Энергия землетрясений и законы гидродинамики

В
этой статье, уважаемые читатели, предлагаем вас рассмотреть очень интересной
явление – рой землетрясений. Современные геофизики, не имея серьёзных
объяснений этому феномену, старается обойти этот тип землетрясений стороной, а
если и затрагивают эту тему, то обвиняет в этом процессе магму, которая якобы
изменяет температурный фон земной коры в районе очага землетрясения, тем самым вызывая
объёмное расширение пород, что и приводит к многократным подземныи толчкам. Мы
находим это объяснение беззубым и наивным, ибо для того, чтобы объёмное
расширение пород соответствовало частоте и магнитуде подземных толчков, необходим
значительный перепад температур, происходящий с частотой роя землетрясений.
Такой процесс возможен только в том случае, если остывание и прогрев горного
массива будет происходить с высокой скоростью. Учитывая низкую теплопроводность
горных пород, это абсолютно не реально. Следовательно, температурное расширение
пород горного массива, как источник роя землетрясений является голой декларацией,
ни каким образом не объясняющее работу механизма пульсации земной коры. В
действительности, механизм образования роя землетрясений заключается в энергии движения
магмы, как под тектонической плитой, так и в её разломах и трещинах. Фундаментом
нашего заключения является свойство жидкости при движении по трубопроводу создавать
гидравлический удар. Каналы, разломы и трещины в земной коре можно отнести к
подземным “трубопроводам”, а магму к жидкости. Следовательно, при движении
магмы в земной коре и мантии обязаны происходить (и происходят) гидравлические
удары. Возникающие при этом процессе ударные волны образуют энергетические
импульсы, которые сопровождаются мгновенными перепадами температур, давлений,
ускорений  и торможений атомов, фазовыми
переходами материи и роем землетрясений. К сожалению, многие геофизики не
уделяют должного внимания тому, что магма помимо передачи горным породам
тепловой энергии, она, как и любая жидкость, следует законам гидродинамики, действия
которых в условиях больших глубин и давлений приводят к появлению в горном
массиве грозной силой, способной с легкость “шевелить” огромные блоки пород. В
данной главе мы опишем возникновение роя землетрясений при двух видах землетрясений:
а) при коллизии тектонических плит, б) при извержении вулкана. В первом случае
мы опишем и поясним механизм образования роя подземных толчков на примере роя землетрясений
1870 года в южной Греции. Рассматриваемая территория  расположена на стыке Африканской и Евразийской
тектонических плит, между которыми расположена малая Эгейская плита, на южной
части которой и находится Греция. Эгейская плита движется в юго-западном
направлении относительно Евразийской плиты, подминая под себя Африканскую
плиту. Землетрясение, захватившее Фокиду, Эвбее, Аттику, Пелопоннес
началось 29 июля 1870 года со слабых толчков на острове Лисса. К вечеру 31 июля сейсмическая активность
заметно усилилась и в 3 часов ночи, 1 августа греческую землю потряс сильнейший
толчок. Его сопровождали сильные колебания и вращательные движения грунта. Все
это длилось почти 20 минут. За это время были разрушены Дельфы, Кси-ропидаги,
Хриссо, Итеа, а также Арахова и Анфисса. После этого землетрясение, говоря
медицинским языком, перешло в хронический лихорадочный озноб земной
поверхности! Бывали дни, когда в местечке Итеа за сутки происходило от 1700 до
2000 ударов. В некоторые дни колебания почвы происходили каждые 3 секунды! В
общей сложности за три года у эпицентра произошло около 86 тысяч колебаний и ударов.
Давайте попробуем разобраться, как факт роя подземных толчков может соотноситься
с теорией землетрясений Упругая отдача? По теории господина Рейда землетрясение
возникает в момент скольжения пород
тектонических плит относительно друг друга или вдоль разлома, движению
которых препятствует сила трения. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение,
накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает
критической точки предельной прочности пород, происходит резкий разрыв пород с
