Безопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаБезопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаБезопасность жизнедеятельности и окружающая природная среда → Человек и окружающая средаЗемля и ее отдельные части изменяются во времени. Эти изменения регистрируются аппаратурой и/или фиксируются в различных видах, например в виде стратиграфических разрезов, где геологи различают пласты, слои, прослойки и т.д. в определенных иерархических подчинениях. Длительные изменения ряда параметров могут подготовить внезапное быстрое явление. Например, накопление напряжений может подготовить геологическую среду к землетрясению - тем более сильному, чем больше его будущий очаг и чем дольше длилось это накопление.
При достижении средой некоторого критического состояния даже небольшое воздействие может вызвать мгновенный сброс накопленных напряжений - землетрясение. Геофизики говорят в таких случаях о существовании триггерного эффекта, когда, например, небольшое приливное воздействие провоцирует сильное землетрясение.
Изменения в литосфере влияют на биосферу, здоровье и качество жизни человека. Они обусловлены современной геодинамикой - быстрыми и медленными изменениями в жизни литосферы, вызванными влиянием внутренних эндогенных процессов, а также экзогенных, в том числе влиянием космоса и антропогенных воздействий. Среди процессов в литосфере можно назвать землетрясения, медленные движения, извержения вулканов, сели, оползни, изменения состава и количества выделяющихся в атмосферу газов, вариации электрического и магнитного полей и т.д.
Исследования этих вопросов предусматривают взаимосвязанное рассмотрение разнообразных изменяющихся во времени (в том числе под действием антропогенной нагрузки) процессов, протекающих в массивах горных пород. При этом должен учитываться факт роста техногенной нагрузки на литосферу и увеличение глубины воздействия на нее человека, так как это может приводить к увеличению числа геодинамических и других катастроф, в том числе в считающихся стабильными районах.
Выше отмечалось, что нелинейные системы могут характеризоваться неадекватной реакцией на воздействия, в частности наличием сильного отклика среды на слабые внешние воздействия. Для литосферы это проявляется в сравнительно сильных изменениях напряженно-деформированного состояния горных пород, изменении скоростей пробега сейсмических волн, сейсмоэмиссионных шумах, наконец, в провоцировании землетрясений, оползней или других быстро протекающих событий.
Изменения в динамике процессов, протекающих в литосфере, фиксируются при повторных измерениях физических полей, при обработке данных о землетрясениях, а также при исследованиях геологических образцов, запечатлевших в себе изменения, которые произошли в прошлом. Геофизический, геодезический, геохимический и другие виды мониторинга проводятся в различных целях, например при изыскании методов прогнозирования землетрясений, для слежения за изменениями в геологической среде при разработке месторождений углеводородов, при проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС и ГЭС.
Исследования динамики литосферы и ее отдельных частей важны для решения проблемы прогнозирования событий и явлений, протекающих в очень широком временном диапазоне: очень быстро и неожиданно (землетрясения, горные удары), не столь быстро и менее неожиданно (цунами, оползни, сели), совсем медленно (современные геодинамические процессы, заводнения, опустынивания, карстовые процессы). Для полноты картины скажем о еще более медленных процессах, развивающихся в геологических масштабах времени, - это, например, горообразование, осадконакопление.
В СССР работы по поиску эффективных методов прогнозирования землетрясений стали интенсивно развиваться после разрушительного Ашхабадского землетрясения 1948 г. Были написаны программы исследований, созданы комплексные прогностические полигоны, проведены большие исследовательские работы. Подобные исследования интенсивно проводили, например, США и Япония. Хотя на этом пути и были достигнуты заметные успехи, проблема прогноза землетрясений до сих пор остается не решенной.
Имеются тысячи публикаций об изменениях различных геофизических и других параметров перед землетрясениями. Были даже некоторые удачные прогнозы землетрясений, однако до настоящего прогноза еще далеко. Разработаны многочисленные методы мониторинговых наблюдений за геофизическими параметрами. Один из них - метод сейсмического просвечивания земной коры при помощи искусственных источников, предложенный академиком Г.А. Гамбурцевым.
Такие наблюдения были проведены многими геофизиками, среди них В.И. Мячкин, М.В. Невский, И.Л. Нерсесов, А.В. Николаев, А.И. Савич, Р. Клаймер, Т.В. Мак-Эвилли и многие другие. Мы тоже провели такие наблюдения в Южном Таджикистане и коротко расскажем об основных результатах, тем более что эти работы позволили найти неизвестные ранее свойства динамики процессов и инициировали крупное междисциплинарное исследование, которое продолжается до сих пор.
Сейсмический мониторинг литосферы проводился силами ИФЗ АН СССР и Геологоуправления ТаджССР в течение семи лет при использовании взрывных источников в озерах Искандеркуль и Чашмаисангок. Полученные данные показали новую сторону расслоенности земной коры, заключающуюся в том, что вариации геофизических параметров (время пробега сейсмических волн, амплитуды и др.) в разных структурных этажах земной коры, помимо общих черт, обладают и своими, специфическими чертами, в том числе своими наборами ритмов.
Этих ритмов, вообще говоря, может быть много, однако доминируют лишь некоторые из них. Выяснилось также, что ритмические вариации, как правило, то существуют и обладают выраженной интенсивностью, то сильно уменьшаются по амплитуде вплоть до полного исчезновения.
Форма временных рядов времени пробега продольных волн в земной коре, разных ее слоях и верхах верхней мантии различается (рис. 1.5 и 1.6). Времена пробега волн в разных слоях изменяются по-разному. Наблюдаются увеличение значений измеряемых параметров для одних объемов и уменьшение их для других. Наибольший размах вариаций приурочен к верхней части земной коры, слою осадков, возможно с верхами «гранитного» слоя. Жизнь каждого слоя коры зависит от жизни соседних слоев, но в то же время имеет и свои, присущие только ему индивидуальные качества.
Сумма размахов вариаций в каждом слое меньше размаха вариаций в совокупности тех же слоев. Это происходит из-за различий в вариациях параметров в этих слоях. Вариации в больших объемах, содержащих малые объемы, могут взаимно компенсировать друг друга. Отсюда следует методический вывод о целесообразности построения и анализа временных рядов данных для разных, отдельно взятых объемов среды.
Рис. 1.5. Временные ряды времен пробега продольной волны вдоль профилей Искандеркуль-Шаамбары (а) и Чашмаисангок-Шаамбары (б - во всей коре и в - в верхах коры). Вертикальными отрезками показаны доверительные интервалы (5-процентный уровень значимости).
Тренд может быть фрагментом длиннопериодной вариации. Виден по-разному проявляющийся годовой ритм. Общий размах вариаций достигает 60 мс.
Следовательно, можно говорить о различной реакции разных объемов (слоев, блоков) литосферы на внешние воздействия.
Временные ряды носят сложный характер, изобилуя горбами и впадинами - бухтами. Бухтой называют более или менее выраженный и продолжительный спад графика (временного ряда) с последующим подъемом, во время которого и может произойти землетрясение. Такая форма изменений часто наблюдалась во временных рядах отношения скоростей пробега продольных и поперечных сейсмических волн. К некоторым из бухт приурочены землетрясения, поэтому они долгое время считались предвестниками землетрясений. Однако уже давно было замечено, что бывают бухты без землетрясений и землетрясения без бухт.