Землетрясение

Землетрясение[1] – подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Международная сеть наблюдений за землетрясениями регистрирует даже самые удаленные и маломощные из них.

↑Общие сведения о землетрясениях

Само слово «землетрясение» – русское, и смысл его ясен: землетрясение - это трясение земли. А точнее, землетрясение - это колебание земной поверхности при прохождении волн от подземного источника энергии.

По-гречески землетрясение - seismos; следовательно, сейсмические явления - это те, что связаны с землетрясениями, а именно: сейсмические волны, сейсмические приборы (сейсмографы), записи сейсмических колебаний (сейсмограммы), сейсмические станции...

Землетрясения зарождаются в глубоких недрах Земли, не доступных прямому наблюдению и измерению. Землетрясения - это явление геофизическое, а не только геологическое, как не редко представляется неспециалистам. Наука о землетрясениях, сейсмология, сделала серьезные успехи в познании объекта своего исследования.

Первые систематические и свободные от мистики представления о землетрясениях возникли в Греции. Жители ее часто были свидетелями извержения вулканов в Эгейском море и страдали от землетрясений, происходивших на берегах Средиземного моря и иногда сопровождавшихся «приливными» волнами (цунами). Многие древнегреческие философы предлагали для этих природных явлений физические объяснения. Например, Страбон заметил, что землетрясения чаще происходят на побережье, чем вдали от моря. Он, как и Аристотель, считал, что землетрясения вызываются сильнейшими подземными ветрами, воспламеняющими горючие вещества.

В начале нашего века во многих местах земного шара были созданы сейсмические станции. На них постоянно работают чувствительные сейсмографы, которые регистрируют слабые сейсмические волны, возникающие при удаленных землетрясениях. Например, землетрясение в Сан-Франциско 1906 г. было отчетливо записано десятками станций в целом ряде стран за пределами США, в том числе в Японии, Италии и Германии.

Значение этой развернутой по всему миру сети сейсмографов состояло в том, что документация землетрясений уже больше не ограничивалась рассказами о субъективных ощущениях и визуально наблюдавшихся эффектах. Была разработана программа международного сотрудничества, которая предусматривала обмен записями землетрясений, что помогало бы точно определять местоположение очагов. Впервые возникла статистика времени возникновения землетрясений и их географического распределения.

В дальнейшем возможность определять с одинаковой точностью местоположение землетрясений умеренной силы в любом районе земной поверхности сильно возросла в результате создания - по инициативе США -измерительного комплекса, названного Мировой сетью стандартизированных сейсмических станций (WWWSSN - World Standardized Seismograph Network).

Интенсивность землетрясения - на поверхности земли измеряется в баллах. В нашей стране принята международная МSК-64 (шкала Медведева, Шпонхойтера, Карника), в соответствии с которой землетрясения подразделяются по силе толчков на поверхности земли на 12 баллов. Условно их можно разделить на слабые (1-4 балла), сильные (5-8 баллов) и сильнейшие, или разрушительные (8 баллов и выше).

↑Сейсмические зоны

По записям сейсмических волн, полученных на различных обсерваториях, можно рассчитать место землетрясения. Соответствующим образом была построена единая схема распределения землетрясений на земном шаре. Четкие пояса сейсмической активности разделяют крупные океанические и материковые области, внутри которых почти не возникает землетрясений. Другие скопления сейсмических очагов можно увидеть в океанах, например, посреди Атлантического и Индийского океанов. В этих местах находятся гигантские подводные горные цепи, называемые срединно-океаническими хребтами. Сейсмически активные хребты соединяются друг с другом, а срединный хребет Индийского океана обходит с юга Австралию и соединяется с другим хребтом, носящим название Восточно-Тихоокеанского поднятия. Последнее идет на восток к Центральной Америке, а затем входит в Калифорнийский залив.

Неспокойная геологическая обстановка, характерная для всей этой глобальной системы хребтов, проявляется в существовании крупных горных пиков и глубоких рифтовых долин. Часто отмечаются извержение вулканов, а землетрясения, возникающие вдоль хребтов, нередко образуют «рои»: многие сотни толчков происходят на небольшой площади в течение короткого времени.

