В работе представлен обзор естественно-научных представлений о вращательном движении материи и ее «кусковатом» строении. Обращается внимание на следующие узловые моменты. Вихревые движения, «зашитые» в спиральных структурах раковин и в крутильных движениях тел зубатых китов и рыб, интуитивно воспринимались человеком как основные устойчивые движения окружающего его мира, что позволило античным мыслителям сформулировать очевидную для них концепцию единого мира в виде атомарного («неразрезаемого») строения материи и вихревых движений эфира. Р. Декартом, Г.Ф. Гельмгольцем, лордом Кельвиным и другими в рамках классической физики, а затем исследователями первой половины ХХ в. в рамках квантовой физики и космогонии было убедительно показано, что и «квантованность» («кусковатость»), и вращение («завихренность») являются неотъемлемыми свойствами материи–пространства–времени во всем масштабе – от элементарных частиц до галактик и их скоплений.

В настоящее время наблюдается очередное в истории естествознания повышение интереса к проблеме строения материи и ее движения, и это происходит именно в науках о Земле. В 1920-х гг. китайским геологом Ли Сыгуаном закладываются основы вихревой геодинамики. Во второй половине ХХ в. представления Ли Сыгуана развиваются геологами О.И. Слензаком и И.В. Мелекесцевым. Геологом А.В. Пейве, механиком Л.И. Седовым и физиком М.А. Садовским предлагается концепция блокового строения геосреды, геологической и геофизической, и обосновывается возможность движения слагающих ее блоков под действием собственных моментов. Такой механизм движения подтверждается геологическими и тектонофизическими исследованиями, инструментальными геофизическими измерениями, выполненными на разных базах и в эпицентральных зонах сильных землетрясений. В. Эльзассером, В.Н. Николаевским и многими другими исследователями разрабатываются основы нелинейной волновой механики геосреды, допускающей вращательные движения блоков. М.В. Стовасом, В.Е. Хаиным и другими обращалось внимание на исключительную важность вращения планеты вокруг собственной оси для понимания природы геодинамических движений.

Обобщением результатов предыдущих комплексных геолого-геофизических исследований является сформулированный в работе вывод о моментной природе вращающейся блоковой геосреды – среды Пейве–Седова– Садовского. Анализ миграции очагов землетрясений и вулканических извержений и перемещения участков границ тектонических плит позволил выявить у таких движений общие свойства и обосновать их волновую природу, для описания которой построена и аналитически решена принципиально новая модель – ротационная. Показано, что взаимодействующие между собой блоки и плиты в рамках ротационной модели взаимосвязаны упругими дальнодействующими полями, формирующими единое планетарное геодинамическое поле – «самосогласованное» состояние геосреды. Проводится краткий обзор большого объема накопленных данных о вихревых геологических структурах и поворотных движениях блоков и плит, выделяемых и регистрируемых в различных геофи- зических полях. Обращается внимание на то, что такие же, по сути, вихревые движения – течения – являются решениями известной задачи Дирихле–Дедекинда–Римана о вращающейся гравитирующей капле жидкости – задачи о равновесной форме Земли.

Предлагается объединить в один класс явлений гидродинамические процессы, уравновешивающие форму Земли при вращении, с тектоническими движениями, вызывающими формирование геолого-геофизических вихревых структур, для построения новой геологической парадигмы – моментной (и/или волновой, и/или вихревой) геодинамики.

Корреляции между археологическими материалами и геологическими наблюдениями показывают, что регион портового города Кейсария в центральной части Израиля в течение последних 2000 лет был относительно стабилен. Такая стабильность и малый диапазон суточных приливно-отливных колебаний уровня моря позволяют провести реконструкцию разных уровней моря в рамках ряда археологических временных периодов с учетом климатической значимости. По нашему мнению, в течение 2000-летнего периода стояние уровня моря, а также климат были аналогичны современным. Уровень моря был выше в VII–VIII веках н.э., а климат, возможно, был теплее; в ХII–ХIII веках н.э. уровень моря был ниже, а климат холоднее. Высказывается мнение, что пред- положение о том, что современное глобальное потепление вызвано антропогенным воздействием, нуждается в убедительных доказательствах. Вместе с тем, весьма вероятной представляется связь между современными значительными разрушениями коралловых рифов и антропогенными факторами, вызывающими повышение содержания углекислого газа в атмосфере.