их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые
колебания поверхности земли — землетрясения. Если следовать в фарватере
идей господина Рейда, то в нашем случае первые подземные толчки Греческого
землетрясения однозначно продемонстрировали, что критическая точка предельной
прочности пород пройдена, Африканская плита потеряла устойчивость и начала своё
движение под Эгейскую плиту. Но почему после этого момента возникло ещё 86
тысяч толчков? По сути это должно означать, что критических точек было 86
тысяч, которые последовательно преодолевалась Африканской плитой в течение 3
лет, по нескольку тысяч точек в день? Это абсолютно нереально. Рассмотрим
другое возможное объяснение, вытекающее из теории господина Рейда, когда
Эгейская тектоническая плита в результате развития систем взаимодействующих
трещин просто вспарывалась  с образованием
разлома, крылья которого, смещаясь из первоначального положения, генерировали
сейсмические волны. Но, это ещё более непонятный момент в нашем случае, ибо
невозможно придумать причину, которая бы заставила Эгейскую тектоническую плиту
86 тысяч раз взмахивать крыльями разлома с частотой в несколько секунд  в течение 3 лет! Как мы видим, и это
направление исследований роли упругих сил в процессе землетрясений оказывается
лишено смысла. Остаётся один путь объяснения причин роя подземных толчков – это
воздействие на породы земной коры раскалённой магмы, о которой, как о причине
роя подземных толчков очень осторожно говорит современная сейсмология. Но в
этом случае мы обязаны выйти из рамок объяснения землетрясений теорией
господина Рейда и забыть про энергию упругих деформаций, которая якобы годами и
веками накапливается тектоническими плитами и блоками! Следует добавить, что
явление роя подземных толчков не является редким событием, такие явления в
истории нашей планеты происходили и происходят регулярно и особенно часто при
извержении вулканов, что ещё более тесно связывает нашу гипотезу гидравлических
ударов с появлением и движением в глубинах Земли потоков магмы. К примеру, явление роя подземных толчков было отмечено в октябре
2006 года в заливе Фонсека, воды которого омывают Гондурас, Никарагуа и
Сальвадор. Здесь за сутки произошло 691 землетрясение. Более 500 землетрясений и толчков произошло в течение
двух недель в феврале 2008 года около города Мехикали, Мексика. В
2014 году, область земли вблизи границ штатов Калифорния, Орегон  и Невада пережила более чем 800 подземных
толчков в течение трех месяцев. В 2017 году, филиппинская
провинция Батангас испытала рой землетрясений (800 толчков). Секрет механизма
образования роя подземных толчков удалось раскрыть благодаря способности
жидкого тела преобразовывать кинетическую энергию движущего потока в
потенциальную энергию при внезапном прекращении движения. Можно сказать больше,
согласно расчетам в работе, которая опубликована в рецензируемом журнале,
гидравлические удары магмы могут привести к образованию в недрах планеты
плазмы, которая сама по себе в момент разлёта может вызвать сейсмические волны
большой мощности, фазовые переходы веществ и другие реакции. История гласит,
что гидравлический удар, как физическое явление известен с далёкого 1898 года,
когда русский учёный Н.Е. Жуковский исследовал это терроризующее весь мир
явление и описал его в своей работе. В те далёкие
времена стоило людям закрыть или открыть в доме водопроводный кран, как  водоподводящая труба лопалась со всеми
вытекающими из этого неприятного события хлопотами. Жуковскому удалось
найти ответ – что происходит в трубах, которые, казалось бы, без всяких на то
причин, каждый день, в каждом городе мира постоянно рвутся, словно сделаны не
из нового и прочного, а прогнившего металла. С тех далёких времён учёные изучили
явление гидравлического удара до мельчайших подробностей, придумали для его нейтрализации
различные обратные клапаны, установили их на трубах и навсегда забыли эту
проблему. На этом история изучения и борьбы с гидравлическими ударами бы и
закончилась, если бы сегодня вдруг не выяснилось, что явление гидравлического
