Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Землетрясение — подземные толчки и колебания земной поверхности, сдвиг тектонических плит. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс геологического преобразования планеты. Считается, что первопричиной землетрясений являются глобальные геологические и тектонические силы, однако в настоящее время их природа не совсем понятна. Появление этих сил связывают с перепадами температуры в недрах Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах тектонических плит. Замечено, что за последние два века сильные землетрясения происходили в результате вспарывания крупных разломов, выходящих на поверхность[1].
Ежегодно приборами регистрируется более миллиона землетрясений. Рост количества пунктов наблюдений и совершенствование приборов для записи сейсмических колебаний позволили регистрировать с каждым десятилетием всё больше землетрясений, происходящих в недрах планеты. Если в начале 1900-х годов регистрировалось около 40 землетрясений магнитуды 7 и выше, то к XXI веку местоположение и сила всех происходящих землетрясений такой магнитуды фиксировались, и количество таких событий составило около 4500 случаев за десятилетие. В зависимости от энергии землетрясений они условно подразделяются на сильные, слабые и микроземлетрясения. Термины «разрушительное» или «катастрофическое» используются по отношению к землетрясению любой энергии и природы, если оно сопровождалось разрушениями и гибелью людей[2].
Колебания от землетрясений передаются в виде сейсмических волн. Землетрясения и связанные с ними явления изучает сейсмология, которая ведёт исследования по следующим основным направлениям:
- Изучение природы землетрясений: почему, как и где они происходят.
- Применение знаний о землетрясениях для защиты от них путём прогноза возможных в том или ином месте сейсмических ударов в целях строительства стойких к их воздействию конструкций и сооружений.
- Изучение строения земных недр и разведка месторождений полезных ископаемых с использованием сейсмических волн от землетрясений и искусственных сейсмических источников[3].
Содержание
Описание
«Ступеньки речных террас – особенно наглядный индикатор тектонических движений Урала – позволяют с большими подробностями проследить как давнюю, так и близкую историю подъёма гор. Общепризнанная средняя скорость роста Урала – примерно два миллиметра в столетие. Однако в некоторых местах Уральские горы растут на пять и больше миллиметров в год. Конечно, по сравнению с активно развивающимися высокосейсмичными горными системами – Тянь-Шанем, Памиром, Кавказом и другими – древний Урал не спешит. Зарегистрированных здесь землетрясений сравнительно немного. Но и этого вполне достаточно для неотложного, всестороннего изучения современных геологических процессов развития Урала и их влияния на деятельность человека.»
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий, сооружений и построек вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне. При этом разрушения зависят от типа сооружений, распространённого в районе землетрясения. Летальными для их обитателей при сильных землетрясениях часто являются сырцовые строения, очень распространённые в сельских местностях многих сейсмически активных районов Земли, показательный пример — землетрясение в Гватемале (1976)[5].
Землетрясения вызывают разрушения зданий и инфраструктуры преимущественно на поверхности, а подземные сооружения, находящиеся на значительной глубине, обычно остаются целыми, особенно гибкие конструкции (тоннели и подобные). Наземные сооружения более уязвимы из-за того, что поверхностные сейсмические волны усилены в сравнении с глубинными. поверхностные сейсмические волны усиливаются в первую очередь за счёт меньшего сопротивления (вязкости) приповерхностных грунтов и их обводнённости (под воздействием сейсмических волн происходит ликвификация склонных к этому грунтов). Глубинные слои не склонны к ликвификации из-за давления на них верхних слоёв грунта, кроме того расположенные в толще грунта конструкции равномерно смещаются вместе с самим грунтом, тогда как у поверхностных сооружений грунт смещает и повреждает фундаменты. Несмотря на сохранность подземных сооружений, выходы из них могут быть повреждены или разрушены (завалены), также подземелья могут остаться без электроснабжения, что опасно затоплением из-за отключения откачивающих воду насосов[6].
Примером сохранности подземных сооружений при сильном землетрясении, принёсшем значительные разрушения на поверхности, являются последствия землетрясения в долине Сан-Фернандо в 1971 году[англ.] магнитудой 6,7, во время которого был сильно разрушен Лос-Анджелес, но тоннели метро диаметром 7 метров остались практически неповреждёнными, в том числе рельсовый путь остался пригоден к эксплуатации и рабочие успешно проехали 6 км — в полной темноте из-за отключения электричества[6].
