СОВРЕМЕННЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ, МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ

Уже древним грекам и римлянам, обитавшим в тектонически
и сейсмически высокоактивной области Средиземноморья, было из-
вестно, что земная поверхность может испытывать поднятия и
опускания, хотя их догадки о причинах этого были весьма наивны
icдолго оставались такими. Не было и никакого представления о
масштабах и скоростях этих движений. Впервые попытку опреде-
лить знак и скорость современных движений предпринял в XVIII в.
знаменитый шведский естествоиспытатель А. Цельсий. Заинтере-
совавшись колебаниями уровня Балтийского моря, он сделал за-
сечки на гранитных скалах шведского побережья, чтобы наблю-
дать за колебаниями уровня моря относительно этих засечек. Поз-
же, в XIX в., известный исследователь Сибири И. Д. Черский сде-
лал то же на берегу Байкала. В том же XIX в, по таким засечкам
в Швеции и Финляндии было установлено, что северная часть по-
бережий Балтики испытывает поднятие, а южная — опускание.
Несмотря на очевидность определяющей роли в этом движений
земной коры, в геологической литературе долго шли споры о том,
что служит основной причиной колебания уровня океана и свя-
занных с ним морей — тектонические движения земной коры кон-
тинентов или собственные, эвстатические, колебания уровня океа-
на, обусловленные изменениями объема бассейнов или заключен-
ных в них масс воды. Это противоречие было разрешено лишь в
20-е годы нашего века финским геологом В. Рамзаем, указавшим,
что в действительности взаимодействуют оба фактора — тектони-
ческий и эвстатический.

Систематическое изучение современных движений началось в
конце XIX в.; таким образом, инструментальные наблюдения этих
движений ведутся уже в течение столетия. За это время был раз-
работан ряд специальных методов изучения как вертикальных,
так и горизонтальных движений, причем, как увидим ниже, осо-
бенно значительный прогресс был достигнут в этой области в пос-
ледние полтора—два десятилетия. Возник особый раздел текто-
нической науки, для которого В. Е. Хаин предложил название
пктуотектоники. ._-•

4.1. Методы изучения вертикальных движений

Старейшим из методов изучения вертикальных движений яв-

представляющий дальнейшее развитие

_
"идей Цельсия и Черского.

Начиная с 80-х годов прошлого столетия во многих портах ми-
ра были установлены водомерные приборы — сначала рейки, за-
тем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюде-
ний за изменением положения уровня моря. Эти изменения, как
i отмечалось, обусловлены двумя причинами: 1) собственными, эв-
статическими, колебаниями уровня Мирового океана, обязанны-
ми изменению пбър.ма_его водной массы или рельефа__дна; 2) под-
нятиём~или oп/CI<£HJieil_бe£eтx)B_:__JAлгeбpaичecкoc^:^ суммирование
рёзульт^тов~Т1аблюдён"ий повеем портам мира, где установлены
водомерные приборы, показывает, что в последнее столетие про-
исходит систематическое повышение уровня океана со скоростью
примерно 1,2 мм/год. Оно вызвано скорее всего таянием леднико-
вых щитов Антарктиды и Гренландии в связи с потеплением кли-
мата Земли. Между тем регистрируемые изменения уровня име-
ют, как правило, более высокие значения и различный знак, что
указывает на решающее значение второго фактора — движений
береговой суши. Очевидно, чтобы получить правильное представ-
ление об амплитуде и скорости последних, надо вычесть (в случае
опускания) или сложить с замеренной величиной эвстатическую
компоненту — 1,2 мм/год.

Водомерные наблюдения ведутся не только на берегах океа-
нов и морей, но и на крупных озерах и реках, где интерпретация
их результатов не отличается от вышеизложенной.

Метод повторного нивелирования. По мере строительства же-
лезных дорог появилась необходимость периодического высоко-
точного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопас-
ности движения. Повторное нивелирование выявило изменение от-
меток реперов со временем. Оказалось, что в большинстве случа-
ев эти изменения нельзя объяснить деформацией поверхности за
счет экзогенных явлений (просадка или выпучивание грунта), что
они носят систематический характер, т. е. происходят в данном
пункте с одним знаком, и что этот знак обычно совпадает со зна-
ком той структуры, на которой репер расположен. Это привело к
выводу, что 'основной причиной смещения реперов являются дви-
жения" земной коры и что, следовательно, результаты повторного
нивелирования вдоль железнодорожных линий могут быть ис-
пользованы для выявления современных вертикальных движений
суши (рис. 4.1). При этом необходимо увязать между собой изме-
рения вдоль различных линий и привязать их к уровню океана в
портах, где ведутся водомерные наблюдения. Подобная обработка
данных повторного нивелирования позволила составить карту
современных движений европейской части СССР (1958, 1963 гг.),
а затем и всей Восточной Европы (1971 г.). Карты эти были сос-
тавлены под руководством Ю. А. Мещерякова.