удара вот уже более ста лет хитро маскирует свою причастность к механизму
образования землетрясений и является одной из причин подземных толчков!
Возникает закономерный вопрос, каким образом гидравлический удар относится к
землетрясениям и в чём его сейсмический секрет? Гидравлический удар как физическое явление – это почти мгновенный скачок давления в системе, заполненной  жидкостью, достигающий при
определённых условиях чудовищной величины. В
основном, это явление вызывается быстрым изменением скорости потока жидкости в трубопроводе вследствие резкого
закрытия или открытия крана. Городские водопроводные системы ничем не
отличаются от сотворённых природой систем естественных подземных разломов,
каналов и трещин, по которым течёт магма, которые внезапно могут быть перекрыты
сместившимися блоками. И тут и там течёт жидкость в виде воды и магмы,
молекулы которых двигаются с определённой внешними условиями скоростью.
Следовательно, никакой разницы в физике процесса нет, ибо магма – это та же
жидкость, а каналы, трещины и разломы в породах массива, это обыкновенные подводящие
магму “трубы”. Вся разница заключается в том, что в отличие от людей, природа
оказалась не способной установить на подземных “трубопроводах” обратные клапаны
и другие устройства компенсирующих силу гидравлического удара. А если в
гидравлической системе Земли отсутствуют обратные клапаны, то в её глубинах случались,
случаются и будут случаться гидравлические удары различной мощности. Вопрос возможности гидравлических ударов в разломах,
трещинах и различных каналах упирается в вопрос строения Земли и конкретно
наличия в структурах коры и мантии необходимого количества подвижной магмы,
способной с достаточной скоростью перемещаться по трещинам и всевозможным
каналам и наличие “подземных трубопроводов” достаточных размеров для пропуска
магмы. Геофизики утверждают, что основной объём магмы в коре и мантии находится
в виде твёрдого тела, и только совсем малая часть мантии – астеносфера представляет собой сильновязкий расплав. При этом
учёные ссылаются на данные сейсморазведки, а именно на непроходимость S волн
сквозь жидкие среды. На этом факте строится теория строения Земли и покоится
фундамент геофизики и, следовательно, серьёзные гидроудары в мантии Земли
невозможны.   Но существуют многочисленные факты,
указывающие на то, что подвижная магма может находиться в коре и мантии Земли в
виде некоторого количества маленьких и больших бассейнов с её перетеканием из
одного подземного хранилища в другие, которые ввиду их незначительных размеров
по сравнению с размерами Земли попросту неразличимы для S волн. Это
подтверждается таким существенным фактом, как наличие в земной коре Батолитов, объёмы которых могут
достигать 1.8х1015 м3. (Андский батолит). Очевидно, что если
раньше природа могла образовывать огромные бассейны магмы, то почему она не
может образовывать такие объёмы в мантии сегодня? А вот что нам говорит о
подземной структуре подвода магмы к жерлу вулкана Толбачик и о движении магмы
по “подземным трубам” один из главных специалистов мировой геофизики по
вулканам и магматической геологии академик РАН господин Н.Л.Добрецов.  “…в вулканической структуре присутствуют
несколько очагов магмы, между которыми все время идет непрерывный обмен
веществом. Изменения в вышележащем очаге всегда связаны с изменениями в другом,
более глубинном очаге, вплоть до того, что пять таких очагов могут работать как
единая проточная колонна …”. То есть, перефразируя слова уважаемого члена
Российской Академии Наук на язык специалиста по гидродинамике, жидкая магма
свободно перемещается по подземным проточным колоннам из одного бассейна магмы
в другой на большие расстояния с сохранением всех физических свойств жидкого
тела. Следовало бы также сказать и о способности
магмы подниматься из глубин мантии по каналам Горячих точек, ярким
примером которых является Гавайская точка и которые способны выдавать на
поверхность огромные массы магмы. На рис.1 показаны наиболее известные Горячие
точки планеты.