Большинство очагов землетрясений возникает в земной коре на глубине 30—40 км под поверхностью Земли[7]. Наиболее активные зоны в отношении землетрясений — Тихоокеанский пояс, проходящий вдоль почти всего побережья Тихого океана (примерно 90 % всех землетрясений Земли) и Альпийский пояс, тянущийся от Индонезии до Средиземного моря (5—6 % всех землетрясений). Стоит отметить также срединно-океанические хребты, хотя землетрясения здесь неглубокие и имеют значительно меньшую частоту и силу (вместе с землетрясениями внутри плит составляют 4—5 % всех землетрясений)[8][9].
Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и небольшую силу.
Вулканические землетрясения — разновидность землетрясений, при которых толчки возникают в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканические газы. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей землетрясение этого вида не представляет.
Причиной землетрясения является быстрое смещение участка литосферы (литосферных плит) как целого в момент релаксации (разрядки) упругой деформации напряжённых пород в очаге землетрясения.
Согласно научной классификации, по глубине возникновения землетрясения делятся на 3 группы:
- «нормальные» — 34—70 км,
- «промежуточные» — до 300 км,
- «глубокофокусные» — свыше 300 км.
К последней группе относится землетрясение, которое произошло 24 мая 2013 года в Охотском море, тогда сейсмические волны достигли многих уголков России, в том числе и Москвы. Глубина этого землетрясения достигала 600 км.
По оценке Гутенберга и Рихтера, глубина землетрясения 29 июня 1934 года с эпицентром в море Флорес составила 720 км[10][11].
Сейсмические волны и их измерение
Скольжению пород вдоль разлома в начале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.
Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.
Скорости сейсмических волн могут достигать 10 км/с.
Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы — сейсмографы. В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).
Вблизи эпицентра колебания могут быть слишком сильными для регистрации сейсмографами. Поэтому для недалёких землетрясений применяются акселерографы, начинающие работать при землетрясении и регистрирующие ускорение движений грунта[12].
- Типы сейсмических волн
Сейсмические волны делятся на 3 типа:
- Волны сжатия, или продольные сейсмические волны (первичные; P-волны). Вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
- Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны (вторичные; S-волны). Заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны.
- Длинные или поверхностные упругие волны (L-волны). Они вызывают самые сильные разрушения. Распространяются вдоль поверхности Земли. Представляют собой смесь волн двух видов: волн Лява (LQ) с поперечными колебаниями в горизонтальной плоскости и волн Рэлея (LR) с колебаниями по эллипсам вперёд-вверх-назад-вниз относительно направления распространения волны[7]. При определённых условиях, связанными с особенностями строения литосферы и параметрами очага землетрясения сейсмические волны могут распространяться на расстояния до тысяч километров с довольно сильной ощутимостью вдали от очага землетрясения, например землетрясения в бассейне Каспийского моря 2000 г., Охотского моря 2013 г. и др.
Процессы, происходящие при сильных землетрясениях
Землетрясение начинается с толчка, далее идёт разрыв и перемещение горных пород в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. По глубине очага различают нормальные (70—80 км), промежуточные (80—300 км) и глубокие землетрясения (более 300 км)[13].
В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других — земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни, может происходить разжижение грунтов[14]. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году на участке в 477 километров наблюдались смещения грунта на расстояние до 6—8,5 м[15].
Во время землетрясения в плоскости разлома развиваются высокие температуры, которые вызывают увеличение порового давления, связанное с испарением. Это увеличение в косейсмической фазе может заметно повлиять на эволюцию и скорость скольжения, более того, в постсейсмической фазе[16] он может контролировать явление афтершока, поскольку увеличение порового давления медленно распространяется на окружающую сеть трещин.
Подводные землетрясения (моретрясения) являются причиной цунами — длинных волн, порождаемых мощным воздействием на всю толщу воды в океане, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или опускание) участка морского дна. Цунами образуются при землетрясении любой силы, но большой силы достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (с магнитудой более 7).
Резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы.
Измерение силы и воздействий землетрясений
Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд (например, шкала Рихтера) и различные шкалы интенсивности.
