Землетрясения. Стихийные бедствия, характерные для территории азербайджанской республики

Изучением землетрясений занимается сейсмология. Сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития ме-тодов сейсмической разведки.

Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен. Детальные исторические описания, надежно свидетельствующие о землетрясениях с сер. 1 тыс. до н.э., даны японцами. Большое внимание сейсмичности уделяли и античные ученые - Аристотель и др. Систематические инструментальные наблюдения, начатые во 2-ой пол. 19 в., привели к выделению сейсмологии в самостоятельную науку (Б.Б. Голицын, Э. Вихерт, Б. Гутенберг, А. Мохоровичич, Ф. Омори и др.).

МАГНИТУДА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (от лат. magnitudo - величина), условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами; позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ШКАЛА, шкала для оценки интенсивности землетрясения на поверхности Земли. В Российской Федерации используются 12-бальная сейсмическая шкала MSK-64.

СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИЕ ХРЕБТЫ, горные сооружения, образующие на дне Мирового океана единую систему, опоясывающую весь земной шар.

ЛИТОСФЕРНАЯ ПЛИТА, крупный (несколько тыс. км в поперечнике) блок земной коры, включающий не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору; ограничен со всех сторон сейсмически и тектонически активными зонами разломов.

ГИПОЦЕНТР, точка начала перемещения масс (вспарывания разрыва) в очаге землетрясения. Глубина до 700 км.

Техногенные землетрясения

В последнее время появились сведения, что 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 водохранилицах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода, понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

Предупреждение землетрясений

Современные исследования показали, что провоцируя мелкие толчки в зоне разлома, можно ослабить давление, способное вызвать сильное землетрясение. Множество слабых землетрясений, уменьшая напряжения, накапливающиеся со временем, способно освободить столько же энергии, сколько одно разрушительное.

Одним из способов предупреждения сильных землетрясений служит закачка воды в скважины, расположенные вдоль линии разлома, в котором было обнаружено повышенное давление. Вода действует подобно смазке, уменьшая трение между породами в разломе и создавая условия для их плавной подвижки, сопровождаемой серией лёгких толчков.

Содержание статьи

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ, колебания Земли, вызванные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью в толще горных пород. Наиболее сильные землетрясения иногда ощущаются на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами (специальными высокочувствительными приборами) даже в противоположном полушарии. Район, где зарождаются колебания, называется очагом землетрясения, а его проекция на поверхность Земли – эпицентром землетрясения. Очаги большей части землетрясений лежат в земной коре на глубинах не более 16 км, однако в некоторых районах глубины очагов достигают 700 км. Ежедневно происходят тысячи землетрясений, но лишь немногие из них ощущаются человеком.

Упоминания о землетрясениях встречаются в Библии, в трактатах античных ученых – Геродота , Плиния и Ливия , а также в древних китайских и японских письменных источниках. До 19 в. большинство сообщений о землетрясениях содержало описания, обильно приправленные суевериями, и теории, основанные на скудных и недостоверных наблюдениях. Серию систематических описаний (каталогов) землетрясений в 1840 начал А.Перри (Франция). В 1850-х годах Р.Малле (Ирландия) составил большой каталог землетрясений, а его подробный отчет о землетрясении в Неаполе в 1857 стал одним из первых строго научных описаний сильных землетрясений.

Причины землетрясений.

Хотя уже с давних времен ведутся многочисленные исследования, нельзя сказать, что причины возникновения землетрясений полностью изучены. По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения

возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение – 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.

Вулканические землетрясения

происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясения

могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.

Сейсмические волны.

Колебания, распространяющиеся из очага землетрясения, представляют собой упругие волны, характер и скорость распространения которых зависят от упругих свойств и плотности пород. К упругим свойствам относятся модуль объемной деформации, характеризующий сопротивление сжатию без изменения формы, и модуль сдвига, определяющий сопротивление усилиям сдвига. Скорость распространения упругих волн увеличивается прямо пропорционально квадратному корню значений параметров упругости и плотности среды.

Продольные и поперечные волны.

На сейсмограммах эти волны появляются первыми. Раньше всего регистрируются продольные волны, при прохождении которых каждая частица среды подвергается сначала сжатию, а затем снова расширяется, испытывая при этом возвратно-поступательное движение в продольном направлении (т.е. в направлении распространения волны). Эти волны называются также Р- волнами, или первичными волнами. Их скорость зависит от модуля упругости и жесткости породы. Вблизи земной поверхности скорость Р -волн составляет 6 км/с, а на очень большой глубине - ок. 13 км/с. Следующими регистрируются поперечные сейсмические волны, называемые также S -волнами, или вторичными волнами. При их прохождении каждая частица породы колеблется перпендикулярно направлению распространения волны. Их скорость зависит от сопротивления породы сдвигу и составляет примерно 7 / 12 от скорости распространения Р- волн.

Поверхностные волны

распространяются вдоль земной поверхности или параллельно ей и не проникают глубже 80- 160 км. В этой группе выделяются волны Рэлея и волны Лява (названные по именам ученых, разработавших математическую теорию распространения таких волн). При прохождении волн Рэлея частицы породы описывают вертикальные эллипсы, лежащие в очаговой плоскости. В волнах Лява частицы породы колеблются перпендикулярно направлению распространения волн. Поверхностные волны часто обозначаются сокращенно как L -волны. Скорость их распространения составляет 3,2- 4,4 км/с. При глубокофокусных землетрясениях поверхностные волны очень слабые.

