ГЕОДИНАМИКА И ГЕОДЕЗИЯ: ГЕОДИНАМИЧНИ ПРОЦЕСИ И ЯВЛЕНИЯ И ТЯХНАТА КЛАСИФИКАЦИЯ
От проф. д-р инж. Славейко Господинов,
Председател на Управителния съвет на Клъстер „Геодинамика“
Представите за движенията на земната кора са възникнали още в дълбока древност. Наблюдавайки такива природни явления като запълване на моретата с наноси и изпарението на водата, древногръцкият учен-философ Аристотел дошъл до извода за непрекъснатото изменение на земната повърхност: „Едни и същи области от Земята не остават постоянно влажни или постоянно сухи, а изменят своите свойства… Ето защо сушата и морето сменят местата си и земята не остава вечно земя, а морето- море…” [Аристотель, 1983]. По-нанатъшното развитие на представите за непостоянството на земната повърхност принадлежи на Страбон, който предполагал, че както сушата, така и морското дъно с течение на времето се издигат и спущат, следствие на което площта на континентите и моретата може да се увеличава или съкращава. Свой принос в развитието на възгледите за движението на земната повърхност имат учени от Средна Азия и Далечния изток [Резанов, 1987].
Първите геоложки тълкувания на геодинамичните процеси дават, независимо един от друг, руският учен- енциклопедист М. В. Ломоносов, шотландският геолог Дж. Хаттон и шведският натуралист А. Целзий. В труда на Ломоносов „ За земните пластове”, излязъл през 1763 година, е предложена първата класификация на геодинамичните процеси.
Прогресивни мисли относно движението на земната повърхност изказват през XIX в. руските геолози А. Д. Озерский и А. П. Кирпинский [Гаврилов, 1986], и американският геолог Г. Джилберт [Резанов, 1987]. Развитие на техните идеи може да се намери в трудовете на немския тектонист Щиле [Штилле, 1964] и френския геолог Ог [Гаврилов, 1986]. Плодотворни разработки, свързани с геодинамичните (тектоничните) процеси и явления, са извършени от крупни учени като М. М. Тетяев [Тетяев, 1934], В. В. Белоусов [Белоусов, 1948], Н. С. Шатский [Шатский, 1963], В. Е. Хаин [Хаин, 1973], Е. Хаарман [Резанов, 1987], Н. И. Николаев [Николаев, 1988].
Въпреки многобройните разработки на учени от цял свят, обаче, класификацията на тектоничните движения и днес си остава една твърде сложна задача, която все още няма еднозначно решение [Николаев, 1988; Чиков, 1983] и се намира в етапа на обсъжданията. Обяснение затова трябва да се търси в сложността на процесите, участващи в тектоничния живот на Земята, както и в различния смисъл, който конкретните изследователи влагат в понятието „ тектонични движения”.
Според съврененните представи, нашата планета е един огромен, непрекъснато изменящ се организъм, чиито отделни части се намират в състояние на сложни взаимодействия помежду си. От момента на формирането на Земята като геоложко тяло до днес в недрара й непрекъснато настъпват нарушения на равновесното състояние, съпроводени с тенденции за установяване на ново равновесие. Иначе казано, извършва се изравняване на значителните латерални и вертикални нееднородности, изразяващи се в геохимични, петроложки, металогенни и геофизични процеси. Ето защо, едно съвременно определение за тектоничните движения , като фундаментално понятие на геотектониката, трябва да се базира [Хаин, 1973; Чиков, 1983] на представата за Земята като нестабилна система, в която геоложките процеси протичат постоянно, но неравномерно по интензивност във времето и пространството. Така понастоящем под тектонични движения различните автори [Гаврилов, 1986; Резанов, 1987; Шульц, 1973 и други] разбират структурообразуващи премествания на земната материя, обусловени от натрупване на деформации (пластични и еластични) и от възникване, като резултат, на напрежения, водещи към промяна на формата на геоложките тела и към колебания на литосферната повърхност.
Понастоящем много от класификациите на тектоничните движения [Белоусов, 1975; Косьгин, 1983; Шульц, 1973] се извършват не по причините, които ги пораждат, а по следствията от тези движения, т.е. по основните структурни форми, които те са формирали. При това, главно внимание се отделя на кинематиката на движенията. По мнение на някои съвременни автори [Гаврилов, 1986; Николаев, 1988; Хайн и Михайлов, 1985], за една обективна характеристика на тектоничните движения е необходимо описанието им да се извършва както по кинематически (вертикални, хоризонтални, плавни, колебателни, насочени, бавни, бързи), така и по генетични признаци. По такъв начин се създават предпоставки да се правят изводи за причините и механизма на тектоничните движения.