От Индонезии в южные районы Тихого океана, огибая Австралию, идет гирлянда сейсмически активных дуг, ограниченная на востоке желобом Тонга-Кермадек. На противоположной стороне Тихого океана все западное побережье Центральной и Южной Америки сотрясается множеством землетрясений, сильных и слабых. Крупные землетрясения влекут за собой многочисленные жертвы. В противоположность этому в восточной части Южной Америки почти вовсе не бывает землетрясений, и эту область можно считать хорошим примером асейсмичной территории. Почти никогда не бывает землетрясений на просторах центральной и северной Канады, в большей части Сибири, в Западной Африке, на большей части Австралии. Однако следует отметить протяженную Трансазиатскую зону высокой сейсмичности, идущую в субширотном направлении от Бирмы через Гималайские горы и Центральную Азию к Кавказу и Средиземноморью.

Широко развита сейсмическая активность в Европе. На юге от землетрясений страдают Турция, Греция, Югославия, Италия, Испания и Португалия, и чуть ли не каждый год во время таких стихийных бедствий гибнет множество людей. К северу от побережья Средиземного моря Европа гораздо более стабильна. Однако время от времени разрушительные землетрясения случаются в Германии, Австрии и Швейцарии и даже в районе Северного моря и в Скандинавии. Даже в Великобритании в историческое время отмечались разрушительные землетрясения. 17 декабря 1896 г. произошла серия землетрясений, сильнейшее из которых причинило ущерб городу Херефорду, насчитывавшему 4565 заселенных домов.

Карты сейсмичности строятся по материалам, полученным за сравнительно короткое время. Поэтому если выводы и прогнозы, касающиеся вероятности возникновения землетрясений в данном районе, основываются на таких картах, то впоследствии они могут быть опровергнуты внезапным землетрясением на площади, которая раньше не считалась сейсмически активной.

При сейсмичности, редкой во времени и рассредоточенной в пространстве, - возникновение землетрясений в Австралии. Для этого имеются очевидные геологические причины: большая часть западных районов сложена древними породами Австралийского докембрийского щита, да и весь материк далеко отстоит от активных океанических хребтов и окружающих его островных дуг. Тем не менее, здесь имеются районы со значительной сейсмичностью. Особого интереса заслуживает разрушительное - среднее по масштабам - землетрясение 14 октября 1968 г. Сильнее всего оно ощущалось около Мекеринга (Западная Австралия), и с ним было связано образование на поверхности новых разрывов длиной около 30 км.

Карты сейсмичности, тщательно построенные в результате совместных усилий сотен сейсмологов, во многом помогли человеку лучше узнать свою планету.

Глубина очагов землетрясений

Землетрясение - это просто колебание грунта. Волны, которые вызывают землетрясение, называются сейсмическими волнами; подобно звуковым волнам, расходящимся от гонга при ударе по нему, сейсмические волны также излучаются из некоторого источника энергии, находящегося где-то в верхних слоях Земли. Хотя источник естественных землетрясений занимает некоторый объем горных пород, часто его удобно определять как точку, из которой расходятся сейсмические волны. Эту точку называют фокусом землетрясения. При естественных землетрясениях она, конечно, находится на некоторой глубине под земной поверхностью. При искусственных землетрясениях, таких как подземные ядерные взрывы, фокус расположен близко к поверхности. Точку на земной поверхности, расположенную непосредственно над фокусом землетрясения, называют эпицентром землетрясения.

Насколько глубоко в теле Земли находятся гипоцентры землетрясений? Одним из первых поразительных открытий, сделанных сейсмологами, было то, что, хотя фокусы многих землетрясений расположены на небольшой глубине, в некоторых районах их глубина составляет сотни километров. К таким районам относятся южноамериканские Анды, острова Тонга, Самоа, Новые Гебриды, Японское море, Индонезия, Антильские острова в Карибском море; во всех этих районах имеются глубоководные океанические желоба. В среднем частота землетрясений здесь резко убывает на глубинах более 200 км, но некоторые фокусы достигают даже глубин 700 км. Землетрясение, возникающие на глубинах от 70 до 300 км, весьма произвольно относят к категории промежуточных, а те, которые возникают на еще большей глубине, называют глубокофокусными. Промежуточные и глубокофокусные землетрясения происходят также и далеко от Тихоокеанского района: в Гиндукуше, Румынии, Эгейском море и под территорией Испании.

Мелкофокусные толчки - это те, очаги которых расположены непосредственно под земной поверхностью. Именно мелкофокусные землетрясения вызывают самые большие разрушения, и в общей сумме энергии, выделяющейся во всем мире во время землетрясений, вклад их составляет 3/4. В Калифорнии, например, все известные до сих пор землетрясения были мелкофокусными.

В большинстве случаев после умеренных или сильных мелкофокусных землетрясений в той же местности в течение нескольких часов, а то и нескольких месяцев отмечаются многочисленные землетрясения меньшей силы. Они называются афтершоками, и их число при действительно крупном землетрясении бывает иногда чрезвычайно большим.