поднятия
8-14 и §олее

Рис. 4.1. Современные вертикальные движения в Восточной Европе по резуль-
татам повторных нивелировок. С карты под редакцией Ю. А. Мещерякова

(1971), упрощено

В дальнейшем повторное высокоточное нивелирование вошло
в комплекс наблюдений, производимых на специальных геодина-
мнческих полигонах, которые были организованы в бывшем СССР
н ряде районов (пос. Гарм в Таджикистане, окрестности Ашхаба-
да, Ташкента, оз. Баскунчак в Астраханской области, Кольский
полуостров и др.).

Результаты изучения современных вертикальных движений
обними описанными выше методами показали, что они происхо-
ди i со скоростью от долей до несколько миллиметров, реже более

10 мм/год. В большинстве случаев, как отмечалось, знак движений
согласуется со структурным планом, указывая на унаследованное
развитие поднятий и прогибов; для Русской равнины такое соот-
ветствие наблюдается примерно в 70% случаев. Тем не менее в
пяде районов знак движений и структур не совпадает; так, При-
каспийская впадина по данным нивелировок испытывает поднятие,
а Урал с прилегающими районами — опускание (но относитель-
ное поднятие по сравнению с непосредственным обрамлением).
Парадоксально то, что на Русской равнине местами, например в
центральной части Украинского щита, скорость поднятий оказыва-
ется не меньшей, чем на Кавказе, — более 10 мм/год. Если допус-
тить, что поднятие здесь шло с такой скоростью хотя бы в течение
всего последнего миллиона лет, оно должно было создать (без
поправки на денудацию) горы высотой в 10 км! И вообще скорость
современных движений оказывается минимум на один-два поряд-
ка выше, чем измеренная методом анализа мощностей для движе-
ний более отдаленного геологического прошлого, и на порядок
выше, чем установленная геоморфологическими методами для но-
вейших движений. Этот «парадокс скоростей» может иметь двоя-
кое объяснение: 1) реальное ускорение вертикальных движений в
новейшую и особенно современную эпоху и 2) вертикальные дви-
жения имеют колебательный характер и истинное представление
•об их скорости может дать лишь алгебраическое суммирование за
достаточно длительный промежуток времени. Современная эпоха
действительно отличается высоким темпом вертикальных движе-
ний, но все же это ускорение недостаточно для объяснения «па-
радокса скоростей». Основное значение имеет, очевидно, колеба-
тельный характер движений, который подтверждается рядом
фактов: изменением знака движений в портах Каспия относитель-
но одного из них, принимаемого за неподвижный, или реперов при
проведении третьего тура нивелировок в Прибалтике и др.

4.2. Методы изучения горизонтальных движений

Основным методом изучения горизонтальных движений до не-
давнего времени служили повторные триангуляции, которые вна-
чале также проводились не в целях выявления тектонических сме-
щений и лишь затем стали использоваться в этом направлении. В
настоящее время вместо триангуляции производятся трилатера-
ции, при которых измеряется длина не одной, а всех сторон тре-
угольника. Особенно заметные горизонтальные смещения, как и
вертикальные, обнаруживаются после крупных землетрясений. Они
нередко измеряются метрами (вертикальные смещения почти до
10 м при Гоби-Алтайском землетрясении 1957 г. и Аляскинском
1964 г.; горизонтальные до 21 м при Аляскинском землетрясении),
В _н_а£тоящес_время[изучение горизонтальных движений произво-
дится (^1О^[О11^ю^азе^нь1х^ал^ьно^£ов7 ~————-———
—Результаты изучения горизонтальных движений показывают,
что скорость их не уступает скорости вертикальных движений,, а

часто превосходит последнюю. При этом горизонтальные движе-
ния имеют не колебательный, а направленный характер, чем и
объясняется то, что их суммарная амплитуда за определенный ин-
тервал времени намного превышает амплитуду вертикальных дви-
жений. Так, на Гармском полигоне, расположенном на стыке Па-
мира и Тянь-Шаня, за последние 40 лет смещение Памира в сторо-
ну Тянь-Шаня происходило со скоростью около 2 см/год.