Амплитуда и период

характеризуют колебательные движения сейсмических волн. Амплитудой называется величина, на которую изменяется положение частицы грунта при прохождении волны по сравнению с предшествовавшим состоянием покоя. Период колебаний - промежуток времени, за который совершается одно полное колебание частицы. Вблизи очага землетрясения наблюдаются колебания с различными периодами – от долей секунды до нескольких секунд. Однако на больших расстояниях от центра (сотни километров) короткопериодные колебания выражены слабее: для Р -волн характерны периоды от 1 до 10 с, а для S -волн – немного больше. Периоды поверхностных волн составляют от нескольких секунд до нескольких сотен секунд. Амплитуды колебаний могут быть значительными вблизи очага, однако на расстояниях 1500 км и более они очень малы - менее нескольких микрон для волн Р и S и менее 1 см – для поверхностных волн.

Отражение и преломление.

Встречая на своем пути слои пород с отличающимися свойствами, сейсмические волны отражаются или преломляются подобно тому, как луч света отражается от зеркальной поверхности или преломляется, переходя из воздуха в воду. Любые изменения упругих характеристик или плотности материала на пути распространения сейсмических волн заставляют их преломляться, а при резких изменениях свойств среды часть энергии волн отражается (см . рис.).

Пути сейсмических волн.

Продольные и поперечные волны распространяются в толще Земли, при этом непрерывно увеличивается объем среды, вовлекаемой в колебательный процесс. Поверхность, соответствующая максимальному продвижению волн определенного типа в данный момент, называется фронтом этих волн. Поскольку модуль упругости среды возрастает с глубиной быстрее, чем ее плотность (до глубины 2900 км), скорость распространения волн на глубине выше, чем вблизи поверхности, и фронт волны оказывается более продвинутым вглубь, чем в латеральном (боковом) направлении. Траекторией волны называется линия, соединяющая точку, находящуюся на фронте волны, с источником волны. Направления распространения волн Р и S представляют собой кривые, обращенные выпуклостью вниз (из-за того, что скорость движения волн больше на глубине). Траектории волн Р и S совпадают, хотя первые распространяются быстрее.

Сейсмические станции, находящиеся вдали от эпицентра землетрясения, регистрируют не только прямые волны Р и S , но также волны этих типов, уже отраженные один раз от поверхности Земли - РР и SS (или РR 1 и SR 1), а иногда - отраженные дважды - РРР и SSS (или РR 2 и SR 2). Существуют также отраженные волны, которые проходят один отрезок пути как Р -волна, а второй, после отражения, - как S -волна. Образующиеся обменные волны обозначаются как РS или SР. На сейсмограммах глубокофокусных землетрясений наблюдаются также и другие типы отраженных волн, например, волны, которые прежде, чем достичь регистрирующей станции, отразились от поверхности Земли. Их принято обозначать маленькой буквой, за которой следует заглавная (например, рR ). Эти волны очень удобно использовать для определения глубины очага землетрясения.

На глубине 2900 км скорость P -волн резко снижается от >13 км/с до ~ 8 км/с; а S -волны не распространяются ниже этого уровня, соответствующего границе земного ядра и мантии. Оба типа волн частично отражаются от этой поверхности, и некоторое количество их энергии возвращается к поверхности в виде волн, обозначаемых как Р с Р и S с S . Р -волны проходят сквозь ядро, но их траектория при этом резко отклоняется и на поверхности Земли возникает теневая зона, в пределах которой регистрируются только очень слабые Р -волны. Эта зона начинается на расстоянии ок. 11 тыс. км от сейсмического источника, а уже на расстоянии 16 тыс. км Р -волны снова появляются, причем их амплитуда значительно возрастает из-за фокусирующего влияния ядра, где скорости волн низкие. Р -волны, прошедшие сквозь земное ядро, обозначаются РКР или Р ў . На сейсмограммах хорошо выделяются также волны, которые по пути от источника к ядру идут как волны S , затем проходят сквозь ядро как волны Р , а при выходе волны снова преобразуются в тип S. В самом центре Земли, на глубине более 5100 км, существует внутреннее ядро, находящееся предположительно в твердом состоянии, но природа его пока не вполне ясна. Волны, проникающие сквозь это внутреннее ядро, обозначаются как РКIКР или SКIКS (см . рис. 1).

Регистрация землетрясений.

Прибор, записывающий сейсмические колебания, называется сейсмографом, а сама запись - сейсмограммой. Сейсмограф состоит из маятника, подвешенного внутри корпуса на пружине, и записывающего устройства.

Одно из первых записывающих устройств представляло собой вращающийся барабан с бумажной лентой. При вращении барабан постепенно смещается в одну сторону, так что нулевая линия записи на бумаге имеет вид спирали. Каждую минуту на график наносятся вертикальные линии - отметки времени; для этого используются очень точные часы, которые периодически сверяют с эталоном точного времени. Для изучения близких землетрясений необходима точность маркировки - до секунды или меньше.

