1977-90 гг. составляют 2-3 мм/год
для низких Гималаев и 4-6 мм/год для Высоких
Гималаев.
Рис. 7. Карта современных вертикальных
движений земной коры Западной Сибири (по геодезическим
данным). 1 - нивелирные реперы и скорости
СВДЗК, мм/год; 2 - изобазы и значения скоростей,
мм/год; 3 - гипотетические изобазы, мм/год;
4 - зоны повышенных значений горизонтальных
градиентов скорости СВДЗК, год-1
- Методы спутниковых измерений: Global Positional System (GPS) и Very Long Base Interferometry (VLBI). В последнее десятилетие широко
используются данные по величинам и скоростям смещениям земной
поверхности, полученные при помощи спутниковых
систем. Лазерные определения расстояний
достигли в настоящее время высокой точности,
необходимой для различных исследований,
в том числе геодинамических. Современным
движениям, измеренным по GPS (глобальным
и по регионам) посвящено большое
количество работ [6]. Следует, однако, отметить, что точность
определения вертикальной компоненты
движения в несколько раз (до порядка)
меньше, чем горизонтальной
Рис. 8. Скорости вертикальных
движений по данным GPS в системе ITRF97
На рисунке 8 показаны скорости
вертикальных движений по данным GPS в системе
ITRF97.
2 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ
ПОДНЯТИЯ
Одной из главных особенностей современных
вертикальных движений является поднятие
значительных областей континентальной
коры в складчатых поясах коллизионных
зон. С новейшими поднятиями было связано
образование большинства современных
крупных положительных форм рельефа [8].
По комплексу геолого-геоморфологических
данных выявлено, что основная часть этих
поднятий произошла за последние 3-5 млн.
лет. Величина поднятий изменяется от
сотен метров до нескольких километров,
и они продолжаются до настоящего времени.
Новейшие поднятия коры имели
место и в ряде других складчатых областей,
как, например, в Альпах, в Центральной
и северо-восточной Азии, и на западе Северной
и Южной Америки, а также в Африке (см. рисунок
11).
Рис. 11. Поднятие в Южной Африке. (а)
- Миоценовое поднятие
в Южной Африке; (б) - рассчитанные
скорости поднятия для Африки, в правом
углу приведено максимальное значение
скорости.
Современные инструментальные
измерения, некоторые результаты которых
приведены выше, указывают на то, что эта
тенденция продолжается и в настоящее
время. В то же время предгорные прогибы,
напротив, испытывают опускание, связанные
с тектоническими процессами [4].
Кроме поднятий в коллизионных
зонах, устойчивый характер носят
также вертикальные движения, связанные
с восстановлением изостатического равновесия
после снятия (полного или частичного)
ледниковой нагрузки. Широко распространенной
моделью, описывающей динамику поздне-плейстоценовой
дегляциации является ICE-3G.
Скандинавии, Карелии и на Кольском
полуострове сокращение и уменьшение
мощности ледникового покрова последнего
оледенения вызвали быстрое поднятие
территории в виде свода. Воздымание шло быстро сразу же после таяния и отступления льда (10-13 см/год), но впоследствии оно замедлилось и сейчас составляет не более 1.2 см/год.
Рис. 12. Скорости поднятия Скандинавии.
(а) - в течение последних 5000-7000 лет (изолинии - в
метрах) по геолого-геоморфологическим
данным; (б) - современного
(изолинии - в мм/год), рассчитанные по данным
GPS на основании моделей изостазии, с учетом
эвстатического изменения уровня моря.
На рисунке 12 представлены скорости
поднятия Скандинавии по геолого-геоморфологическим
данным [6] и по данным GPS с учетом эвстатического
изменения уровня моря. На рисунке 13 представлены
скорости поднятия Канадского щита, рассчитанные
по инструментальным измерениям и модели
послеледникового изостатического поднятия
на основе ICE-3G.
Подобная картина, связанная
с уменьшением нагрузки льда из-за его
таяния, наблюдается также и в регионах,
которые ещё (полностью или частично) покрыты
ледником.
