Землетрясения

Смещения  по разломам или возникновение поверхностных разрывов могут изменить плановое и высотное положение отдельных точек земной поверхности вдоль линии разлома.

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 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 30м. 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.

ГЛАВА 2. КАКИЕ БЫВАЮТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ?

2.1. Сейсмические  явления

Сейсмические  явления, наблюдаемые при землетрясениях на поверхности Земли со времен академика Б.Б.Голицин принято делить на два типа - микросейсмические и макросейсмические. Первые это те, которые обнаруживаются только по записям приборов - это и микросейсмы (сейсмический шум, колебания в прямую, не связанные с землетрясениями), и слабые колебания от далеких землетрясений - расстояние до эпицентров которых может исчисляться тысячами и десятками тысяч километров. Сюда же видимо надо отнести и неощутимые микроземлетрясения. Вторые, это колебания которые непосредственно ощущаются человеком, вызывают разрушение и сильные деформации земной поверхности.

Сейсмические  явления сопутствуют нам повседневно - проехавший мимо автомобиль - ощущается  по дребезжанию стекол в окне, приближающейся поезд метрополитена распознается по вибрации пассажирской платформы. Таким образом, твердая поверхность является проводником механических колебаний к датчику, будь то это человеческое ухо или прибор. Преобразованные специальными приборами - они могут быть записаны и изучены специалистами.

Применительно к величине землетрясения, и оценки результата его воздействия на земную поверхность устоялись чисто  научные и чисто общепринятые определения. Одни, больше связаны с  точными физическими величинами, определяемые с использованием специальных инструментов. Другие, носят скорее описательный и больше субъективный характер, выражая степень ущерба от него и горечь потерь. Тем не менее, если говорить о величине или энергии землетрясения то она бывает самой разной - от мегалоземлетрясений с магнитудой от восьми и выше, сильных землетрясений - в диапазоне магнитуд 6.5 - 7.5, слабых землетрясений 1.5 - 6.5 и микроземлетрясения, для которых существует уже своя энергетическая шкала, энергетический класс Раутиан - К.

Уходя в диапазон энергетических классов и ниже мы попадаем в область сверхслабых для записи сейсмических явлений - микросейсмы и сейсмический шум.

К сейсмическим явлениям относятся и те, которые  сопровождают возникновение землетрясений. Они делятся на события, которые  происходят перед землетрясением, в момент и наблюдаются после него. В общем, все то, что помогает понять природу землетрясений, обеспечивает возможность распознавания сейсмической катастрофы до момента ее возникновения.

2.2. Классификация землетрясений

Тип землетрясения                      Процент от общего числа           Диапазон магнитуд

Тектонические (глубокофокусные)    Около 95%                                  До 9

Вулканические                                        До 5%                                        До 8

Обвальные (денудационные)              Менее 1%                                  Не более 5

Техногенные (антропогенные)            Менее 0.1%                              Известны до 5

2.3. Тектонические землетрясения

Большая часть всех известных землетрясений  относится к этому типу. Они  связаны с процессами горообразования  и движениями в разломах литосферных  плит. Верхнюю часть земной коры составляют около десятка огромных блоков - тектонических плит, перемещающихся под воздействием конвекционных течений в верхней мантии. Одни плиты двигаются навстречу друг другу (например, в районе Красного моря). Другие плиты расходятся в стороны, третьи скользят друг относительно друга в противоположных направлениях.

Горные породы обладают определенной эластичностью, а в местах тектонических разломов - границ плит, где действуют силы сжатия или растяжения, постепенно могут накапливать тектонические напряжения. Напряжения растут до тех пор, пока не превысят предела прочности самих пород. Тогда пласты горных пород разрушаются и резко смещаются, излучая сейсмические волны. Такое резкое смещение пород называется подвижкой.

Вертикальные  подвижки приводят к резкому опусканию  или поднятию пород. Обычно смещение составляет лишь несколько сантиметров, но энергия, выделяемая при движениях горных масс весом в миллиарды тонн, даже на малое расстояние, огромна! На дневной поверхности образуются тектонические трещины. По их бортам происходят смещения относительно друг друга обширных участков земной поверхности, перенося вместе с собой и находящиеся на их поля, сооружения и многое другое. Эти перемещения можно увидеть невооруженным глазом, и тогда связь землетрясения с тектоническим разрывом в недрах земли очевидна.

Значительная  часть землетрясений происходит под морским дном, практически также как и на суше. Некоторые из них сопровождаются цунами, а сейсмические волны, достигая берегов, вызывают сильные разрушения, подобно тем которые имели место в Мехико в 1985 году. Цунами, японское слово, морские волны, возникающие в результате сдвига вверх или вниз крупных участков дна при сильных подводных или прибрежных землетрясениях и, изредка, при вулканических извержениях. Высота волн в эпицентре может достигать пяти метров, у берегов - до десяти, а в неблагоприятных по рельефу участках побережья - до 50 метров. Они могут распространяться со скоростью до 1000 километров в час. Более 80% цунами возникают на периферии Тихого океана. В России, США и Японии в 1940-1950 годы созданы службы предупреждения о цунами. Они используют, для извещения населения, опережающую распространение морских волн регистрацию колебаний от землетрясений береговыми сейсмическими станциями. В каталоге известных сильных цунами их более тысячи, из них - более ста с катастрофическими последствиями для человека. Они вызвали полное уничтожение, смыв сооружений и растительного покрова в 1933 году у берегов Японии, в 1952 году на Камчатке и многих других островах и прибрежных районах в зоне Тихого океана. Однако землетрясения возникают не только в местах разломов - границ плит, но и в центре плит, под складками - горами, образующимися при выгибании пластов вверх в виде свода (места горообразования). Одна из самых быстрорастущих складок в мире находится в Калифорнии вблизи Вентуры. В этих складках действуют сжимающие силы, когда такое напряжение горных пород снимается за счет резкой подвижки, то и возникает землетрясение. Эти землетрясения, в терминологии американских сейсмологов Р.Стейна и Р.Йется (1989 год), получили название скрытых тектонических землетрясений.