Во многих сейсмографах для преобразования механического сигнала в электрический используются индукционные устройства, в которых при перемещении инертной массы маятника относительно корпуса изменяется величина магнитного потока, проходящего через витки индукционной катушки. Возникающий при этом слабый электрический ток приводит в действие гальванометр, соединенный с зеркальцем, которое отбрасывает луч света на светочувствительную бумагу записывающего устройства. В современных сейсмографах регистрация колебаний ведется в цифровом виде с использованием компьютеров.

Магнитуда землетрясений

обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч.Ф.Рихтера, предложившего ее в 1935). Магнитуда землетрясения - безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения и некоторого стандартного землетрясения. Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине. Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

2 - самые слабые ощущаемые толчки;

4 1 / 2 - самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 - умеренные разрушения;

8 1 / 2 - самые сильные из известных землетрясений.

Интенсивность землетрясений

оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности. Для ретроспективной оценки балльности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения. В США оценка интенсивности обычно проводится по модифицированной 12-балльной шкале Меркалли.

1 балл . Ощущается немногими особо чувствительными людьми в особенно благоприятных для этого обстоятельствах.

3 балла . Ощущается людьми как вибрация от проезжающего грузовика.

4 балла . Дребезжат посуда и оконные стекла, скрипят двери и стены.

5 баллов . Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Незакрепленные предметы падают.

6 баллов . Ощущается всеми. Небольшие повреждения.

8 баллов . Падают дымовые трубы, памятники, рушатся стены. Меняется уровень воды в колодцах. Сильно повреждаются капитальные здания.

10 баллов . Разрушаются кирпичные постройки и каркасные сооружения. Деформируются рельсы, возникают оползни.

12 баллов . Полное разрушение. На земной поверхности видны волны.

В России и некоторых соседних с ней странах принято оценивать интенсивность колебаний в баллах МSК (12-балльной шкалы Медведева - Шпонхойера - Карника), в Японии - в баллах ЯМА (9-балльной шкалы Японского метеорологического агентства).

Интенсивность в баллах (выражающихся целыми числами без дробей) определяется при обследовании района, в котором произошло землетрясение, или опросе жителей об их ощущениях при отсутствии разрушений, или же расчетами по эмпирически полученным и принятым для данного района формулам. Среди первых сведений о произошедшем землетрясении становится известной именно его магнитуда, а не интенсивность. Магнитуда определяется по сейсмограммам даже на больших расстояниях от эпицентра.

Последствия землетрясений.

Сильные землетрясения оставляют множество следов, особенно в районе эпицентра: наибольшее распространение имеют оползни и осыпи рыхлого грунта и трещины на земной поверхности. Характер таких нарушений в значительной степени определяется геологическим строением местности. В рыхлом и водонасыщенном грунте на крутых склонах часто происходят оползни и обвалы, а мощная толща водонасыщенного аллювия в долинах деформируется легче, чем твердые породы. На поверхности аллювия образуются просадочные котловины, заполняющиеся водой. И даже не очень сильные землетрясения получают отражение в рельефе местности.

Смещения по разломам или возникновение поверхностных разрывов могут изменить плановое и высотное положение отдельных точек земной поверхности вдоль линии разлома, как это произошло во время землетрясения 1906 в Сан-Франциско. При землетрясении в октябре 1915 в долине Плезант в Неваде на разломе образовался уступ длиной 35 км и высотой до 4,5 м. При землетрясении в мае 1940 в долине Импириал в Калифорнии подвижки произошли на 55-километровом участке разлома, причем наблюдались горизонтальные смещения до 4,5 м. В результате Ассамского землетрясения (Индия) в июне 1897 в эпицентральной области высота местности изменилась не менее, чем на 3 м.

Значительные поверхностные деформации прослеживаются не только вблизи разломов и приводят к изменению направления речного стока, подпруживанию или разрывам водотоков, нарушению режима источников воды, причем некоторые из них временно или навсегда перестают функционировать, но в то же время могут появиться новые. Колодцы и скважины заплывают грязью, а уровень воды в них ощутимо меняется. При сильных землетрясениях вода, жидкая грязь или песок могут фонтанами выбрасываться из грунта.

При смещении по разломам происходят повреждения автомобильных и железных дорог, зданий, мостов и прочих инженерных сооружений. Однако качественно построенные здания редко разрушаются полностью. Обычно степень разрушений находится в прямой зависимости от типа сооружения и геологического строения местности. При землетрясениях умеренной силы могут происходить частичные повреждения зданий, а если они неудачно спроектированы или некачественно построены, то возможно и их полное разрушение.

При очень сильных толчках могут обрушиться и сильно пострадать сооружения, построенные без учета сейсмической опасности. Обычно не обрушиваются одно- и двухэтажные постройки, если у них не очень тяжелые крыши. Однако бывает, что они смещаются с фундаментов и часто у них растрескивается и отваливается штукатурка.

Дифференцированные движения могут приводить к тому, что мосты сдвигаются со своих опор, а инженерные коммуникации и водопроводные трубы разрываются. При интенсивных колебаниях уложенные в грунт трубы могут «складываться», всовываясь одна в другую, или выгибаться, выходя на поверхность, а железнодорожные рельсы деформироваться. В сейсмоопасных районах сооружения должны проектироваться и строиться с соблюдением строительных норм, принятых для данного района в соответствии с картой сейсмического районирования.

