Землетрясения

    Расстояния  до эпицентра определяются двумя  способами; с помощью годографов и расчетных формул. Годографы — графики, отражающие зависимость эпицентрального расстояния от времени пробега сейсмических волн. На практике чаще пользуются формулами, в которых используются те же параметры. Зная скорость сейсмических волн V и разницу во времени прихода продольных и поперечных сейсмических волн t определяют эпицентральное расстояние Δ: 

    где V_p – скорость продольных, V_s — скорость поперечных сейсмических волн. Для нахождения эпицентра землетрясения используются показания не менее трех сейсмографов (двух горизонтальных и одного вертикального). Определение ведут по показаниям трех и более сейсмических станций.

    5. Энергия, интенсивность и частота землетрясений.

    Основные  показатели силы землетрясения — его энергия и интенсивность.

    Энергия, выделяемая при разрядке напряжений в сейсмическом очаге, измеряется в джоулях или магнитудах. Магнитуда М – условная энергетическая характеристика, выражаемая логарифмом отношения амплитуды колебаний изучаемого землетрясения А' к амплитуде колебаний стандартного землетрясения А: 

    В качестве эталонного или стандартного землетрясения принято землетрясение с амплитудой 1 мкм, которое может быть зарегистрировано на расстоянии 100 км сейсмографом стандартного типа.

    Шкала магнитуд, предложенная Ч. Рихтером, насчитывает 9 баллов. Между энергией и магнитудами  существует зависимость.

     Соотношения магнитуды, энергии и  интенсивности землетрясений приведено в табл. 1.

    Высокие магнитуды имели такие катастрофические землетрясения, как Лиссабонское 1755 (М=9), Чилийское 1960 (М=8,5) и др. Выделение  энергии происходит или сразу, в  момент разрядки напряжения, или постепенно, длительное время (афтерштоки). По мере удаления от сейсмического очага энергия быстро убывает. При увеличении расстояния от очага в два раза она снижается в 10 – 20 раз, у глубокофокусных землетрясений поверхности Земли достигает лишь 7 – 8% выделяемой энергии. Поэтому небольшие по энергии землетрясения с малой глубиной сейсмического очага бывают более разрушительными, чем глубокофокусные с высокой энергией сейсмического очага. Энергетические показатели имеют большое значение для характеристики землетрясения.

    Интенсивность землетрясения характеризует силу подземных толчков на поверхности Земли. Для ее измерения используют 12-балльную шкалу МSК-1964, разработанную в 1963 – 1964 гг. С. В. Медведевым (СССР), В. Карником (Чехословакия), В. Шпонхойером (ГДР). Эта шкала (табл. 2) рекомендована совещанием ЮНЕСКО по сейсмологии и сейсмическому строительству для временного пользования. В основу ее положены степень разрушения зданий, изменения в грунтах, поведение людей и другие признаки. Характер разрушений на поверхности зависит от направления ударной волны. В области эпицентра подземные толчки направлены вертикально. Они заставляют подскакивать находящиеся на поверхности предметы. На удалении от эпицентра угол действия ударной волны становится острее, поэтому предметы и здания уже не подскакивают, а опрокидываются. Между энергией землетрясения и его интенсивностью существует зависимость выражаемая формулой: 

    где М — магнитуда, В — интенсивность землетрясения в баллах.

    Расположенные в различных участках Земли сейсмические станции почти ежеминутно регистрируют то слабые, то более сильные подземные толчки. Это свидетельствует о постоянных, непрекращающихся движениях земной коры. Ежегодно на Земле происходят сотни тысяч землетрясений. В основном это слабые толчки, регистрируемые только сейсмографами (см. табл. 1). Землетрясения происходят в области наиболее активных движений земной коры. Сейсмическая активность, сопряженная с разным характером движений, неодинакова. Так, в Крыму за 10 лет наблюдений сейсмическими станциями было зарегистрировано 700 подземных толчков, в Средней Азии — 5000. Одним из наиболее активных в сейсмическом отношении районов земного шара является Япония, где ежегодно регистрируется более 1500 ощутимых землетрясений в год.

    6. Примеры землетрясений.