Формы проявления тектонических землетрясений  достаточно разнообразны. Одни вызывают протяженные разрывы пород на поверхности Земли, достигающие десятков километров, другие сопровождаются многочисленными обвалами и оползнями, третьи практически никак не "выходят" на земную поверхность, соответственно ни до, ни после землетрясений визуально эпицентр определить почти не возможно.

Если местность населена и имеются разрушения, то можно оценить местонахождение эпицентра по разрушениям, во всех других случаях - число инструментальным путем по изучению сейсмограмм с записью землетрясения.

Существование подобных землетрясений таит в себе скрытую угрозу при освоении новых территорий. Так, в кажущихся пустынными и неопасными местах зачастую размещают могильники и захоронения токсичных отходов (например, район Коалинга в США) и сейсмический толчок может нарушить их целостность, вызвать заражение местности далеко вокруг.

2.3.1. Глубокофокусные землетрясения

Большинство землетрясений происходит на глубине  до 70 километров от поверхности Земли, меньше до 200 километров. Иногда очаги  землетрясения регистрируются и  на большой глубине - более 700 километров. Максимальная глубина гипоцентров - 720 километров зарегистрирована на территории Индонезии в 1933, 1934 и 1943 годах.

По  современным представлениям о внутреннем строении Земли на таких глубинах вещество мантии под действием тепла  и давления переходит из хрупкого состояния, при котором оно способно разрушаться в тягучее, пластическое. Везде, где глубокие землетрясения случаются достаточно часто, они "вырисовывают" условную наклонную плоскость, названную по именам японского и американского сейсмологов зоной Вадати - Беньеффа. Она начинается вблизи земной поверхности и уходит в земные недра, до глубин порядка 700 километров. Зоны Вадати - Беньеффа приурочены к местам, где сталкиваются тектонические плиты - одна плита подвигается под другую и погружается в мантию. Зона глубоких землетрясений как раз и связана с такой опускающейся плитой. Морское землетрясение 1996 года в Индонезии, было наиболее сильным глубоким землетрясением с очагом на глубине в 600 километров. Это была редкая возможность для просвечивания глубин Земли до пяти тысяч километров. Однако это происходит нечасто даже в масштабах планеты. Мы смотрим внутрь Земли, потому, что мы хотим знать что - там и поэтому установили, что внутренне ядро планеты состоит из железо - никеля и находится в диапазоне огромных температур и давлений. Очаги почти всех глубоких землетрясений расположены в зоне Тихоокеанского кольца состоящего из островных дуг, глубоководных желобов и подводных горных хребтов.

2.4. Вулканические землетрясения

Одно  из самых интересных и загадочных образований на планете - вулканы (название произошло от имени бога огня - Вулкан) известны как места возникновения слабых и сильных землетрясений. Раскаленные газы и лава, бурлящие в недрах вулканических гор толкают и давят на верхние слои Земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Эти движения вещества приводят к сериям мелких землетрясений - вулканическому тремеру (вулканическое дрожание). Подготовка  извержения вулкана и его длительность может происходить в течение лет и столетий. Вулканическая деятельность сопровождается целым рядом природных явлений, в том числе взрывами огромных количеств пара и газов, что сопровождается сейсмическими и акустическими колебаниями. Движение высокотемпературной магмы в недрах вулкана, сопровождается растрескиванием горных пород, что в свою очередь также вызывает сейсмическое и акустическое излучение.

Вулканы делятся на действующие, уснувшие и  потухшие. К потухшим относятся вулканы, которые сохранили свою форму, но сведений, об извержениях которых просто нет. Однако и под ними происходят локальные землетрясения, свидетельствуя, что в любой момент, и они могут проснуться.

Естественно, что при спокойном течении  дел в недрах вулканов подобные сейсмические события имеют некоторый спокойный  и устойчивый фон. В начале вулканической  деятельности происходит активизация и микроземлетрясения. Как правило, они достаточно слабые, но наблюдения за ними иногда позволяют предугадать время начала вулканической деятельности.

Так как области современного вулканизма (например - Японские острова или  Италия) совпадают с зонами, где возникают и тектонические землетрясения всегда трудно их отнести к тому, или иному типу. Признаками вулканического землетрясения является совпадение его очага с местом нахождения вулкана и сравнительно не очень большая магнитуда.

Проявления  вулканических землетрясений почти  ничем не отличается от явлений, наблюдаемых  при тектонических землетрясений, однако их масштаб и "дальнобойность" значительно меньше.

Помимо  всех других проявлений вулканической  деятельности микроземлетрясения этого типа позволяют проследить и смоделировать на дисплеях компьютеров движение магмы в недрах вулканов, установить его структуру. Зачастую, сильные - мегалоземлетрясения, сопровождаются активизацией вулканов (так было в Чили и происходит в Японии), но и начало крупного извержения может сопровождаться сильным землетрясением (так было в Помпее при извержении Везувия).