В густонаселенных районах едва ли не больший ущерб, чем сами землетрясения, наносят пожары, возникающие в результате разрыва газопроводов и линий электропередач, опрокидывания печей, плит и разных нагревательных приборов. Борьба с пожарами затрудняется из-за того, что водопровод оказывается поврежденным, а улицы непроезжими вследствие образовавшихся завалов.

Сопутствующие явления.

Иногда подземные толчки сопровождаются хорошо различимым низким гулом, когда частота сейсмических колебаний лежит в диапазоне, воспринимаемом человеческим ухом, иногда такие звуки слышатся и при отсутствии толчков. В некоторых районах они представляют собой довольно обычное явление, хотя ощутимые землетрясения происходят очень редко. Имеются также многочисленные сообщения о возникновении свечения во время сильных землетрясений. Общепринятого объяснения таких явлений пока нет. Цунами (большие волны на море) возникают при быстрых вертикальных деформациях морского дна во время подводных землетрясений. Цунами распространяются в океанах в пределах глубоководных зон океанов со скоростью 400–800 км/ч и могут вызвать разрушения на берегах, удаленных на тысячи километров от эпицентра. У близлежащих к эпицентру берегов эти волны иногда достигают в высоту 30 м.

При многих сильных землетрясениях помимо основных толчков регистрируются форшоки (предшествующие землетрясения) и многочисленные афтершоки (землетрясения, следующие за основным толчком). Афтершоки обычно слабее, чем основной толчок, и могут повторяться в течение недель и даже лет, становясь все реже и реже.

Географическое распространение землетрясений.

Большинство землетрясений сосредоточено в двух протяженных, узких зонах. Одна из них обрамляет Тихий океан, а вторая тянется от Азорских о-вов на восток до Юго-Восточной Азии.

Тихоокеанская сейсмическая зона проходит вдоль западного побережья Южной Америки. В Центральной Америке она разделяется на две ветви, одна из которых следует вдоль островной дуги Вест-Индии, а другая продолжается на север, расширяясь в пределах США, до западных хребтов Скалистых гор. Далее эта зона проходит через Алеутские о-ва до Камчатки и затем через Японские о-ва, Филиппины, Новую Гвинею и острова юго-западной части Тихого океана к Новой Зеландии и Антарктике.

Вторая зона от Азорских о-вов простирается на восток через Альпы и Турцию. На юге Азии она расширяется, а затем сужается и меняет направление на меридиональное, следует через территорию Мьянмы, острова Суматра и Ява и соединяется с циркумтихоокеанской зоной в районе Новой Гвинеи.

Выделяется также зона меньшего размера в центральной части Атлантического океана, следующая вдоль Срединно-Атлантического хребта.

Существует ряд районов, где землетрясения происходят довольно часто. К ним относятся Восточная Африка, Индийский океан и в Северной Америке долина р.Св. Лаврентия и северо-восток США.

По сравнению с мелкофокусными глубокофокусные землетрясения имеют более ограниченное распространение. Они не были зарегистрированы в пределах Тихоокеанской зоны от южной Мексики до Алеутских о-вов, а в Средиземноморской зоне - к западу от Карпат. Глубокофокусные землетрясения характерны для западной окраины Тихого океана, Юго-Восточной Азии и западного побережья Южной Америки. Зона с глубокофокусными очагами обычно располагается вдоль зоны мелкофокусных землетрясений со стороны материка.

Прогноз землетрясений.

Для повышения точности прогноза землетрясений необходимо лучше представлять механизмы накопления напряжений в земной коре, крипа и деформаций на разломах, выявить зависимости между тепловым потоком из недр Земли и пространственным распределением землетрясений, а также установить закономерности повторяемости землетрясений в зависимости от их магнитуды.

Во многих районах земного шара, где существует вероятность возникновения сильных землетрясений, ведутся геодинамические наблюдения с целью обнаружения предвестников землетрясений, среди которых заслуживают особого внимания изменения сейсмической активности, деформации земной коры, аномалии геомагнитных полей и теплового потока, резкие изменения свойств горных пород (электрических, сейсмических и т.п.), геохимические аномалии, нарушения водного режима, атмосферные явления, а также аномальное поведение насекомых и других животных (биологические предвестники). Такого рода исследования проводятся на специальных геодинамических полигонах (например, Паркфилдском в Калифорнии, Гармском в Таджикистане и др.). С 1960 работает множество сейсмических станций, оборудованных высокочувствительной регистрирующей аппаратурой и мощными компьютерами, позволяющими быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясений.

По причинам, вызывающим землетрясения, они делятся на тектонические, вулканические, денудационные и техногенные.

Тектонические землетрясения являются результатом тектонических процессов, происходящих в земной коре и мантии. Они составляют подавляющее большинство землетрясений, распространяются на огромных площадях и характеризуются наиболее разрушительными последствиями. При разрядке тектонических напряжений, когда они превышают предел прочности пород, происходит «вспарывание» тектонического разрыва, распространяющееся с большой скоростью до 3-4 км/с. Сейсмические волны, достигая поверхности Земли, вызывают образование различных сейсмодислокаций, которые при сильных землетрясениях распространяются на площадях в десятки и сотни тысяч квадратных километров. Они могут выражаться в горизонтальных смещениях (рис. 10.6) на десятки сантиметров и первые метры, в вертикальных смещениях с амплитудой до первых метров и десятков метров, образованием трещин без смещения (рис. 10.7), провалов и т. д. Вертикальные смещения при катастрофическом землетрясении Канто (Япония) в 1923 г., когда погибло 143 тыс. человек, достигали 250 м - на такую глубину опустилось дно залива Сагами к югу от Токио, а на п-ве Босо возникло поднятие высотой до 1,9 м.