Рис. 1. Горячие точки
планеты. Круги красного цвета наиболее активные точки

 Также можно привести образец мантийных плюмов
на примере Йеллоустонского супервулкана.
Известен интересный факт, показывающий, что магма может путешествовать по
подземным магистралям на десятки, а возможно и на сотни километров. Так 19
сентября 2017 года в Мексике произошло землетрясений с эпицентром  в 55 километрах от
вулкана Попокатепетль. В момент подземного толчка на вершине вулкана появилась
вспышка, после чего вулкан выстрелил в атмосферу газы в виде пара, дыма и пепла.
Очевидно, что выхлоп вулкана был связан с ударной волной магмы, которая за
несколько секунд прошла по подземным магистралям 55 км. Плюс, хорошо известно,
что жидкая магма может образоваться из раскалённых блоков тектонических плит в
результате сброса давления при их подвижках. Анализируя изложенные факты можно
заключить, что жидкой магмы, способной вызвать гидравлический удар в глубинах
Земли, имеется достаточное количество, и запрет гидравлического удара,
связанный с якобы отсутствием необходимого количества жидкой магмы в глубинах,
Земли отсутствует. Естественно, магма в первую очередь будет присутствовать в
зонах разломов тектонических плит, подъёмов, субдукций, спрединга, сдвигов, ибо
там происходят резкие сбросы давлений, изменения температур и огромные скачки
напряжений. Особенно ярко это проявляется в так называемом Огненном кольце по
краям Тихоокеанской тектонической плиты. Именно там расположены вулканы и там
происходят значительное количество всех землетрясений. Существует подозрение,
что магма путешествует тысячи километров по подземным каналам Огненного кольца,
рис. 2 отмечаясь гидравлическими ударами в различных его местах в виде
землетрясений!

Рис.2. Огненное кольцо

Исходя
из физико-химических условий существования материи в недрах Земли, модель
образования роя подземных толчков, а также отдельных землетрясений будет
выглядеть так: –  Гидравлический удар
магмы, при изначальном большом давлении и высоком температурном
фоне на глубине очага землетрясения, где вещества уже находятся и приобретают
экстремальные и экзотические свойства и претерпевают необычные метаморфические
и магматические трансформации, ставит окружающее породы в экстремально
неравновесные условия. Энергия ударной волны гидроудара вызовет мгновенный
скачок давления и разогрев и так уже довольно горячих пород и магмы в районе
события на сотни и тысячи градусов, а, следовательно, мгновенное увеличение
объёма окружающих пород. Плюс ко всему во время гидроудара вследствие малой
сжимаемости магмы и высокой жёсткости окружающих пород, скачок давления будет
воздействовать практически на весь объём, участвующий в процессе, то есть
сконцентрирует всю кинетическую энергию, которой обладал поток магмы, объёмы
которой могут быть довольно значительны. Мгновенное повышение давления возможно
на тысячи атмосфер. Плюс, таким резким скачкам давления будут соответствовать
гигантские ускорения и торможения частичек вещества при прохождении через них фронта
ударной волны, которая будет смещать породные блоки, создавая из них или
разрушая пробки в мантийных каналах. Каждый последующий гидравлический удар
будет вызывать дальнейшую дестабилизацию 
и разрушение породного массива, образование новых пробок, которые будут
перекрывать трещины и разломы, создавая последовательно цепочку (рой) толчков. В соответствии с расчетной формулой Жуковским,
энергия гидравлического удара будет зависеть от минерального состава магмы,
плотности, состава окружающих пород, параметров движения магмы и его объема.
Пользуясь этой простой формулой, не только специалист по гидродинамике, но и
любой человек легко рассчитает параметры скачка давления при гидравлическом
ударе:

                                                ΔP
= ρ • Δv • С

 Где ΔP – скачок давления; ρ – плотность жидкости; Δv – изменение
скорости жидкости; С – скорость распространения ударной волны в конкретной
жидкой среде.