Предложен метод определения кусочно-непрерывного поля градиента скорости современных горизонтальных движений земной коры по пространственно дискретным данным о горизонтальных скоростях. Метод отличается повышенной разрешающей способностью при выявлении неоднородностей в поле скорости деформаций, в частности зон локализации скоростей деформаций и границ между участками, обладающими разными скоростями деформации. Метод применен для определения поля градиента горизонтальных скоростей в районе расположения Центрально-Азиатской (ЦА) GPS-сети, покрывающей обширные территории горных цепей Кыр- гызского Тянь-Шаня и Памира, Таримскую депрессию и Казахский щит (рис. 1). Для анализа были отобраны данные, полученные в период с 1995 г. по 2006 г. на 308 GPS-станциях (рис. 4). Повышение разрешающей способности метода достигается тем, что при вычислениях используется триангуляционная сетка, гораздо более плотная, чем та, которая порождается обычной триангуляцией (рис. 2, 3), поэтому почти каждая точка x исследуемой области становится принадлежащей не одному, а нескольким (покрывающим ее) треугольникам (рис. 5). Характеристики тензора градиента скорости в точке x рассчитываются весовым суммированием соответствующих характеристик покрывающих треугольников. В результате в каждой точке x мы рассчитываем тензор спина W, определяющий угловую скорость вращения ω, а также компоненты горизонтального тензора скоростей деформации E. По этим компонентам непосредственно вычисляется ориентация главных осей тензора E и его инварианты: максимальная скорость удлинения E1, максимальня скорость укорочения E2, дивергенция E=E1+E2 и скорость максимального сдвига Γ=(E1−E2)/2 (рис. 6–11). Рассчитанные величины, представленные рядом карт, демонстрируют высокую степень неоднородности. Районы с повышенными значениями упомянутых характеристик скоростей деформации и вращений резко выделяются на более спокойном фоне. В то же время в распределении кинематических характеристик на Тянь-Шане прослеживается определенная регулярность: зоны повышенных абсолютных значений E2 в основном ориентированы в ВСВ направлении, а зоны повышенных значений E1 − преимущественно в ССЗ направлении.