Некоторым землетрясениям предшествуют предварительные толчки из той же очаговой области - форшоки; предполагается, что их можно использовать для предсказания главного толчка.

↑Типы землетрясений

Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс постоянного геологического преобразования нашей планеты. Рассмотрим теперь принятую в наше время теорию происхождения землетрясений и то, как она помогает нам глубже понять их природу и даже предсказывать их.

Первый шаг к восприятию новых взглядов заключается в признании тесной связи в расположении тех районов земного шара, которые наиболее подвержены землетрясениям, и геологически новых и активных областей Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах плит: поэтому мы делаем вывод, что те же глобальные геологические, или тектонические, силы, которые создают горы, рифтовые долины, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба, те же самые силы представляют собой и первичную причину сильнейших землетрясений. Природа этих глобальных сил в настоящее время еще не совсем ясна, но несомненно, что их появление обусловлено температурными неоднородностями в теле Земли - неоднородностями, возникающими благодаря потере тепла путем излучения в окружающее пространство, с одной стороны, и благодаря добавлению тепла от распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах, - с другой.

Полезно ввести квалификацию землетрясений по способу их образования. Больше всех распространены тектонические землетрясения. Они возникают, когда в горных породах под действием тех или иных геологических сил происходит разрыв. Тектонические землетрясения имеют важное научное значение для познания недр Земли и громадное практическое значение для человеческого общества, поскольку они представляют собой самое опасное природное явление.

Однако землетрясения возникают и от других причин. Подземные толчки другого типа сопровождают вулканические извержения. И в наше время многие люди все еще считают, что землетрясения связаны главным образом с вулканической деятельностью. Эта идея восходит к древнегреческим философам, которые обратили внимание на широкое распространение землетрясений и вулканов во многих районах Средиземноморья. Сегодня мы также выделяем вулканические землетрясения - те, которые происходят в сочетании с вулканической деятельностью, но считаем что как извержения вулканов, так и землетрясения являются результатом действия тектонических сил на горные породы, и они не обязательно возникают вместе.

Третью категорию образуют обвальные землетрясения. Это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где есть подземные пустоты и горные выработки. Непосредственная причина колебаний грунта заключается при этом в обрушении кровли шахты или пещеры. Часто наблюдаемая разновидность этого явления - так называемые «горные удары». Они случаются, когда напряжения, возникающие вокруг горной выработки, заставляют большие массы горных пород резко, со взрывом, отделяться от ее забоя, возбуждающая сейсмические волны. Горные удары наблюдались, например, в Канаде; особенно часто они отмечаются в Южной Африке.

Большой интерес вызывает разновидность обвальных землетрясений, возникающих иногда при развитии крупных оползней. Например, в результате гигантского оползня, образовавшегося 25 апреля 1974 г. на реке Мантаро в Перу, возникли сейсмические волны, эквивалентные землетрясению умеренной силы.

Последний тип землетрясений - это искусственные, производимые человеком взрывные землетрясения, возникающие при обычных или ядерных взрывах. Подземные ядерные взрывы, производившиеся в течение последних десятилетий на ряде испытательных полигонов в разных местах земного шара, вызвали довольно значительные землетрясения. Когда в скважине глубоко под землей взрывается ядерное устройство, высвобождается огромное количество ядерной энергии. За миллионные доли секунды давление там подскакивает до величин, в тысячи раз превышающих атмосферное давление, а температура увеличивается в этом месте на миллионы градусов. Окружающие породы испаряются, образуя сферическую полость диаметром во много метров. Полость разрастается, пока кипящая порода испаряется с ее поверхности, а породы вокруг полости под действием ударной волны пронизываются мельчайшими трещинами.

За пределами этой трещиноватой зоны, размеры которой измеряются иногда сотнями метров, сжатие в горных породах приводят к возникновению сейсмических волн, распространяющихся во всех направлениях. Когда первая сейсмическая волна сжатия достигает поверхности, грунт выгибается вверх и, если энергия волны достаточно велика, может произойти выброс поверхностных и коренных пород в воздух образованием воронки. Если скважина глубокая, то поверхность только слегка растрескается и порода на мгновение поднимется, чтобы затем снова рухнуть на подстилающие слои.

Некоторые подземные ядерные взрывы были настолько сильны, что распространившиеся от них сейсмические волны прошли через внутренние области Земли и были записаны на дальних сейсмических станциях с амплитудой, эквивалентной волнам землетрясений с магнитудой 7 по шкале Рихтера. В некоторых случаях эти волны поколебали здания в отдаленных городах.