Вертикальные движения поверхности земли

Медленные колебания уровня суши известны с давних времен. Первые достоверные наблюдения связаны с морским портом Торнио на шведском берегу Ботнического залива Балтийского моря. Он был построен в 1620 году, уже через 100 лет, когда эту местность посетил Цельсий, многие причалы находились в сотнях метров от берега. Жители северного побережья Скандинавии на протяжении столетий также отмечали медленное, но неуклонное обмеление моря, так что в конце-концов стало невозможно пользоваться старыми навигационными картами. Вначале отход моря объясняли понижением уровня Мирового океана, но при этом, очевидно, обмеление должно было бы наблюдаться повсеместно. Однако в это же время в других местах уровень моря наоборот повышался. Это отмечалось (и отмечается сейчас) в итальянских прибрежных городах - Венеции, Неаполе, Равенне и др. - где морем залиты исторические постройки, в Бельгии и, особенно, в Нидерландах, где почти треть отгороженной дамбами суши расположено ниже уровня моря.

Таким образом, очевидно, что положение береговой линии является результатом, как колебаний уровня мирового океана, так и локальных вертикальных смещений поверхности суши: ее поднятиями в Скандинавии и опусканиями в районах итальянского и нидерландского побережий. Скорость медленных или, как говорят, вековых вертикальных движений суши сильно варьирует от места к месту. Для ее определения используются как инструментальные измерения, так и косвенные данные. Самая длительная серия инструментальных измерений - более 300 лет - известна для районов шведских прибрежных городов Питео и Ратан; здесь скорость поднятия определяется примерно в 1 см/год. Вдалеке от побережий медленные вертикальные движения устанавливаются по данным повторных нивелирований, и сейчас имеется большой массив данных по этому вопросу. Трудность этой методики состоит в том, что для большинства регионов скорости движений очень невелики, и амплитуды смещений за период между нивелировками сопоставимы с точностью измерений.

В нашей стране повторные нивелировки триангуляционной сети первого класса позволили установить, что Предкавказье (кроме Ставропольского поднятия) опускается относительно нулевой марки, установленной в Ростове, а севернее его происходит поднятие с разными скоростями, достигающими максимумов в районе Воронежского щита и Среднерусской возвышенности. Хребты Кавказа поднимаются, а закавказские межгорные впадины - опускаются. Представленные данные свидетельствуют о долговременном устойчивом режиме неотектонических движений - там, где косвенно обнаруживаются поднятия в плиоцен-четвертичное время, оно, как правило, продолжается и сейчас, и, соответственно, также обстоит дело и с опусканиями. Подобные закономерности получены также в США, Канаде, Великобритании, Японии и др. странах, так что когда это правило нарушается, исследователи склонны искать локальные факторы возмущений. Так, когда в одной из серий повторных нивелировок выяснилось, что Прикаспийская впадина поднимается относительно Урала, были пересмотрены места расположения реперов и выяснено, что некоторые из них в пределах впадины стоят на быстрорастущих соляных куполах, что, конечно, сильно искажает общую картину.

Вековые прогибания

Интегральным свидетельством режима вековых вертикальных движений является, разумеется, сам рельеф и строение соответствующих ему молодых отложений. В определенном временном масштабе любые горные породы показывают текучее поведение, и на поверхности Земли, и в ее глубинах. Соответственно и положительные, и отрицательные формы рельефа неизбежно должны расплываться, наподобие теста, и изостатически тонуть (всплывать) в менее вязких глубинных горизонтах. Если учесть, кроме того, экзогенное разрушение пород, их снос и аккумуляцию в понижениях рельефа, то становится понятно, что у неровностей рельефа век недолог. То обстоятельство, что крупные горные системы, также как крупные высокоамплитудные впадины, тем не менее, длительно существуют, говорит о том, что движения, поддерживающие эти формы рельефа, "работают" постоянно.

Амплитуды и отвечающие им скорости прогибаний определяются с большей надежностью, чем амплитуды и скорости поднятий, поскольку, так или иначе, отражаются в мощности компенсирующих прогибание отложений. При этом понятно, речь идет лишь об относительном движении ложа прогибающегося участка относительно его рамы. Оценки абсолютных амплитуд возможны, если у нас есть реперные горизонты с известным гипсометрическим уровнем их образования, например мелководные осадки, образующиеся примерно на нулевом уровне. Так же, как и современные, новейшие прогибания в региональном плане очень контрастны. В качестве уникальных примеров можно привести: Предгималайский прогиб, в котором в позднеплейстоценовое-четвертичное время накопилось около 7 км молассовых отложений формации Сивалик, что дает скорость относительного прогибания около 0.2 см/год; грабен Кокча в юго-восточном углу Таджикской депрессии, где только за поздний плиоцен накопилось 11-12 км осадков (скорость прогибания около 0.5 см/год) и Яванскую впадину Таджикской депрессии с 2-х километровой толщей только среднеплейстоценовых конгломератов (около 1 см/год). На Восточно-Европейской платформе уникальные скорости прогибания обнаружены в той же Скандинавии. Вблизи Стокгольма, при строительстве канала в 1819 году были вскрыты морские слои с современной фауной, а на глубине 18 м - рыбацкая хижина, что дает, если, конечно, информация надежна, скорость прогибания в несколько см/год.

Вековые поднятия

Амплитуды вековых поднятий определяются по геологическим свидетельствам с большим трудом. Относительно надежен метод морских террас, в котором амплитуды определяются из разницы современного гипсометрического положения террасовых отложений и уровня моря в период их образования. В центральных частях континентов используют методы изучения поверхностей выравнивания и их деформаций; при этом получают только относительные величины со сравнительно большими погрешностями. В последние годы разработан оригинальный метод определения скорости откапывания склонов, сложенных древними образованиями, по трекам распада в апатитах и цирконах. Он основан на том, что треки распада радиоактивных элементов в этих минералах само залечиваются, причем скорость «залечивания» строго зависит от температуры. Сравнение соответствующих серий измерений позволяет определить время откапывания (т.е. перехода в другие температурные условия) реперных образцов и выявлять, таким образом, скорость поднятий и скорость денудации. Проведенные исследования крупнейших горных систем, пока еще не очень многочисленные, показали, что максимальные многолетние скорости поднятий могут достигать 1 см/год, а скорость денудации - 3-6 мм/год. Последняя оценка просто переворачивает имеющиеся представления о скоростях и величинах денудации, которые традиционно считались очень небольшими. За пределами гор такие скорости вертикальных поднятий достигаются только в исключительных условиях, например в центрах исчезнувших позднеплейстоценовых ледниковых покровов, например в той же Скандинавии.

Суммируя изложенные данные, можно сказать, что практически нет участков континен-тальной суши, где бы не наблюдались медленные вековые вертикальные движения. Наибольшие их скорости характерны для тектонически-активных структур в зонах коллизии и рифтинга (молодые горные хребты и впадины), а, кроме того, для центров недавних ледниковых покровов и приповерхностных диапировых структур и достигают нескольких мм/год, редко см/год и более. Как правило, современные вертикальные движения имеют устойчивый режим и наследуют более древние движения.