    Сильные подземные толчки на протяжении веков потрясают Японию, Китай, страны Латинской Америки, Грецию, Турцию, Италию и многие другие районы земного шара. Они несут с собой разрушения, человеческие жертвы, вызывают изменения в грунтах и рельефе местности. Одним из сильнейших было землетрясение в Чили в 1960 г., вызвавшее значительные изменения в рельефе суши и морского дна и сопровождавшееся большими разрушениями. Очаг землетрясения находился недалеко от берега, в районе острова Чилоэ. Полоса берега протяженностью 200 км и шириной 20 – 30 км опустилась на 2 м. Вдоль побережья на протяжении 600 км были разрушены многие города и деревни. Особенно сильно были разрушены города Пуэрто-Монте, Вальдивия, Консенсьон и населенные пункты, расположенные на острове Чилоэ. Города Анкуд и Маулин частично погрузились под воду. Обрушившиеся на берег цунами смыли города Кеуле и Корраль. Число жертв было относительно небольшим (около 10000 человек). Это объясняется тем, что перед основным толчком 21 мая произошли два предварительных, и это сохранило многим жизнь. В течение месяца произошло 225 подземных толчков, три из них с магнитудой 8. Землетрясение вызвало образование трещин. Протяженность некоторых из них составляла сотни метров при ширине около полуметра. Через два дня после основного толчка начал действовать вулкан Пуеуэ, изливший потоки андезитовой лавы. Извержение произошло через трещину, возникшую в 1 – 2 км от главного кратера вулкана. Сильно изменился горный ландшафт. Многочисленные обвалы сделали местность неузнаваемой, оползни в долине реки Сан-Педро образовали три запруды высотой 16, 19 и 60 м.

    На  территории бывшего СССР сильнейшие землетрясения в последние десятилетия отмечались в Ашхабаде, Ташкенте, Махачкале. Ашхабадское землетрясение произошло в октябре 1948 г. Эпицентр располагался в 25 км от города, а сейсмический очаг находился на глубине 10 – 15 км. Сила землетрясения достигла в эпицентре 9 баллов, магнитуда – 7. Землетрясение вызвало значительные разрушения в эпицентре. В Ашхабаде устояли от разрушения единичные здания. В основном были разрушены старые дома, построенные без учета сейсмичности района. В результате подземных толчков образовались трещины, относительно которых произошли вертикальные перемещения горных пород с амплитудой до 1 м. На крутых склонах долин отмечались обвалы и оползни.

    Более двух лет продолжалось Ташкентское  землетрясение. Началось оно в апреле 1966 г. Подземные толчки вызвали разрушения в центральной части города на площади около 10 км². Сейсмический очаг находился непосредственно под городом на глубине 8 км. Наиболее сильные толчки достигали 8 баллов, магниту да составила 5 ⅓.

    В 1970 г. 14 мая в предгорной части  Главного Кавказского хребта произошло  Махачкалинское землетрясение. Сила подземных толчков в эпицентре достигла 8 баллов. Разгрузка напряжений сопровождалась образованием трещин. По отдельным из них произошли горизонтальные смещения горных пород, сопровождавшиеся перемещением крупных блоков земной коры.

    Подземные толчки дают о себе знать не только на суше, но и на море. Слабые моретрясения происходят незаметно, сильные являются причиной образования грозных морских  волн — цунами (яп. tsu – гавань, nami — большая волна). Внезапные движения океанической коры вызывают образование на морском дне холмообразных поднятий или провалов. Давление, оказываемое на толщу воды, приводит к появлению на поверхности моря сейсмической волны высотой около 0,3—0,6 м и длиной до 500 км. Корабли, находящиеся в эпицентре моретрясения, ощущают ее всем корпусом. В момент удара на кораблях падают предметы, люди еле удерживаются на ногах. От эпицентра волна начинает распространяться во все стороны со скоростью до 800 км/ч и более. На Мелководье скорость волны за счет трения уменьшается, но резко увеличивается ее высота. Стена воды высотой в 6—30 м и более обрушивается на берег.

    При моретрясениях возникает от 3 до 7 цунами. Наибольшей разрушительной силой  обладают вторая и третья волны. Цунами Чилийского землетрясения прокатились  по всему Тихому океану. Максимальная – высота их достигала 27 м, скорость – около 700 км/ч. На Гавайских островах волна вызвала человеческие жертвы и частично разрушила портовый город Хило. Не обошлось без жертв и в Японии. Семиметровая волна, несшаяся с огромной скоростью, обрушилась на острова Хонсю и Хоккайдо, смыв около 5000 домов и 120 человек.

    Чилийское цунами не единственное в истории  моретрясение. По данным А. Е. Светловского, за 2500 лет в Тихом океане зарегистрировано 308 цунами. Японский сейсмолог Имамура за период с 1596 по 1938 г. отметил 15 катастрофических моретрясений. Наиболее страшным было цунами 1896 г., обрушившееся на остров Хонсю. Океан семь раз с интервалом от 7 мин до получаса посылал волны на берег. Самая высокая из них достигла 35-метровой высоты и вызвала на побережье большие разрушения.

    Чаще, чем в других районах земного  шара, цунами возникают в Тихом  океане. Неоднократно гигантские волны  обрушивались на берега Южной Америки (Чили, Перу), Японии, Гавайских островов. Известны случаи цунами в Атлантическом, Индийском океанах, Средиземном море.

    В разных странах мира создана и действует «Служба обнаружения и оповещения цунами». Центр ее расположен на Гавайских островах в Гонолулу. Станции оповещения действуют на Аляске, Алеутских, Курильских островах, на побережье Японии, США.

    7. Изменения в грунтах.