Пример. Выполним расчёт энергии гидроудара магмы для произвольно
выбранных параметров. Для этого необходимо знать скорость потока магмы на глубине очага. Достоверно известно, что
базальтовая лава при излиянии из кратера имеет скорость  ~ 2.0 м/с., но её истинное значение на
глубине нескольких километров неизвестно. Возможно 2.0 м/с, а возможно и 10.0
м/с., а возможно и выше. Не зная точной цифры мы вынуждены принять минимально
известную нам скорость V = 2.0 м/с. При абсолютно жестких стенках трубопровода скорость
распро­странения ударной волны Cv равна скорости
распространения звука в магме Cv = 5760 м/с. Будем считать
магму несжимаемой со средней плотностью ρ = 3000 кг/м3. Подставив
данные в формулу Жуковского, мы получим мгновенный скачок давления:

                       ΔP = ρ • Δv • c   = 3000 • 2.0 • 5760  = 35 МПа,

Где: ρ  –
удельная плотность базальтовой магмы кг/м3,  Δv – м/с скорость магмы в момент остановки, Cv
равна скорости распространения звука в магме.

Рассчитаем энергию потока магмы по формуле кинетической энергии:

                                                   Ек=mV2/2

Где,  m – масса потока магмы, m = S • L • ρ, кг,
V- скорость потока магмы, S –
площать сечения канала(~круга), L – длина канала, м2

При определении массы потока
магмы мы должны определить её объёмом. Нам известно, что разломы, дайки, трещины,
и жерла вулканов могут иметь огромные размеры, например, диаметр кимберлитовых
трубок нередко составляет 1000 и более метров. Чтобы в полной мере представить
важность параметра объёма магмы при ударе магмы примем два различных радиуса подводящих
каналов R1=30 м.
и R2=50м,
длину каналов потока магмы примем L = 10000 метров. V= 2 м/сек. удельная плотность магмы – ρ = 3000 кг/м3. Поперечное сечение
каналов составит:

S1 = 3.14 x R2
=2826m2

S2 = 3.14 x R2 = 3.14 • 502 =7850 м2

Масса потоков магмы составит:

m1 = S1• L • ρ = 2826 м2
• 10000м • 3000 кг/м3 = 84780000000 кг.

m2 = S2• L • ρ = 7850 м2• 10000м • 3000 кг/м3 = 235500000000
кг.                        

Энергия потока1   Ek1 = 84780000000 • 22 / 2 = 169560000000 Дж.

Энергия потока2  Ek2 = 235500000000
• 22 / 2 = 471000000000 Дж.              

Эквивалент энергии в ТНТ = Ek / 4,184⋅106 Дж.

TNT1 = 169560000000/
4184000 = 40 528 кг.

TNT2 = 471000000000/
4184000 = 112 572 кг.

При
сравнении данных приведённым в расчётной таблице американской сейсмической  лаборатории (The Nevada
Seismological Laboratory),
таблица 1, с полученным нами значением эквивалента ТНТ 40 и 112 тонн, что
соответствует сейсмическим толчкам с магнитудами М3 и М4

Richter     TNT for Seismic    Example

Magnitude      Energy Yield    (approximate)

-1.5                6 ounces            Breaking a rock on a lab table

 1.0               30 pounds           Large Blast at a Construction Site

 1.5              320 pounds

 2.0                1 ton                  Large Quarry or Mine Blast

 2.5              4.6 tons

 3.0               29 tons

 3.5               73 tons  

 4.0           
1,000 tons            Small
Nuclear Weapon

 4.5           
5,100 tons            Average
Tornado (total energy)

 5.0          
32,000 tons

 5.5           80,000 tons           Little Skull Mtn., NV Quake, 1992

 6.0       
1 million tons          Double
Spring Flat, NV Quake, 1994

 6.5       
5 million tons         
Northridge, CA Quake, 1994

 7.0      
32 million tons         Hyogo-Ken
Nanbu, Japan Quake, 1995

 7.5     
160 million tons        Landers,
CA Quake, 1992

 8.0       
1 billion tons           San
Francisco, CA Quake, 1906

 8.5       
5 billion tons          
Anchorage, AK Quake, 1964

 9.0      
32 billion tons          Chilean
Quake, 1960

10.0       1 trillion tons          (San-Andreas type fault circling
Earth)

