Землетрясения, подземные удары и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами). В некоторых местах Земли землетрясения происходят часто и иногда достигают большой силы, нарушая целостность грунта, разрушая здания и вызывая человеческие жертвы. Количество землетрясений, ежегодно регистрируемых на земном шаре, исчисляется сотнями тысяч. Однако подавляющее их число относится к слабым, и лишь малая доля достигает степени катастрофы. До 20 века известны, например, такие катастрофические землетрясения, как Лисабонское в 1755 году, Верненское в 1887, разрушившее город Верный (ныне Алма-Ата), землетрясения в Греции в 1870—73 годах и др. Сильнейшие землетрясения 20 века показаны в таблице 3. По своей интенсивности, то есть по проявлению на поверхности Земли, землетрясения разделяются, согласно международной сейсмической шкале MSK-64, на 12 градаций — баллов (см. табл. 1).
Область возникновения подземного удара — очаг землетрясения — представляет собой некоторый объём в толще Земли, в пределах которого происходит процесс высвобождения накапливающейся длительное время энергии. В геологическом смысле очаг — это разрыв или группа разрывов, по которым происходит почти мгновенное перемещение масс. В центре очага условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений — плейстосейстовая область. Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний (в баллах), называются изосейстами.
Зависимость между количеством подземных толчков N и их интенсивностью в эпицентре I0 приближённо выражается формулой: lgN=α+βI0, где α и β — некоторые постоянные величины. От очага землетрясения во все стороны распространяются упругие сейсмические волны, среди которых различают продольные Р и поперечные S. По поверхности Земли во все стороны от эпицентра расходятся поверхностные сейсмические волны Рэлея и Лява. Очаги землетрясения возникают на различных глубинах (h). Большая часть их залегает в земной коре (на глубине порядка 20—30 км). В некоторых районах отмечается большое число толчков, исходящих из глубин в сотни км (верхняя мантия Земли).
Так же смотрите статью: «Сейсмические волны».
Землетрясения — мощное проявление внутренних сил Земли. При каждом землетрясении в очаге выделяется огромное количество кинетической энергии Е. Так, в Ашхабаде в 1948 году Е ~1015 дж, в Сан-Франциско в 1906 году E~1016 дж, на Аляске в 1964 E~1018 дж. На всей Земле за год освобождается упругая энергия (в форме землетрясений) порядка 0,5·1019 дж, что составляет, однако, менее 0,5% всей энергии эндогенных (внутренних) процессов Земли.
Интенсивность землетрясений, измеряемая в баллах, характеризует степень сотрясения на поверхности Земли, что зависит от глубины залегания очага землетрясения. Мерой общей энергии волн служит магнитуда землетрясений (М) — некоторое условное число, пропорциональное логарифму максимальной амплитуды смещения частиц почвы, эта величина определяется из наблюдений на сейсмических станциях и выражается в относительных единицах. Самое сильное землетрясение имеет магнитуду не более 9.
Табл. 1. — Сейсмическая шкала (схематизировано). | ||
---|---|---|
Балл | Название землетрясения | Краткая характеристика |
1 | Незаметное | Отмечается только сейсмическими приборами |
2 | Очень слабое | Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя |
3 | Слабое | Ощущается лишь небольшой частью населения |
4 | Умеренное | Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен |
5 | Довольно сильное | Общее сотрясение зданий, колебание мебели. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих |
6 | Сильное | Ощущается всеми. Картины падают со стен. Откалываются куски штукатурки, лёгкое повреждение зданий. |