    Землетрясения вызывают значительные нарушения в  залегании горных пород земной коры и на ее поверхности. Одно из распространенных нарушений – трещины. Они пронизывают толщи горных пород на разную глубину, иногда уходят своими корнями в верхнюю мантию. Размеры трещин, зависят от силы землетрясения и глубины сейсмического очага. Ширина их колеблется от миллиметров до 5 м и более, длина — от сотни метров до сотен километров. Большую протяженность имели трещины после землетрясения 1957 г. в Монголии — 270—280 км. Затрагивая грунтовые воды и озера, трещины осушают их. Но бывают случаи, когда вода фонтанирует через трещины или через них выбрасываются газы. Вдоль сомкнувшихся краев трещины пробивают себе путь подпруженные реки.

    Другое  распространенное явление, связанное с землетрясением,— перемещение вдоль трещин малых и крупных блоков земной коры. Они движутся как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Одним из примеров вертикальных перемещений может служить погружение обширного участка морского дна в заливе Сагами (1923) или погружение на 2 м береговой полосы площадью 5000 км² во время Чилийского землетрясения 1960 г. Примерами поднятий может быть образование островов при Лиссабонском землетрясении 1755 г. Крупные горизонтальные перемещения, сместившие части горного хребта на 150 м, наблюдались при Махачкалинском землетрясении 1970 г. Периодически повторяются горизонтальные подвижки вдоль разлома Сан-Андреас в США. Иногда вертикальные перемещения имеют вид уступов (скарпов). В 1862 г. в Прибайкалье во время землетрясения на 5 – 6 м опустилась значительная часть Кударинской степи. При особенно сильных землетрясениях на рыхлых грунтах нередко наблюдаются волнистые колебания почвы. В 1891 г. в одном из районов Японии после землетрясения в почве сохранились волны высотой до 30 см, длиной 3 до 10 м.

    Не  менее крупным последствием землетрясений являются обвалы и оползни, особенно в горах. От мощных толчков массивы гор приходят в движение, многотонные массы слабоустойчивых пород объемом иногда в миллионы кубических метров обрушиваются к подножию, перегораживают реки, образуют озера. В 1963 г. во время 9-балльного землетрясения на Кавказе обвалы охватили 80 км² площади. Крупнейший из них — Ацгарский (объемом около 3 млн. м³) перекрыл реку Чхалту, образовав плотину высотой 30 м. При Перуанском землетрясении 1970 г. произошел обвал с горы Гуаскаран. Скорость перемещения обвальных масс достигала 280 – 335 км/ч. Огромная масса пород перелетела через реку Рио-Санита и под влиянием сил инерции поднялась на противоположный берег на высоту 83 м. Редким явлением был обвал огромных масс льда во время землетрясения на Аляске в 1958 г. Сильный подземный толчок сбросил с горы Форвезер в залив Литуйи ледник. Высота всплеска воды достигла 165 м. Значительными бывают и оползни. При Алмаатинском землетрясении 1887 г., оползни и оплывины покрыли около 400 км² площади.

    8. Распространение землетрясений.

    Области распространения землетрясений совпадают с районами вулканической деятельности, горообразования, новейших и современных тектонических движений. Подавляющее большинство сейсмических очагов приурочено к старым или вновь формирующимся разломам. На поверхности земного шара выделяют два обширных сейсмических пояса – Тихоокеанский и Средиземноморско – Трансазиатский. Слабой сейсмичностью обладают районы Атлантического и Индийского океанов.

    С Тихоокеанским сейсмическим поясом связано около 80% всех землетрясений. Огромным кольцом пояс охватывает акваторию Тихого океана. В его состав входят сейсмически активные области Аляски, Камчатки, Курильских островов, Японии, Филиппин, Новой Зеландии, Южной Америки, побережья Центральной и Северной Америки, Алеутские и Гавайские острова. В этом поясе произошли такие катастрофические землетрясения, как Санфранцисское (1906), аляскинское (1958), японское (1923), чилийское (1960), перуанское (1970). Некоторые из них сопровождались разрушительными цунами.

    Средиземноморско-Трансазиатский сейсмический пояс простирается в широтном направлении. К нему приурочено около 15% всех землетрясений. Он начинается у островов Зеленого мыса в Атлантическом океане и далее широкой полосой тянется на восток, охватывает сейсмические районы Северной Африки, Португалии, Италии, Греции, Турции, Ирана, юга Советского Союза, Гималаев, Центрального Китая, Индонезии. Крупнейшие землетрясения этой зоны характеризуются большой площадью распространения, высокими магнитудами и балльностью. К числу наиболее разрушительных относятся: лиссабонское (1755), мессинское (Италия, 1908), китайское (1920), ашхабадское (1948), фессалийское (Греция 1957), агадирское (Африка, 1960). Самым обширным было гоби-алтайское землетрясение, охватившее площадь в 5 млн. км².