Существуют землетрясения, которые по терминологии американского сейсмолога Р. Стейна получили название скрытых тектонических землетрясений , когда напряжение снимается за счет образования тектонических деформаций, не достигающих земной поверхности, или выражается в образовании складок (рис. 10.8). Такое землетрясение магнитудой 7,3 произошло в 1980 г. в Эль-Саме (Алжир) и унесло жизни 3,5 тыс. человек. Землетрясения с магнитудой 6,5 «под складками» произошло в США в Коалинге в 1983 г., когда оказались разрушенными до 75% неукрепленных зданий. Существование подобных землетрясений таит в себе скрытую угрозу при освоении новых территорий. Так, в кажущихся пустынными и безопасными местах зачастую размещают могильники и захоронения токсичных отходов (например, район Каолинга в США), а сейсмический толчок способен нарушить их целостность, вызвав угрожающие последствия.

К тектоническим относятся и землетрясения, происходящие на морском или океаническом дне и называемые «моретрясениями». Резкое смещение горных пород по крупному разрыву, проходящему под океаническим дном, в результате чего могут возникать поднятия и впадины, вызывают зарождение в плейстосейстовой области волн, которые в открытом океане, благодаря своей длине до 200 км, почти незаметны. Распространяясь со скоростью до 800 км/ч, а на мелководье, притормаживаясь, они резко увеличивают свою высоту до 15-20-25 м и обрушиваются на берег с колоссальной мощью, все сметая и разрушая на своем пути. Такие волны называются цунами. Особенно часты и разрушительны цунами в Тихом океане. Одно из самых сильных катастрофических цунами обрушилось на восточное побережье о. Хонсю в 1896 г. в результате землетрясения, эпицентр которого находился в море. Высота волны была на 25-32 м выше максимального уровня прилива и целые деревни оказались под водой. Погибло 26 тыс. человек.

Вулканические землетрясения предшествуют или сопровождают извержения вулканов и возникают в результате глубинных взрывов газов, выделяющихся из магмы, гидравлических ударов магмы или эксплозивных (взрывных) извержений вулканов. Вулканические извержения иногда обладают колоссальной силой (извержение вулкана Кракатау в 1883 г.), но имеют локальное распространение. К вулканическому можно отнести землетрясение, сопровождающее извержение вулкана Бандайсан в Японии в 1988 г., когда сильнейший взрыв вулканических газов уничтожил андезитовую гору высотой 670 м. На Камчатке многочисленные вулканические землетрясения связаны с извержениями вулканов Ключевского, Шивелуч и др. Во время извержений одного из активнейших вулканов Европы - Этны постоянно происходят многочисленные микротрясения.

Наблюдения за сейсмичностью в регионах вулканов являются одним из параметров для мониторинга их состояния. Зачастую сильные землетрясения сопровождаются активизацией вулканов (как было в Чили и Японии) и начало крупного извержения может сопровождаться сильным землетрясением (извержение Везувия).

Денудационные землетрясения (обвальные и провальные) связаны с обрушением массивов горных пород или провалами в областях карстообразования. Сотрясения могут быть вызваны обвалами и большими оползнями, не связанными с тектоническими землетрясениями. Обрушение при потере устойчивости горных склонов громадных масс породы, сход снежных лавин тоже сопровождаются сейсмическими колебаниями, которые обычно далеко не распространяются. В 1974 г. со склона хребта Викунаек в Перуанских Андах в долину реки Мантаро с высоты почти 2 км обрушилось 1,6 млрд м3 горных пород, похоронивших под собой 450 чел. Сейсмические волны оттуда по дну и противоположному склону долины были зарегистрированы на удалении почти 3000 км, а магнитуда землетрясения достигла 5 по шкале Рихтера.

Иногда землетрясения провоцируют обвалы и оползни. При землетрясении 1958 г. дно заливов Крихлон и Джильберт на Аляске резко сдвинулось по тектоническому разлому на 6,4 м и приподнялось более чем на 6 м. Несколько часов спустя вниз обрушилось более 36 млн м3 горных пород. При землетрясении 1964 г. на Аляске возник грандиозный оползень Шерман объемом 30 млн м3. Только незначительная заселенность этих мест свела до минимума возможные потери от грандиозных по своему масштабу геологических явлений. Слабые сотрясения почвы наблюдаются при обвале подземных пустот в областях развития карста. Денудационные землетрясения носят в основном локальный характер и имеют относительно невысокую балльность.

Техногенные землетрясения связаны с воздействием человека на природу. Проводя подземные ядерные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти и газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек вызывает подземные удары. Повышение гидростатического давления, вызванное закачкой воды в глубокие горизонты земной коры, провоцирует подземные толчки. Достаточно спорные примеры таких землетрясений (наложение антропогенной деятельности на тектонический фактор) - Газлийское землетрясение 1976 г. в Узбекистане и землетрясение в Нефтеюганске на Сахалине.

