Проблемы современной концепции изостазии и масштабные эффекты трещиноватой земной коры континентов и океанов

Изостатические представления зарождались в рамках контракционной гипотезы Эли де Бомона, опиравшейся на представления Канта—Лапласа, первоначально расплавленную Землю и на процессы ее постепенного остывания и сжатия. Формировавшаяся в виде корки земная кора постепенно наращивала свою толщину, сминаясь в складки и находясь в гидростатическом равновесии с подстилающим ее субстратом. В процессе триангуляционных работ XVIII—XIX вв. были зафиксированы отличия измеренных уклонений отвеса вблизи горных массивов от расчетных оценок, что позволило Дж. Г. Пратту и Дж. Б. Эри предположить существование глубинных компенсационных масс. К. Е. Даттон, предложивший термин «изостазия», рассмотрел широкий круг геологических задач. Отличие измеренных уклонений отвеса объясняется известным в гравиметрии влиянием «соседних» масс, сформировавших Северо-Атлантическую и Индийскую планетарные аномалии геоида, а также реальным макроразуплотнением горных массивов, не выявляемым при изучении плотности и пористости небольших образцов пород. Современные затруднения концепции связаны с объяснением глобальных перемещений астеносферных масс при планетарной эвстазии, гидро- и гляциоизостазии на вращающейся Земле, а также с объяснением отрицательного результата гравиметрического эксперимента по поверке изостатического механизма современного «всплывания» Фенноскандии. Реакцию земной поверхности и ложа морей и океанов на изменения внешних нагрузок принято рассматривать в рамках единого процесса поддержания изостатического равновесия. Этим представлениям противоречат факты «высокой коровой чувствительности» даже к небольшим осцилляциям внешних нагрузок, повсеместная трещиноватость земной коры, и масштабные зависимости ее физических и деформационных свойств от размеров области приложения нагрузок. Предполагаются два механизма такой реакции коры: «сжатие-расширение» макропоровых пространств в слое 0—10 км и, в соответствии с результатами сверхглубинного бурения на Кольском полуострове, — фазовый механизм на больших глубинах. Обсуждаются пути экспериментального изучения этих явлений в областях аномальных природных и техногенных нагрузок.

1. Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука ГРФМЛ, 1983. 416 с.

2. Rosat S. et al. High-resolution analysis of the gravest seismic normal modes after the 2004 Mw = 9 Sumatra earthquake using superconducting gravimeter data // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. L13304. doi:10.1029/2005GL023128.

3. Линьков Е. М., Петрова Л. Н., Зурошвили Д. Д. Сейсмогравитационные колебания Земли и связанные с ними возмущения атмосферы // Доклады АН СССР. 1989. Т. 306. С. 314—317.

4. Швед Г. М., Ермоленко С. И., Хоффманн П. Регистрация собственных колебаний атмосферы в диапазоне периодов 1-5 часов // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. С. 562—569.

5. Wielandt E. Seismometry // International handbook of earthquake and engineering seismology / (Eds.) Lee W.H.K., Kanamori H., Jennings P.C., Kisslinger C. Academic Press. London and San Diego, 2002. P. 283—304.

6. Climate Prediction Center (CPC), Daily Arctic Oscillation Index: ftp://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/cwlinks/norm.daily.ao.index.b500101.current.ascii (дата обращения: 27.04.2016).

7. Duchon C. E. Lanczos filtering in one and two dimensions // J. Appl. Meteorol. 1979. V. 18. P. 1016—1022.

8. Press W. H. et al. Numerical recipes in FORTRAN 77: The art of scientific computing. New York: Cambridge Univ. Press, 1997. P. 569—577.

9. Scargle J. D. Studies in astronomical time series analysis. II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly space data // Astrophys. J. 1982. V. 263. P. 835—853.

10. Пустыльник Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука ГРФМЛ, 1968. 288 с.

11. Nawa K. et al. Incessant excitation of the Earth’s free oscillations // Earth Planets Space. 1998. V. 50. P. 3—8; Reply V. 50. P. 887—892. 1998.

12. Tanimoto T. et al. Earth’s continuous oscillations observed on seismically quiet days // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 1553—1556.

13. Tanimoto T., Um J. Cause of continuous oscillations of the Earth // J. Geophys. Res. 1999. V. 104(B). P. 28,723—28,739.

14. Nishida K., Kobayashi N., Fukao Y. Resonant oscillations between the solid earth and the atmosphere // Science 2000. V. 287. P. 2244—2246.

15. Tanimoto T. Excitation of normal modes by atmospheric turbulence: Source of long period noise // Geophys. J. Int. 1999. 136. P. 395—402.

16. Ekstrom G. Time domain analysis of Earth’s long-period background seismic radiation // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 26,483—26,494.

17. Nishida K., Kobayashi N. Statistical features of Earth’s continuous free oscillations // J. Geophys. Res. 1999. V. 104(B). P. 28,741—28,750.

18. Fukao Y. et al. A theory of the Earth’s background free oscillations // J. Geophys. Res. 2002. V. 107(B9). 2206. doi:10.1029/2001JB000153.

19. Rhie A., Romanowicz B. Excitations of the earth’s incessant free oscillation by atmosphere/ocean/solid Earth coupling // Nature. 2004. V. 431. P. 552—556.

20. Nishida K., Fukao Y. Source distribution of Earth’s background free oscillations // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. B06306. doi:10.1029/2006JB004720.