7 | Очень сильное | Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные постройки остаются невредимыми. |
8 | Разрушительное | Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. |
9 | Опустошительное | Сильное повреждение и разрушение каменных домов. |
10 | Уничтожающее | Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных построек. Искривление ж.-д. рельсов. |
11 | Катастрофа | Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома совершенно разрушаются |
12 | Сильная катастрофа | Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает |
Табл. 2. — Примерное соотношение магнитуды и балльности в зависимости от глубины очага. | ||||
---|---|---|---|---|
h, км | Магнитуда | |||
5 | 6 | 7 | 8 | |
10 | 7 | 8 — 9 | 10 | 11 — 12 (I0Баллы) |
20 | 6 | 7 — 8 | 9 | 10 — 11 (I0Баллы) |
40 | 5 | 6 — 7 | 8 | 9 — 10 (I0Баллы) |
Табл. 3. Сильнейшие землетрясения 20 века. | ||||
---|---|---|---|---|
Дата по новому стилю (согласно времени по Гринвичу) | Местоположение эпицентра (страна, район, горная система) | Магнитуда | Сила, баллы | Примечание |
Европа | ||||
1908, 28 декабря | Остров Сицилия (Италия) | 7,5 | — | Разрушен г. Мессина и ряд др. населённых пунктов на Ю. Италии. Волны цунами достигали 14 м высоты; погибло 100-160 тыс. чел. |
1927,11 сентября | Южный берег Крыма, к Ю. от Ялты (СССР) | 6,5 | До 8 | Повреждены многие постройки (от Севастополя до Феодосии) |
1953, 12 августа | Ионические острова (Греция) | 7,5 | — | Разрушены населённые пункты острова Кефалиния; часть острова погрузилась под уровень моря |
1963, 26 июля | Город Скопле (Скопье, Югославия) | 6 | 9 — 10 | Почти 80% зданий города разрушено или повреждено; погибло свыше 2 тыс. чел. |
1969, 8 февраля | У юго-западных берегов Португалии | 8 | — | Пострадали города Лисабон, Касабланка и др. поверхность земли покрылась трещинами |
1969, 27 октября | Юго-западная часть Югославии | 6,4 | 9 | Катастрофическое. Город Баня-Лука превращён в развалины |
Азия | ||||
1902, 16 декабря | Ферганская долина,г. Андижан (СССР) | — | 9 | Погибло более 4,5 тыс. чел. |
1905, 4 апреля | Гималаи | 8 | — | |
1905, 23 июля | Хребет Болнай (МНР) | 8,2 | — | В районе озера Сангийн-Далай-Нур— хребта Хан-Хухэй образовалась трещина длиной в 400 км |
1907, 21 октября | Южный склон Гиссарского хребта (СССР) | — | 9 | Разрушен Каратаг и около 150 др. населённых пунктов; погибло 1,5 тыс. чел. |
1911, 3 января | Долина р. Кебин, южный склон хребта Заилийский Алатау (СССР) | 8 | 9 | Разрушен г. Верный (ныне Алма-Ата); обвалы, запруды на горных реках |
1911, 15 июня | Острова Рюкю (Япония) | 8,2 | — | Огромные оползни и обвалы; погибло 100 тыс. чел. |
1923, 1 сентября | Остров Хонсю (Япония) | 8,2 | — | Катастрофическое. Опустошены Токио, Йокохама; погибло около 150 тыс. чел. В бухте Сагами волны цунами достигали 10 м высоты |
1927, 7 марта | Остров Хонсю (Япония) | 7,8 | — | Катастрофическое. Город Минеяма превращён в руины; погибло около 1 тыс. чел. |
1938, 1 февраля | Море Банда (Индонезия) | 8,2 | — | |
1939, 26 декабря | Горы Внутренний Тавр (Турция) | 8,0 | — | Катастрофическое; погибло около 30-40 тыс. чел. На побережье Чёрного моря вода отступила на 50 м, а затем залила его на 20 м дальше обычного |
1941, 20 апреля | Долина р. Сурхоб, посёлок Гарм (СССР) | 6,5 | 8 — 9 | Разрушено более 60 населённых пунктов |
1946, 2 ноября | Северная часть Чаткальского хребта (СССР) | 7,5 | 9 | Повреждены сотни зданий в Ташкенте и др. городах; деформация земной коры |
1948, 5 октября | Ашхабад (СССР) | 7 | 9 | Катастрофическое. В течение 20 сек разрушена значительная часть города |
1949, 10 июля | Гиссаро-Алайская горная система, Хаит (СССР) | 7,5 | Св. 9 | Пострадало более 150 населённых пунктов |