«Наведенные» землетрясения могут происходить при заполнении крупных водохранилищ. Накопление массы воды приводит к увеличению гидростатического давления и возрастанию напряжения, разрядка которого выражается в подземных толчках, достигающих силы 4-5 баллов. Подобная сейсмичность наблюдалась при заполнении Нурекского водохранилища в Таджикистане, в районе Токтогульской ГЭС в Киргизии, Чарвакской - в Узбекистане и в др.

При неблагоприятном сочетании техногенных факторов и природных особенностей регионов с высокой тектонической активностью возрастает вероятность возникновения техногенных землетрясений, способных привести к катастрофическим ситуациям. В заключение следует отметить, что тектонические землетрясения составляют 95 % от общего числа землетрясений, а магнитуда (M) их достигает 9; вулканические - 5 % (М до 8); денудационные < 1 % (M - не более 5); техногенные - менее 0,1 % (М до 5).

Земная твердь во все времена была символом безопасности. И сегодня человек, который боится полетов на самолете, чувствует себя защищенным, только ощутив под ногами ровную поверхность. Страшнее всего поэтому становится, когда в буквальном смысле почва уходит из-под ног. Землетрясения, даже самые слабые, настолько сильно подрывают чувство безопасности, что многие последствия связаны не с разрушениями, а с паникой и имеют психологический, а не физический характер. Кроме того, это одна из тех катастроф, предотвратить которые человечество не в силах, а потому множество ученых исследуют причины возникновения землетрясений, разрабатывают методы фиксации толчков, прогнозирования и предупреждения. Уже накопленный человечеством объем знаний по этому вопросу позволяет свести к минимуму потери в некоторых случаях. В то же время примеры землетрясений последних лет явно свидетельствуют о том, что еще очень многое предстоит узнать и сделать.

Суть явления

В основе каждого землетрясения лежит сейсмическая волна, приводящая в Она возникает в результате мощных процессов различной глубины. Довольно незначительные землетрясения происходят из-за дрейфа на поверхности, часто вдоль разломов. Более глубокие по своему расположению причины возникновения землетрясений чаще имеют разрушительные последствия. Они протекают в зонах вдоль краев смещающихся плит, которые погружаются в мантию. Происходящие здесь процессы приводят к наиболее заметным последствиям.

Землетрясения случаются каждый день, однако большую их часть люди не замечают. Они лишь фиксируются специальными приборами. При этом наибольшая сила толчков и максимальные разрушения приходятся на зону эпицентра, места над очагом, породившим сейсмические волны.

Шкалы

Сегодня существует несколько способов, позволящих определить силу явления. В их основе лежат такие понятия, как интенсивность землетрясения, его энергетический класс и магнитуда. Последняя из названных представляет собой величину, которая характеризует количество энергии, выделившейся в виде сейсмических волн. Такой способ измерения силы явления был предложен в 1935 году Рихтером и поэтому в народе называется шкалой Рихтера. Она используется и сегодня, однако в ней, вопреки расхожему мнению, каждому землетрясению приписываются не баллы, а определенная величина магнитуды.

Баллы землетрясений, которые всегда приводятся в описании последствий, имеют отношение к другой шкале. В ее основе лежит изменение амплитуды волны, или величины колебаний в эпицентре. Значения этой шкалы также описывают интенсивность землетрясений:

• 1-2 балла: достаточно слабые толчки, регистрируются только приборами;
• 3-4 балла: ощутимо в высотных здания, часто заметно по раскачиванию люстры и смещению небольших предметов, человек может почувствовать головокружение;
• 5-7 баллов: толчки можно ощутить уже на земле, возможно появление трещин на стенах зданий, осыпание штукатурки;
• 8 баллов: мощные толчки приводят к появлению глубоких трещин в земле, заметным повреждениям зданий;
• 9 баллов: разрушаются стены домов, часто подземные сооружения;
• 10-11 баллов: такое землетрясение приводит к обвалам и оползням, обрушению зданий и мостов;
• 12 баллов: приводит к самым катастрофическим последствиям, вплоть до сильного изменения ландшафта и даже направления движения воды в реках.

Баллы землетрясений, которые приводятся в различных источниках, определяются именно по этой шкале.

Классификация

Возможность предсказывать любую катастрофу связана с четким пониманием того, что ее вызывает. Основные причины возникновения землетрясений можно поделить на две большие группы: природные и искусственные. Первые связаны с изменениями в недрах, а также с влиянием некоторых космических процессов, вторые вызваны деятельностью человека. Классификация землетрясений основана на причине, вызвавшей его. Среди природных выделяют тектонические, обвальные, вулканические и прочие. Остановимся на них подробнее.

Тектонические землетрясения

Кора нашей планеты постоянно находится в движении. Именно оно лежит в основе большинства землетрясений. Тектонические плиты, составляющие кору, перемещаются друг относительно друга, сталкиваются, расходятся и сходятся. В местах разломов, где проходят границы плит и возникает сила сжатия либо натяжения, накапливается тектоническое напряжение. Нарастая, оно, рано или поздно, приводит к разрушению и смещению горных пород, в результате чего и рождаются сейсмические волны.

Вертикальные подвижки приводят к образованию провалов или же поднятию пород. Причем смещение плит может быть незначительным и составлять всего несколько сантиметров, однако количества высвобождаемой при этом энергии достаточно для серьезных разрушений на поверхности. Следы таких процессов на земле очень заметны. Это могут быть, например, смещения одной части поля относительно другой, глубокие трещины и провалы.