В работе представлена общая характеристика сейсмичности Камчатки в 2008 г. и построены площадные распределения параметров фоновой сейсмичности. В комплекс рассматриваемых характеристик входят общая выделившаяся сейсмическая энергия, активность A10, наклон графика повторяемости γ, параметры методик RTL-, ΔS- и Z-функция, кластеризация землетрясений. Оценки сейсмичности сделаны для района, ограниченного координатами ϕ=50.5°с.ш. и 56.5°с.ш., λ=156°в.д. и 167°в.д., глубиной от 0 до 300 км. Рассматривался региональный каталог землетрясений с энергетическим классом не менее 8.5 по классификации С.А. Федотова. Оценена общая выделившаяся сейсмическая энергия в 2008 г. Согласно функции распределения годовой сейсмической энергии, ее значение близко к медианному (рис. 1). Более 2/3 всей выделившейся в 2008 г. сейсмической энергии приходится на три наиболее сильных землетрясения этого года. Число группированных землетрясений (афтершоков и роев) в 2008 г. составило 5 % от общего количества сейсмических событий. Расположение эпицентров наиболее сильных землетрясений (МW ≥ 5.9) и группированных сейсмических событий, произошедших в 2008 г., показано на рис. 2. Параметры этих событий приведены в таблице. Группируемые землетрясения из каталога удалены. Карта эпицентров независимых землетрясений показана на рис. 3. Определение наклона графика повторяемости γ и сейсмической активности A10 основано на повторяемости землетрясений как фундаментальном свойстве сейсмического процесса. Наклон графика повторяемости рассчитывается исходя из непрерывного экспоненциального распределения землетрясений по классам. Использование γ связано с наблюдаемым иногда уменьшением наклона графика повторяемости перед сильными событиями. Активность A10 рассчитывается из числа землетрясений N и наклона графика повторяемости γ. Рассчитаны средние по исследуемому району значения наклона графика повторяемости γ и сейсмической активности A10, согласно которым 2008 г. не является аномальным. Построено площадное распределение γ в 2008 г. (рис. 4), которое позволяет выделить в южной части Камчатской сейсмоактивной зоны область пониженных значений γ. Карты нормированной вариации γ для 2007–2008 гг. и 2006–2008 гг. (рис. 5) подтверждают статистическую значимость уменьшения γ в течение последних трех лет в этой зоне. Построены карты сейсмической активности A10 для 2008 г., для сравнения – 1962–2008 гг. и карты относительных значений А10, полученных на каталоге 2008 г. и многолетнем каталоге (рис. 6). В 2008 г. повышенные значения A10 наблюдались на юге Авачинского залива и на севере Камчатского залива, в северной акватории острова Беринга. Аномальное поведение параметров RTL, ΔS и кластеризация землетрясений могут иметь предвестниковый характер [Соболев, 1999]. Отрицательные значения RTL соответствуют сейсмическому затишью, увеличение площадей сейсмогенных разрывов ΔS – форшоковой активизации, появление кластеров может свидетельствовать о стягивании активности к месту будущего макроразрыва. В 2008 г. в сейсмоактивной зоне Камчатки были выделены три зоны сейсмического затишья по параметру RTL (рис. 7). Для расчетных точек с максимальными по модулю значения- ми параметра RTL (отмечены римскими цифрами на рис. 7) построены временные RTL-графики (рис. 8), которые позволяют оценить длительность аномалии и степень ее проявления. Составлена карта вариаций площадей сейсмогенных разрывов ΔS (рис. 9), согласно которой сейсмическая активизация в 2008 г. проявилась в основном на юге Камчатской сейсмоактивной зоны. Большая часть кластеров различной энергии 2008 г. также зафиксирована в южной части Камчатки (рис. 10). Северная цепочка кластеров приходится на границу развивающейся сейсмической аномалии по параметру RTL. Методика Z также ориентирована на выявление сейсмических затиший как временных аномалий в сейсмическом режиме отдельных пространственных областей [Wyss, Habermann, 1988]. Методом Z-функция в 2008 г. была выделена зона уменьшения скорости сейсмического потока в восемь раз (оконтурена штриховой линией на рис. 11), частично перекрывающаяся с южной аномалией по параметру RTL. Согласно приведенному графику Z(t), построенному для этой зоны для временного окна 12 месяцев, сейсмическое затишье статистически значимо (рис. 12). Следует отметить, что эпицентры трех наиболее сильных землетрясений 2008 г. приурочены к выделенным аномалиям сейсмических затиший (см. рис. 7, 11). Моменты землетрясений отмечены стрелками на соответствующих временных графиках (см. рис. 8, 12). Учитывая хорошее пространственно-временное соответствие ряда признаков, имеющих потенциально предвестниковый характер, можно сделать заключение о повышенной сейсмической опасности южной части Камчатки и района Камчатского залива.

На базе анализа трехмерных пространственно-временных диаграмм параметра «логарифм суммарной выделившейся при землетрясениях энергии» (lgEsum), построенных для районов стабильных концентраций эпицентров землетрясений за период 1964–2002 гг., на территории Прибайкалья выделены области, которым свойственны медленные миграции сейсмической активности. Определены расстояния, время и скорости медленных миграций, измеряемые первыми километрами – первыми десятками километров в год.

Кратко описана методика проецирования сейсмических данных и построения трехмерных диаграмм, приведена иллюстрационная схема Прибайкалья, содержащая контуры областей проецирования (рис. 1).

Представлены примеры пространственно временных диаграмм трех областей: Среднебайкальской впадины, Южно-Байкальской впадины, а также западной части северо-восточного фланга Байкальской рифтовой системы (рис. 2). Приведены обобщенные результаты анализа всех диаграмм, на которых зафиксированы миграции землетрясений в пределах Байкальской рифтовой системы, схема зон медленных миграций, ранжированных по преобладающим скоростям, и диаграмма спектра скоростей миграций (рис. 3).

Рассматриваются возможные причины, вызывающие медленные миграции сейсмической активности с различной скоростью: (1) медленные деформационные волны, распространяющиеся в земной коре, (2) самостоятельное продвижение фронта деформаций вдоль активных разломов.