Рис. 14. Поднятия, связанные с
дегляциацией. (а) - скорости поднятия земной
коры Гренландии, рассчитанные по модели
постгляционного поднятия; (б) - скорости
вертикального движения по данным GPS в
пунктах Kellyville (современная скорость -5.8
1.0 мм/год) и Kulusuk (современная скорость
-2.1 1.5 мм/год), Гренландия, в 1997-2001 гг; (в)
-. Скорости вертикальных движений в Антарктиде,
рассчитанные по модели изостатического
равновесия с учетом данных GPS и динамики
изменения мощности льда в течении последних
18 тыс.лет; (г) - Скорости современного поднятия
в Баренцевом море, рассчитанные по модели
восстановления изостазии.
На рисунке 14 представлены скорости
поднятия земной коры в. Гренландии, Антарктиде,
Баренцевом море, рассчитанные по модели
постгляционного поднятия на основании
геодезических данных и GPS. При интерпретации
инструментальных измерений учитывается
скорость уменьшения толщины ледникового
покрова (5-10 мм/год). Постгляционные движения
наблюдаются также и на других
территориях, так, в районе оз. Байкал скорости
составляют до 1 см/год [9].
Изменение скоростей послеледникового
поднятия позволяет оценить величину
вязкости астеносферы (1019 Па•с) и
верхней мантии (1021 Па•с) [8].
Следует отметить, что для всех
областей, испытывающих гляциоизостатические
поднятия, отчетливо зарегистрирована
также тектоническая компонента, отражающая
блоковый характер движений.
3 ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО
– ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ДВИЖЕНИЙ
Детальные измерения последних
лет позволили выявить важные особенности. Результаты повторного
нивелирования на больших территориях
с интервалом между наблюдениями в десятки
лет позволили выявить весьма малые скорости
(от долей мм/год до нескольких мм/год)
движений, которые отражают направленный
во времени характер современных движений
земной поверхности. В то же время, результаты
повторного нивелирования на ограниченных
территориях с меньшими интервалом между
наблюдениями, выявили значительно большие
скорости (до 10-20 мм/год, иногда выше) современных
движений земной поверхности. Они на порядок
превышают скорости новейших движений
и на два порядка скорости вертикальных
движений за геологическое время и имеют
знакопеременный, характер.
Рис. 15. Переменный характер вертикальных
движений: (а) - Величины вертикальных смещений
по результатам повторных нивелировок
по линии Eupen - Michel (СВ. Арденны, Бельгия),
за период 1948 - 1998 гг.; (б) - Скорости и величины
вертикальных смещений по результатам
повторных нивелировок по линии Зеленчуг
- Квемо-Мерхеули, по сопоставлению измерений
1931 и 1959 гг., 1959 и 1975 гг., 1975 и 1990 гг.; (в) - Временной
ряд ежедневных измерений GPS в пункте ZECK
(п. Зеленчуг) в 1998-2001 гг.
На рисунке 15(а, б) можно видеть
переменный характер вертикальных движений,
выявленный по результатам повторных
нивелировок в Бельгии [4] и на Кавказе
[8]. На рисунке 3 также можно наблюдать
региональную инверсию вертикальных тектонических
движений земной коры Кавказа со сменой
знака движения. По данным геодезических
измерений вертикальных деформаций земной
поверхности установлен колебательно-волновой
характер развития вертикальных тектонических
движений земной коры в пределах Черноморско-Каспийского
региона [4]. Вариации вертикального смещения
в центральной Японии (п-ов Омаезуки) по
данным повторных нивелировок составляют
до 15 мм/год за период 1962-98 гг [8]. Подобная
особенность выявляется при анализе временных
рядов измерений GPS.
На рисунке 15(в) представлены
результаты ежедневных измерений вертикальных
смещений на пункте ZECK (п. Зеленчуг, Сев.
Кавказ). На рисунке, кроме общего тренда
и сезонных колебаний хорошо видны достаточно
интенсивные высокочастотные изменения,
имеющие характер "шума". Спектральные
характеристики этого сигнала отличаются
от характеристик "белого шума", обнаруживая
свойства самоподобия, т.е. "фликкер-шума".
Исследование такого сигнала методами
теории динамических систем и фрактальных
множеств помогает выявить свойства систем,
его генерирующих [2]. Важно подчеркнуть,
что высокой активностью современных
"быстрых" движений характеризуются
блоки, расположенные не только в тектонически
активных зонах, но и в стабильных платформенных
областях.
Выявлены интенсивные локальные
аномалии вертикальных и горизонтальных
движений земной поверхности, которые
приурочены к зонам тектонических нарушений
(разломам) различного типа и порядка.