Под толщей вод

Причины возникновения землетрясений на дне океана те же, что и на суше — подвижки литосферных плит. Несколько отличаются их последствия для людей. Очень часто смещение океанических плит вызывает цунами. Зародившись над эпицентром, волна постепенно набирает высоту и у берега часто достигает десяти метров, а иногда и пятидесяти.

По статистике, свыше 80 % цунами обрушиваются на берега Тихого океана. Сегодня существует множество служб в сейсмоопасных зонах, трудящихся над прогнозированием возникновения и распространения разрушительных волн и оповещающих население об опасности. Однако человек по-прежнему мало защищен от подобных стихийных бедствий. Примеры землетрясений и цунами начала нашего века - лишнее тому подтверждение.

Вулканы

Когда речь заходит о землетрясениях, поневоле в голове возникают и виденные когда-то изображения извержения раскаленной магмы. И это неудивительно: два природных явления связаны между собой. Причиной землетрясения может стать вулканическая деятельность. Содержимое огненных гор оказывает давление на поверхность земли. В течение иногда достаточно длительного периода подготовки к извержению происходят периодические взрывы газа и пара, которые порождают сейсмические волны. Давлением на поверхность создается так называемый вулканический тремор (дрожание). Он представляет собой серию мелких сотрясений почвы.

Причиной землетрясений являются процессы, протекающие в недрах как действующих вулканов, так и потухших. В последнем случае они являются признаком того, что замершая огненная гора еще может проснуться. Исследователи вулканической деятельности часто используют микроземлетрясения для прогнозирования извержения.

Во многих случаях бывает трудно однозначно отнести землетрясение к тектонической или вулканической группе. Признаками последней считается расположение эпицентра в непосредственной близости от вулкана и относительно небольшая магнитуда.

Обвалы

Причиной землетрясения может послужить и обрушение горных пород. в горах возникают вследствие как разнообразных процессов в недрах и природных явлений, так и человеческой деятельности. Обрушиваться и порождать сейсмические волны могут пустоты и пещеры в земле. Обвалу горных пород способствует недостаточное отведение воды, которая разрушает, казалось бы, твердые структуры. Причиной обвала может стать и тектоническое землетрясение. Обрушение внушительной массы при этом вызывает незначительную сейсмическую активность.

Для подобных землетрясений характерна небольшая сила. Как правило, объема обрушившейся породы недостаточно, чтобы вызвать значительные колебания. Тем не менее иногда землетрясения такого типа приводят к заметным разрушениям.

Классификация по глубине возникновения

Основные причины возникновения землетрясений связаны, как уже говорилось, с различными процессами в недрах планеты. Один из вариантов классификации подобных явлений основывается на глубине их зарождения. Землетрясения разделяют на три типа:

• Поверхностные - очаг располагается на глубине не более 100 км, к этому типу относится примерно 51 % землетрясений.
• Промежуточные - глубина варьируется в диапазоне от 100 до 300 км, на этом отрезке располагаются очаги 36 % землетрясений.
• Глубокофокусные - ниже 300 км, на долю этого типа приходится около 13 % подобных катастроф.

Наиболее значительное морское землетрясение третьего вида произошло в Индонезии в 1996 году. Его очаг располагался на глубине свыше 600 км. Это событие позволило ученым «просветить» недра планеты на значительную глубину. С целью исследования структуры недр используются практически все глубокофокусные землетрясения, неопасные для человека. Многие данные о строении Земли были получены в результате изучения так называемой зоны Вадати-Беньофа, которую можно представить в виде кривой наклонной линии, обозначающей место захода одной тектонической плиты под другую.

Антропогенный фактор

Природа землетрясений со времени начала развития технических знаний человечества несколько изменилась. Кроме естественных причин, вызывающих подземные толчки и сейсмические волны, появились и искусственные. Человек, осваивая природу и ее ресурсы, а также наращивая техническую мощь, своей деятельностью может спровоцировать стихийное бедствие. Причины возникновения землетрясений — это подземные взрывы, создание крупных водохранилищ, добыча большого объема нефти и газа, следствием чего становятся пустоты под землей.

Одна из достаточно серьезных проблем в этом плане — землетрясения, возникающие из-за создания и заполнения водохранилищ. Огромные по объему и массе толщи воды оказывают давление на недра и приводят к изменению гидростатического равновесия в породах. При этом чем выше созданная плотина, тем больше вероятность появления так называемой наведенной сейсмической активности.

В местах, где происходят землетрясения по естественным причинам, часто деятельность человека наслаивается на тектонические процессы и провоцирует возникновение стихийных бедствий. Подобные данные накладывают определенную ответственность на компании, занимающиеся разработкой нефтяных и газовых месторождений.

Последствия

Сильные землетрясения приводят к большим разрушениям на обширных территориях. Катастрофичность последствий уменьшается по мере удаления от эпицентра. Наиболее опасные результаты разрушений — это различные Обрушение или деформация производств, связанных с опасными химическими веществами, приводит к их выбросу в окружающую среду. То же можно сказать и о могильниках и местах захоронения ядерных отходов. Сейсмическая активность способна стать причиной заражения огромных территорий.