В зависимост от необходимостта да бъдат отразени едни или други страни на многоликия тектоничен живот на Земята, различните изследователи класифицират тектоничните движения от различна позиция, всяка от които има своите основания. Така понастоящем съществува едно голямо многообразие от критерии или групи от критерии, използувани за класификация на геотектоничните движения. Класификациите на тектоничните движения, детерминирани от принципите, които са залегнали в тях, твърде често се оказват противоречиви. Този факт нееднократно се изтъква в работите на редица учени [Косьгин, 1983; Николаев, 1988; Хаин, 1964 и 1973]. В [Хаин, 1964] по този повод се казва: „… И така, ние се сблъскваме с едно твърде объркано и неудовлетворително положение на проблема за класификацията на тектоничните движения. Основната причина затова, несъмненно се състои в самата сложност на тектоничния живот на Земята… Другата причина, така да се каже субективната, се състои в това, че са възможни различни критерии за изграждане на класификацията на тектоничните движения, а авторите на болшинството от класификациите проявяват непоследователност при използуването на тези критерии…”
В подкрепа на мнението за противоречивостта на някои от класификациите, може да се посочи следното. Една от получилите най-широко разпространение класификации – по типа на създаваните структури, използува принципите, заложени още в класификацията на Джилбърт [Резанов, 1987]. Подобен подход е използуван от Тетяев [Тетяев, 1934] и Белоусов [Белоусов, 1948]. Безперспективността на такава класификаця е очевидна, тъй като цитираните автори създават една, така да се каже, „зрителна” класификация, т.е. по видимите структури, получени в резултат на неизвестни за тях процеси и пораждащите ги причини.
Подобни разсъждения могат да се направят и за класификацията на тектоничните движения според различните структурни форми.
Известни съмнения буди и класификацията на геодинамичните процеси според дълбочината, на която се проявяват. Днес все още липсват достатъчно данни, които да дадат възможност за изграждането на една обоснована теория за дълбочината на зараждане на едни или други тектонични движения. Засега се счита [Резанов, 1987], че един от критериите за оценка на дълбочината на зараждане е размерът на територията, върху която се проявяват различните движения. Днес, обаче, няма доказателства за целесъобразността на такъв критерий.
Според друга класификация – по преобладаваща компонента на тяхното направление– тектоничните движения се подразделят на две категории: вертикални и хоризонтални. Въпреки широкото разпространение на тази класификация, тя е твърде неиздържана като цяло. Причините за подобно твърдение са следните. Като основа за разделянето на движенията на хоризонтални и вертикални обикновено служи анализът на създадените структури, при предположението, че конкретната структура е образувана при преместването на земните маси в едно или друго направление, т.е. дава се векторна характеристика на движенията. Такъв подход е основателен само ако изследователят е сигурен, че правилно е разшифровал механизма на формиране на дадена структура и правилно е възстановил взаимното положение и големината на силите, действуващи в процеса на нейното формиране. При тази класификация се допуща още една некоректност – заменя се понятието „посока на силите” с понятието „посока на преместване”, което в общия случай не е едно и също.
В основата на съвременните класификации на тектоничните движения са залегнали принципите, предложени от В. Е. Хаин [Хаин и Михайлов, 1985], които представляват първи опит да се отрази в класификацията съотношението и взаимното подчинение на тектоничните процеси. Същността на споменатите принципи се състои в подразделянето на тектоничните движения на вертикални и хоризонтални, и едно следващо тяхно подразделяне според нивото, на което се зараждат. Същественото тук е, че при определянето на това ниво се изхожда от особеностите на вътрешния строеж на планетата, като се счита, че базови при възникване на тектоничните движения, се явяват основно два слоя – астеносферата и долната мантия ( по-точно т.нар. слой D’’).
Предложените от Хаин принципи, както и постановките на Николаев за ранговото разпределение на тектоничните движения, изложени в [Николаев, 1988], се базират на факта, че въпреки съществените различия в произхода и формата на това проявление, тези движения притежават редица общи свойства, като: съподчиненост, комплексност, повсеместност, постоянство във времето.
Сложността на тектоничните движения се изразява в това, че всяка точка от земната кора е подложена на въздействието на сили от различен ранг, поради което и движенията биват [Николаев, 1988] : надрангови – приливи, изменения в земния радиус, прецесионни и нутационни колебания; рангови – механични премествания на отделни обеми, изменение на формата и дилатацията, еластични и нееластични изменения на обема , качествени преобразувания с изменения на обема; подрангови – вулканизъм, земетресения, изостатични колебания.
Съподчинеността между тектоничните движения се заключава в това, че движенията от по-малък мащаб се проявяват на фона на по-крупните движения. Така свръхдълбочинните движения обхващат както земната кора, така и мантията и се явяват фон, на който се проявяват дълбочинните и повърхностните корови движения.
Комплексността на тектоничните движения се изразява във взаимовръзката между различните типове движения, които обикновено се проявяват съвкупно с преобладаване на някоя от компонентите.
Периодичността на тектоничните движения е важно свойство на тектоногенезиса. Понастоящем болшинството от изследователите са склонни да разглеждат тектоногенетичния процес като непрекъснато-прекъснат с периодични, достатъчно резки нараствания на интензивността. Понякога под периодичност на тектоничните движения се разбира вълнообразното колебание на даден участък от земната кора, водещо към регресия и трансгресия на моретата и океаните [Гаврилов, 1986].