Закономерности миграций землетрясений в сейсмоактивных областях могут быть использованы для определения времени и места будущих сейсмических событий.

Сопоставлены взгляды на рассматриваемую проблему двух выдающихся исследователей – основоположников отечественной тектонофизики – В.В. Белоусова и М.В. Гзовского. Показано, путем прямого цитирования, различие этих взглядов. В.В. Белоусов, которого в данном аспекте можно условно назвать «реалистом», придерживался либеральной точки зрения [Методы моделирования…, 1988, с. 21–22]. Напротив, М.В. Гзовский – «идеалист» (столь же условно) – считал выполнение условий подобия обязательным для корректности физического моделирования тектонических деформаций и структур [Гзовский, 1975, с. 88, 94].

Цели статьи: 1) еще раз упомянуть о желательности соблюдения условий подобия в экспериментальной тектонике; 2) указать на трудность их соблюдения; 3) показать, что часто они соблюдаются сами собой, т. е. автоматически; 4) указать на возможность упрощения моделирования без претензий на количественную оценку параметров процесса структурообразования. Эти цели реализованы следующим образом:

(1) При физическом моделировании тектонических деформаций и структур необходимо стремиться, по воз- можности, к соблюдению условий геометрического и физического подобия экспериментальной модели природ- ному объекту. В любом случае экспериментатор должен отчетливо представлять себе, какие из этих условий непосредственно относятся к конкретному опыту.

(2) Однако на пути к этому стремлению очень часто возникают подчас непреодолимые трудности: 1) из-за несовершенства приборов и технологии эксперимента (рис. 1–3); 2) по причине неопределенности оценки значений параметров процесса формирования природных структур, среди которых главные – размер структур (рис. 4), время их формирования (рис. 5), деформационные свойства среды их образования, в первую очередь вязкость (рис. 6) и предел прочности, и величина породивших эти структуры тектонических напряжений (рис. 7).

(3) Один из путей преодоления названных трудностей заключается в осознании того, что условия физического подобия часто соблюдаются сами собой, т. е. автоматически, поскольку в большинстве случаев фигурирующие в этих условиях множители подобия связаны между собой линейными соотношениями (рис. 8). Поэтому, например, уменьшив вязкость эквивалентного материала в несколько раз, мы, при прочих равных условиях, тем самым уменьшим время деформации образца до нужных размеров во столько же раз, с соблюдением условия подобия. Более того, можно использовать данное условие подобия, которое представляет собой уравнение с одним неизвестным, не для поиска эквивалентного материала, а для количественной оценки входящего в это условие природного параметра.

(4) Другой путь преодоления указанных трудностей – это упрощение моделирования для получения чисто качественного результата – структурного подобия модели и объекта – без претензий на количественную оценку параметров процесса структурообразования (рис. 9–14). На этом пути предстоит разработка принципиально новых критериев подобия при моделировании. В качестве примера можно привести отсутствие или наличие изначальной (додеформационной) структурированности геологической среды, обусловленной предыдущими деформационными процессами самоорганизации этой среды. Возможность имитации такой самоорганизации в модельном образце – это предмет будущего исследования. Сюда же относится и разработка новых критериев подобия при моделировании иерархически соподчиненных геодинамических систем и структурных парагенезов. До сих пор такое моделирование проводилось по принципу селективности (раздельного воспроизведения), сформулированному еще М.В. Гзовским [Гзовский, 1975]. В качестве примера можно привести раздельное моделирование процесса формирования складчатости и осложняющего ее кливажа.

Предлагаемая статья представляет собой попытку автора, который работает в области экспериментальной тектоники более 40 лет, повлиять на умонастроение как молодых исследователей, которых, возможно, отпугивает необходимость соблюдать условия подобия при физическом моделировании тектонических деформаций и структур, так и членов редколлегий и рецензентов научных журналов, требующих от авторов непременного указания на такое соблюдение. Подобное требование нередко приводит к тому, что авторы вставляют в статьи сложные формулы, которые зачастую не отражают реальное соблюдение условий подобия, а лишь демонстрируют математическую эрудицию этих авторов.

Редколлегия журнала и его читатели глубоко скорбят о безвременной кончине члена редколлегии профессора Жака Анжелье и выражают сердечное соболезнование его семье, друзьям и коллегам.