Эти аномальные движения высокоамплитудны
(свыше 50 мм/год), короткопериодны (от 0,1
года до первых лет), пространственно локализованы
(от 0,1 км до первых десятков км), обладают
пульсационной и знакопеременной направленностью
[8]. Высокая дифференцированность скоростей
СВДЗК отмечается в районах опускающихся
впадин Минусинского прогиба: от +1,6 мм/год
до -11 мм/год. Интенсивность СВДЗК меняется
во времени и носит прерывистый характер
[5].
По детальным геодезическим
наблюдениям (измерение уровня моря, повторные
нивелировки, GPS) удаётся выявить современные
движения, связанные с землетрясениями.
На рисунке 1(б) представлена реконструкция
абсолютных вертикальные коровых движений
на о. Шикоку в течение 120 лет по данным
измерения уровня моря и высоты приливов
[8]. Скачок (порядка 1000 мм) соответствует
землетрясению 1946 г. с магнитудой 8.1.
Основные особенности современных
вертикальных движений определяют и
тенденции их изменения. Процессы, происходящие
в орогенных поясах и примыкающих областях,
обусловлены тектоническими и геодинамическими
причинами, поэтому общая тенденция - поднятие
гор, опускание предгорных прогибов - здесь
будет сохраняться. Движения земной коры
в областях дегляциации происходят в настоящее
время, и будут продолжаться в будущем,
но с постепенно уменьшающейся (по экспоненциальному
закону) скоростью, сравнимой со скоростью
эндогенных тектонических движений. При
таянии современных крупных ледниковых
щитов (Гренландия, Антарктида) освободившаяся
земная поверхность начнет быстро подниматься,
и земная кора будет стремиться достичь
состояния изостатического равновесия.
В то же время повсеместно, в том числе
в стабильных платформенных областях
будут наблюдаться интенсивные знакопеременные
короткопериодные движения, связанные,
по всей видимости, с динамическими процессами
в сложнопостроенной блоковой среде. Изучение
таких процессов сейчас активно ведётся
во всём мире.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Методологическая
проблематика, возникающая в ходе развития
специально-научного познания, требует
для своего изучения и разрешения не только
тех средств, которыми располагают сами
эти науки, а так же средств, которые вырабатываются
философией и науковедением.
Методология
отнюдь не сводится к сумме рецептов для
желающих делать научные открытия: она
может ориентировать содержательное научное
исследование, но никоим образом не может
его подменить. Поэтому она не может выступать
в виде некоей алгоритмически оформленной
технологии научного мышления. Расширяя
диапазон средств и методов, доступных
научному познанию, методология усиливает
его возможности и вместе с тем вскрывает
всю сложность, неоднозначность, многообразие
путей подлинно творческого научного
мышления.
Философия
науки в наше время преодолела ранее свойственные
ей иллюзии в создании универсального
метода или системы методов, которые могли
бы обеспечить успех исследования для
всех наук во все времена. Она выявила
историческую изменчивость не только
конкретных методов науки, но и глубинных
методологических установок, характеризующих
научную рациональность. Современная
философия науки показала, что сама научная
рациональность исторически развивается
и что доминирующие установки научного
сознания могут изменяться в зависимости
от типа исследуемых объектов и под влиянием
изменений в культуре, в которые наука
вносит свой специфический вклад.
Геодинамические процессы это
феноменальные природные явления, которые
с высокой точностью фиксируются количественными
(инструментальными) методами путем систематических
повторных геодезических, астрономических
и гравиметрических наблюдений.
Можно выделить три главных
особенности инструментального метода
изучения современного процесса, обуславливающие
его преимущество над другими исследованиями.
Во-первых, проявление современного тектогенеза
над земной поверхностью не искажены последующими
событиями, что позволяет современными
инструментальными методами обеспечить
высокую точность определения различных
параметров геофизической среды.
Во-вторых, будучи сопоставленными
с динамическими характеристиками земной
коры и верхней мантии современные деформации
характеризуют глубинный процесс во всем
объеме земной коры.
В-третьих, сравнительный анализ
головоценовых и собственно современных
проявлений позволяет сопоставить последствия
событий в геологически усредненном и
реальном масштабах времени, показывая
сложное, неравномерное течение процессов.