Однако заключение об устойчивом однонаправленном знаке го-
ризонтальных движений не должно абсолютизироваться. В от-
ношении ряда сдвигов установлено, что знак перемещения по ним
изменялся во времени. Но такие изменения происходили через
.шачительные промежутки времени, на несколько порядков пре-
восходящие период наблюдений за современными движениями.
Тем не менее следует отметить, что во время некоторых крупных
землетрясений, например Токийского 1923 г., наблюдались крат-
ковременные обращения знака горизонтальных движений земной
поверхности.

Особый интерес представляет выявление относительных сме-
щений литосферных плит. Прежние попытки измерения этих сме-
щений путем повторного определения географических координат
для пунктов, расположенных на разных континентах, обычным
астрономическим методом были признаны недостаточно надежны-
ми. В настоящее время используются два других, значительно бо-
лее точных метода повторного измерения расстояния между от-
даленными пунктами: _1) с помощью лазерных отражателей, уста-
новленных на Луне или'1Та~йскусственных спутниках Земли; 2) ^£_
помощью регистрации радиосигналов от квазаров (длиннобазовый
радиойнтёрферометрический метод).Точность определения отно-
сительного смещения плит этими методами достигла порядка сан-

т m ттгттгч^ ^ттт;r=f^-..~ -- ---- ------ -

ТПМВТТТГ

___________________ •' —— ~ J~ --,——,..••« -ЧЛ-*'-

~в_год._Поскольку_скорость.. смец!еы1я..._пдит~составляёТ
обычн'6 несколько сантиметров в год (для некоторых плит более
1 (Тем/год; ^см- Р^ис' 5.1), то данные, накопленные за несколько лет
измерений, уже по крайней мере на порядок превосходят возмож-
ную ошибку этих измерений. Такие данные уже получены (на-
блюдения ведутся с 1979 г.), и результаты их обработки приведе-
ны на рис. 4.2 и 4.3. Как видно из их сопоставления с кинемати-
кой литосферных плит, определенной по новейшим линейным маг-
нитным аномалиям в океанах, между ними наблюдается хоро-
шая сходимость, подтверждающая реальность горизонтальных пе-
ремещений плит, предполагаемых в теории тектоники литосфер-
ных плит, и достоверность определения их направления и скорости
по океанским магнитным аномалиям.

На основании изучения современных вертикальных и горизон-
тальных движений установлено, что вся поверхность Земли охва-
чена этими движениями, первые носят колебательный, а вторые —
направленный характер. Поскольку скорость вертикальных дви-
жений, замеренная в подвижных поясах и на континентальных
платформах, оказывается соизмеримой, можно предполагать, что
на платформах колебательный характер этих движений проявлен

4!)

СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА-ТИХИЙ ОКЕАН ТИХИЙ ОКЕА, Н- А ВСТР А ПО- ИН Д H^ei

СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА-АВСТРАЛО-ИНДИЯ ТИХИЙ ОКЕАН-ЮЖНАЯ АМЕРИКА
"VC

СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА-ЮЖНАЯ АМЕРИКА АВСТРАЛО-ИНДИЯ-ЮЖНАЯ АМЕРИКА

...... ^

Рис. 4.2. Относительные перемещения литосферных плит, установленные с по-
мощью лазерных отражателей на спутниках. По Д. К. Христодулиднг и др.,

'1985.

Скорости (в см/год) по данным лазерных измерений указаны в левых верхних
углах рисунков. В правых нижних углах для сравнения даны скорости., вычис-
ленные для последних нескольких миллионов лет Дж. Б. Минстером и Т Джор-
даном (1978) по линейным магнитным аномалиям океанов. Знак минус означает
сближение, знак плюс — расхождение литосферных плит

более отчетливо, чем в подвижных поясах, т. е. здесь они явля-
ются более короткопериодическими. В подвижных поясах верти-
кальные движения также более дифференцированы по площади,
т. е. сопряженные волны поднятий и опусканий уже, чем на плат-
формах, а градиент движений, т. е. изменение скорости движений
на единицу расстояния, — на порядок или два выше.

Помимо изучения вертикальных и горизонтальных смещений
земной поверхности проводится изучение изменения ее наклонов

Рис. 4.3. Схема, поясняющая высокоточное измерение расстояний между уда-
ленными радиотелескопами методом радиоинтерферометрии, и результат опре-
деления этим методом скорости субдукцни Тихоокеанской плиты под Японскую

островную дугу. По К. Хэки, 1989.
На схеме: А — атомные часы; т ,— время опоздания радиосигнала

специальными приборами — наклономерами, а также деформа-
ций — деформографами. Последние представляют собой закреп-
ленные с двух концов кварцевые стержни, изменение длины кото-
рых и регистрируется.