Шкала магнитуд. Шкала Рихтера
Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал:
- локальная магнитуда (Ml);
- магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms);
- магнитуда, определяемая по объёмным волнам (Mb);
- моментная магнитуда (Mw)
Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений долгое время была локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Однако с 2002 года Геологическая служба США использует моментную магнитуду для сильных землетрясений.
Если в 1970-х—1980-х годах сильнейшими землетрясениями в истории считались землетрясение у берегов Эквадора (1906)[англ.] и землетрясение Санрику (1933)[англ.] с Ml=8,9 у обоих[17][18], то с начала 21 века таковым считается Великое Чилийское землетрясение с Mw=9,5[19], тогда как его Ml=8,4-8,5[17][20].
Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.
Шкала интенсивности
Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности:
Общая характеристика землетрясений по шкале интенсивности[источник не указан 2589 дней]:
- 1 балл (незаметное) — отмечается только специальными приборами;
- 2 балла (очень слабое) — ощущается только очень чуткими домашними животными и некоторыми людьми в верхних этажах зданий;
- 3 балла (слабое) — ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика;
- 4 балла (умеренное) — землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;
- 5 баллов (довольно сильное) — качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стёкол, осыпание побелки;
- 6 баллов (сильное) — лёгкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;
- 7 баллов (очень сильное) — значительное повреждение зданий; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;
- 8 баллов (разрушительное) — разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;
- 9 баллов (опустошительное) — обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 см/с;
- 10 баллов (уничтожающее) — обвалы во многих зданиях; в остальных — серьёзные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счёт завалов речных долин возникают озёра;
- 11 баллов (катастрофа) — многочисленные трещины на поверхности Земли, большие обвалы в горах. Общее разрушение зданий;
- 12 баллов (сильная катастрофа) — изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.
12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году[21] и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и некоторых странах. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».
Другие виды землетрясений
Вулканические
Вулканические землетрясения — разновидность землетрясений, при которых толчки возникают в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканический газ которые давят снизу на поверхность Земли. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей землетрясение этого вида не представляет. Кроме того, вулканические землетрясения обычно являются предвестниками извержения вулкана, которое грозит более серьёзными последствиями.
Тектонические и техногенные
Тектонические землетрясения возникают при смещении горных плит или в результате столкновений океанической и материковой платформ. При таких столкновениях образуются горы или впадины и происходят колебания поверхности.
Землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность — увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, повышается давление в тех порах, где вода уже была, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Это может ускорить приход землетрясения на таком разломе, где разрядка напряжений не за горами. Одно из самых сильных землетрясений, предположительно связанных с постройкой водохранилища, — койнанагарское землетрясение[англ.], произошедшее в районе плотины Койна[англ.] (Индия) 11 декабря 1967 года, имевшее магнитуду 6,4 и повлёкшее гибель 177 человек[22].
Аналогичные явления происходят при добыче нефти и газа (произошла серия землетрясений с магнитудой до 5 на Ромашкинском месторождении нефти в Татарстане) и выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов. Также 8балльное землетрясение было в Кузбассе[23]. Кроме того, землетрясения могут вызываться закачкой воды в скважины ввиду увеличивающегося при этом давления в порах горных пород. Одно из наиболее сильных таких землетрясений произошло в 1967 году в районе Денвера, где вода нагнеталась в 3-километровую скважину, и имело магнитуду 5,2[24].
Обвальные
Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и небольшую силу.
Связаны с образованием под землёй пустот, возникающих под воздействием грунтовых вод или подземных рек. При этом верхний слой поверхности земли обрушивается вниз, вызывая небольшие сотрясения. Место, в котором непосредственно происходит землетрясение (столкновение плит) называется его очагом или гипоцентром. Область поверхности земли, на которой происходит землетрясение, называют эпицентром. Именно здесь происходят самые сильные разрушения[25].
Искусственные
Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при подземном ядерном взрыве (тектоническое оружие). Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании СССР термоядерной бомбы 30 октября 1961 года произошло землетрясение такой силы, что сейсмическая волна в земной коре, порождённая ударной волной взрыва, три раза обогнула земной шар[26].
Прогнозирование
|
|