12.0     160 trillion tons        (Fault Earth in half through center,

Table1. Richter magnitude for seismic
example

Отвечая
на второй вопрос возможности гидравлического удара в недрах Земли связанного с
наличием “подземных трубопроводов” достаточных размеров, мы хотели бы привести
в качестве примера “подземных трубопроводов” хорошо известные геологам
образования – дайки. Это геологическое понятие означает вертикально стоящее (или близкое к вертикали) интрузивное
геологическое тело застывшей магмы, ограниченное параллельными стенками и
секущее вмещающие породы. Мощность дайки изменяется от долей до сотен и даже
тысяч метров, протяжённость от 1 метра до 500 километров, рис. 3. Например,
всемирно известная Великая дайка Зимбабве. Она возвышается над окружающей
местностью на 50—300 м, протягиваясь на 560 километров при мощности от 3,2 до
12,3 км, рис. 4 Можно легко подсчитать тот гигантский уровень энергии,
который может образоваться при гидроударе магмы в системе крупных дайк, жил,
трещин, тектоническом разломе. Следовательно, никаких запретов на возникновение
гидравлических ударов связанных с магматическими каналами в недрах Земли не
существует.

Рис.3. Три дайки на Baranof Cross-Island Trail, Аляска.

Рис.4.
Великая дайка Зимбабве

Рой
землетрясений вулканического характера

Принципиально
рои землетрясений вулканического характера ничем не отличаются от роя
землетрясений тектонического характера. Это те же гидравлические удары вызванные
движением магмы по каналам в недрах Земли. Главной характерной особенностью роя
вулканических землетрясений является изменение глубины их очагов с очень чётко
выраженным уменьшением глубины. Если при тектоническом рое землетрясений
глубина очагов остаётся примерно на одной глубине, то согласно наблюдениям
вулканологов за извержениями вулканов, при вулканическом рое глубина очагов
землетрясений всё время уменьшается. И это легко объясняется постепенным
поднятием магмы к земной поверхности по путям миграции, и дополнительно подтверждает
связь движения магмы по каналам с образованием гидравлических ударов. Из
многочисленных геологических источников известно, что вулканы обладают
разветвлённой подземной сетью подводящих каналов, трещин, дайк, которые в силу
своих размеров и большого давления магмы могут пропускать через свои сечения
большие объёмы расплавленных пород. Причём, согласно академику Добрецову, магма
может поступать в корневую систему вулкана из различных бассейнов с различным
химическим и физическим составом магм и разными скоростями излияния, рис.5.
где: 3. главное жерло вулкана, 1,2,4,5 боковые жерла, 6 магматический очаг или
несколько очагов, 7 подводящие каналы, 8 граница Мохоровича, 9 зона основного
плавления пород, значок молнии – гидравлический удар.

Рис.5 Строение вулканов. https://geography-a.ru/menu-3-21/277-vulkan.html

В
заключение можно сказать, что в результате воздействия гидравлического удара в
породах земной коры возникнет неравновесное состояние пород в месте удара. Спустя ~ 10-6 с, произойдёт “разгрузка”
очага гидравлического удара, однако вследствие необратимых процессов, породы
очага останутся нагретым, что будет способствовать образованию в очаге
гидравлического удара последующих смещений, образованию новых разломов и
трещин, их перекрытие, а, следовательно, и повторение гидравлических ударов и
роя сейсмических волн. То,
что мощность
гидравлического удара будет зависеть от размеров разломов и может достигнуть
больших величин является очевидным следствием, 
и этот факт не нуждается в дополнительном разъяснении. Время и место будущих гидравлических ударов носит случайный
характер, следовательно, краткосрочный прогноз роя подземных толчков
принципиально невозможен. Произошедший
рой вулканических землетрясений однозначно указывает на начало движения
магматических масс к земной поверхности и скорому началу извержения вулкана. Ну и последнее, что хотелось бы отметить – механизм образования роя
землетрясений является убедительным доказательством ничтожности сил упругих
деформаций в процессах землетрясений.