Помимо многочисленных разрушений в городах, землетрясения имеют последствия и иного характера. Сейсмические волны, как уже отмечалось, могут вызывать обвалы, сели, наводнения и цунами. Зоны землетрясений после стихийного бедствия часто меняются до неузнаваемости. Глубокие трещины и провалы, смыв грунта — эти и другие «преображения» ландшафта приводят к значительным экологическим изменениям. Они могут привести к гибели флоры и фауны местности. Этому способствуют различные газы и соединения металлов, поступающие из глубоких разломов, и просто уничтожение целых участков зоны обитания.

Сильные и слабые

Наиболее внушительные разрушения остаются после мегалоземлетрясений. Их характеризует магнитуда свыше 8,5. Такие бедствия, к счастью, крайне редки. В результате подобных землетрясений в далеком прошлом образовывались некоторые озера и русла рек. Живописный пример «деятельности» стихийного бедствия — озеро Гек-Голь в Азербайджане.

Слабые землетрясения — скрытая угроза. О вероятности их возникновения на местности, как правило, узнать очень трудно, тогда как более внушительные по магнитуде явления всегда оставляют опознавательные знаки. Поэтому под угрозой находятся все производственные и жилые объекты вблизи сейсмически активных зон. К таким строениям относятся, например, многие АЭС и электростанции США, а также места захоронения радиоактивных и ядовитых отходов.

Районы землетрясений

С особенностями причин возникновения стихийного бедствия связано и неравномерное распределение сейсмически опасных зон на карте мира. В Тихом океане расположен сейсмический пояс, с которым, так или иначе, связана внушительная часть землетрясений. Он включает Индонезию, западное побережье Центральной и Южной Америки, Японию, Исландию, Камчатку, Гавайи, Филиппины, Курилы и Аляску. Второй по степени активности пояс — Евроазиатский: Пиренеи, Кавказ, Тибет, Апеннины, Гималаи, Алтай, Памир и Балканы.

Карта землетрясений полна и других зон потенциальной опасности. Все они связаны с местами тектонической активности, где велика вероятность столкновения литосферных плит, либо с вулканами.

Карта землетрясений России также полна достаточного количества потенциальных и действующих очагов. Наиболее опасные зоны в этом смысле — это Камчатка, Восточная Сибирь, Кавказ, Алтай, Сахалин и Курильские острова. Самое разрушительное по своим последствиям землетрясение последних лет в нашей стране произошло на острове Сахалин в 1995 году. Тогда интенсивность стихийного бедствия составила без малого восемь баллов. Катастрофа привела к разрушению большой части Нефтегорска.

Огромная опасность стихийного бедствия и невозможность его предотвращения заставляет ученых всего мира подробно изучать землетрясения: причины возникновения и последствия, «опознавательные» знаки и возможности прогнозирования. Интересно, что технический прогресс, с одной стороны, помогает все точнее предсказывать грозные события, улавливать малейшие изменения во внутренних процессах Земли, а с другой — он же становится источником дополнительной опасности: к разломам поверхности добавляются аварии на ГЭС и АЭС, в местах добычи, ужасные по своим масштабам пожары на производстве. Само землетрясение — явление столь же неоднозначное, как и научный и технический прогресс: оно разрушительно и опасно, но свидетельствует о том, что планета живет. По мнению ученых, полное прекращение вулканической деятельности и землетрясений будет означать смерть планеты в геологическом плане. Завершится дифференциация недр, закончится топливо, разогревающее нутро Земли уже несколько миллионов лет. И пока непонятно, будет ли место людям на планете без землетрясений.

Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера

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 КНДР ядерной бомбы в 2006 году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Катастрофические землетрясения

Из огромного числа происходящих ежегодно землетрясений, только одно имеет магнитуду равную или более 8, десять -- 7-7,9, сто -- 6-6,9. Всякое землетрясение с магнитудой св. 7 может стать крупной катастрофой. Однако оно может остаться и незамеченным, если произойдет в пустынном районе. Так, грандиозная природная катастрофа -- Гоби-Алтайское землетрясение (1957; магнитуда 8,5, интенсивность 11-12 баллов) -- остается почти не изученной, хотя из-за огромной силы, малой глубины очага и отсутствия растительного покрова это землетрясение оставило на поверхности полную и многообразную картину (возникли 2 озера, мгновенно образовался огромный надвиг в виде каменной волны высотой до 10 м, максимальное смещение по сбросу достигло 300 м и т. п.). Территория шириной 50-100 км и длиной 500 км (как Дания или Голландия) была полностью разрушена. Если бы это землетрясение произошло в густонаселенном районе, число жертв могло измеряться миллионами. Последствия одного из самых сильных землетрясений (магнитуда могла составлять 9), произошедшего в старейшем районе Европы -- Лиссабоне -- в 1755 и захватившего территорию свыше 2,5 млн. км 2 , были столь грандиозны (погибло 50 тыс. из 230 тыс. горожан, в гавани выросла скала, прибрежное дно стало сушей, изменилось очертание побережья Португалии) и так поразили европейцев, что Вольтер откликнулся на него «Поэмой о гибели Лиссабона» (1756, русский перевод 1763). По-видимому, впечатление от этой катастрофы было столь сильным, что Вольтер в поэме оспаривал учение о предустановленной мировой гармонии. Сильные землетрясения, как бы они ни были редки, никогда не оставляют современников равнодушными. Так, в трагедии У. Шекспира «Ромео и Джульетта» (1595) кормилица вспоминает землетрясение 1580, которое, судя по всему, пережил сам автор.