающих напряжений и участвует в формировании южного борта Пачелмского прогиба (в его северо-западном замыкании) и кинематически определяется как сбросо-сдвиг [Иванченко, 2005; Горбунова, Иванченко, 2004].
Последующая тектоническая активность Нелидово-Рязанской тектонической структуры (НРТС) проявляется в осадочном чехле в виде флексур или выклинивания отдельных стратиграфических горизонтов, а также подтверждается наличием локальных структурных форм в маркирующих слоях, залегающих с угловым несогласием на подстилающих горных породах. По классификации, утвержденной СНиП 2.02.02-85, НРТС относится к глубинному разлому второго порядка [Несмеянов, 2004]. В пределах Приокского участка структура расчленяет о
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.