Повсеместността на тектоничните движения се състои в това, че те се установяват практически във всяка точка от земната повърхност. Поради сложността на самите движения и богатия им спектър е невъзможно да се определи за всяка конкретна точка генетичният вид на онези движения, в резултат на които тя се премества в пространството. Може само с известна увереност да се твърди, че повърхностните движения, характерни за най-горния наносен слой от земната кора, са с локален характер.
Постоянството във времето е присъщо на всички видове тектонични движения. Това свойство, известно още като принцип на наследствеността [Пейве, 1965], се изразява в това, че тектоничните движения, проявили се в миналото, се проявяват и сега, ще се проявяват и в бъдеще. Интензивността на движенията и преобладаващото влияние на един или друг генетичен вид могат да се изменят във времето, но в съвкупността си тектоничните движения остават постоянни.
Логично продължение на разгледаните дотук въпроси, свързани с класификацията на тектоничните движения и някои техни особености, е въпросът за методите на изучаване и изследване на тези движдения. В научните изследвания обикновено се следва последователността, дадена от [Николаев, 1988], при отчитане общото развитие на теоретичните разработки и влиянието на научно-техническия прогрес. Геодинамиката, като всяка наука, прибягва до помощта на твърде разнообразни конкретни методи, обединени в единна система.
Основно място сред това многоообразие заемат геодезическите методи, включващи използуването както на наземни, така и на въздушни и космически средства за наблюдение с цел получаване на възможно най-точна, достоверна и актуална, за конкретния момент количествена информация за геодинамичните процеси и явления. От тази гледна точка, интерес за изследователя-геодезист ще представляват такива характеристики на тектоничните движения, като характер, интензивност, честота, териториален обхват. Причината за подобно селективно отношение се корени, освен в горепосочените цели и в естеството на самите геодезически работи. Следователно, практическа стойност за геодезистите, участващи в интердисциплинарните колективи, изучаващи съвременните геодинамични процеси, ще има една класификация на тези процеси, базираща се на гореизброените характеристики – териториален обхват, интензивност и честота. Трябва да се подчертае че тези характеристики са взаимно зависими, но като отделни страни на един цялостен процес служат на изследователите за избор на метода на наблюдение. Така например, според размерите на територията, която обхващат, геодинамичните процеси и явления се делят [Пеллинен, 1980] на глобални, крупномащабни, регионални и локални, което от своя страна предопределя какъв геодезически метод на наблюдение ще бъде използуван. Обикновено, за наблюдение на геодинамични явления, имащи глобален характер ( движение на полюса, неравномерност в ротационния режим на Земята, релативистични и космогонни ефекти, евстатично изменение на морското ниво и др.) се използуват астрономо-геодезически и космически методи на наблюдение. Подобни методи , в съчетание с наземни станции за абсолютни гравиметрични определения, се използуват за наблюдение на геодинамичните явления с крупномащабен характер (движение на литосферните плочи, крупномащабни вариации на геопотенциала във времето). За наблюдение на регионални и локални геодинамични процеси (изменение на взаимното положение между точките от земната повърхност, вариации на големината и посоката на силата на тежестта), по правило, се използуват наземни високоточни геодезически методи на наблюдение, организирани върху специални геодезически мрежи.
Предвид естеството на самите методи за определяне на взаимното положение между точките от мрежите, хоризонталните и вертикалната компонента на движенията се определят разделно. Поради това, в геодезическата терминология са се наложили понятията Съвременни вертикални движения на земната кора (СВДЗК) и Съвременни хоризонтални движения на земната кора (СХДЗК), които от практическа гледна точка са приемливи, но съобразно изложеното по-горе, са неправилни.
Характерът и интензивността, и най-вече честотата на геодинамичните процеси, които от своя страна са показателни за определяне точността и честотата, с която трябва да се извършват геодезическите наблюдения, позволяват [Касахара, 1985] да се определи обхватът на приложение на геодезическите методи.
Установяването на тектоничните движения и на съвременния етап си остава една твърде трудна задача. Интензивността на тези движения обикновено се изразява в милиметри за година и за да бъдат откроени те сред другите процеси, протичащи както на повърхността, така и в недрата на Земята, е възможно само посредством използуването на различни инструментални методи и провеждане на продължителни, високоточни измервания. Както бе посочено по-горе, съвременните движения на земната повърхност са в значителна степен отражение на процесите, протичащи в земните дълбини. За да бъде разбран характерът на съвременните движения, трябва да се познава съвкупността от явления в недрата на Земята, както и различните екзодинамични и хидродинамични процеси в земната кора. Като цяло, те се оказват резултат от много компоненти, породени от различни причини: вътрешни, външни, космически, техногенни. Съвременните движения могат да бъдат надеждно установени само посредством едновременното използуване на разнообразни методи ( геоложки, геоморфоложки, геофизически, геохимически, геодезически) следствие на което изучаването им неизбежно придобива комплексен характер.