1952, 4 ноября | Курильские острова кЮ.-В. от полуострова Шипунский (СССР) | 8,2 | — | Катастрофическое. Цунами высотой до 18 м причинили крупные повреждения на берегах Камчатки и северной части Курильских островов |
1957, 27 июня | Забайкалье, Муйский хребет (СССР) | 7,5 | 9 — 10 | Разрушения в Чите, Бодайбо и др. населённых пунктах |
1958, 6 ноября | Курильские острова кЮ.-В. от острова Итуруп (СССР) | 8,7 | 9 | Цунами |
1960, 24 апреля | Лар (Иран) | 6 | — | Город сильно разрушен; погибло 3 тыс. чел. |
1962, 1 сентября | Среднеиранские горы (Иран) | 7,8 | — | Разрушительное. Полное разрушение населённого пункта Рудак; погибло 12 тыс. чел. |
1966, 25 апреля | Ташкент | 5,3 | 8 | Разрушения в центральной части города. Толчки повторялись в мае-июле 1966 |
1970, 28 марта | Западная Турция | 7 | — | Катастрофическое. Ряд населённых пунктов превращён в развалины; погибло более 1 тыс. чел. |
1970, 14 мая | Дагестан | 6,5 | 8 | Большой ущерб нанесён населённым пунктам Буйнакского, Гумбетовского, Казбековского, Кизилъюртовского и др. районов |
1971, 22 мая | Восточная Турция | 6,8 | — | Разрушены города Бингёль и Генч; погибло более 1 тыс. чел. |
1971, 5 октября | Японское море | 7,3 | — | Одно из самых сильных землетрясений в истории острова Сахалин |
Австралия и Океания | ||||
1906, 14 октября | Впадина Бугенвиль | 8,1 | — | |
1931, 2 февраля | Новая Зеландия (Северный остров) | 7,8 | 9 | Катастрофическое. Разрушения и пожары |
1966, 31 декабря | Острова Санта-Крус (британские) | 8 | — | |
Африка | ||||
1960,29 февраля | Город Агадир (Марокко) | 6 | 11 | Полностью разрушен г. Агадир; погибло 12-15 тыс. чел. |
Северная Америка | ||||
1906, 18 апреля | Береговые хребты Кордильер (Калифорния, США) | 8,2 | — | Разрушена значительная часть г. Сан-Франциско |
1964, 28 марта | Залив Принс-Уильям (США) | 8,6 | 10—11 | Цунами высотой до 9 м достигли побережья Канады, США, Гавайских островов и Японии |
1971, 9 февраля | Калифорния (США) | 6,7 | — | Сильнейшее за последние 40 лет землетрясение в Лос-Анджелесе |
Южная Америка | ||||
1906, 17 августа | Береговая Кордильера (Чили) | 8,4 | — | В г. Вальпараисо сопровождалось поднятием береговой линии; цунами пересекли океан, достигли Японии и Гавайских островов |
1960, 22 мая | Район г. Консепсьон (Чили) | 8,8 | — | Разрушительное. Цунами достигли США, Гавайских и Курильских островов, Австралии и Японии; погибло около 10 тыс. чел. |
1961, 19 августа | Бразилия | 8 | — | |
1970, 10 декабря | Побережье Перу | 7,3 | — | Разрушено около 5 тыс. домов. Свыше 20 тыс. чел. осталось без крова |
Между числом землетрясений (N) и их магнитудой (М) существует зависимость, которая приближённо выражается формулой: lgN = a — bM, где а и b — постоянные. Энергия землетрясений (Е) связана с магнитудой соотношением вида: lgE = a1 + b1M. Для коэффициентов a1 и b1 даются различные значения, но наиболее подходящими следует считать a1 близкое к 4, а b1 — к 1,6. Величина K = lg Е иногда называется энергетическим классом землетрясения. При землетрясении, для которого М = 5, из очага выделяется энергия ~1012дж, К = 12; при М = 8, О Е ~ 1017 дж, К = 17. Магнитуда (М), интенсивность (Io) и глубина очага (h) связаны между собой. Для приближённого определения одной из этих величин по двум другим можно пользоваться табл. 2.
В последние десятилетия широкое развитие получили детально разработанные методы статистического анализа землетрясений. С их помощью составляются карты сейсмической активности и карты сотрясаемости (средней частоты землетрясений того или иного энергетического класса в данном пункте), а также графики повторяемости (зависимость частоты землетрясений от их магнитуды). Землетрясения распространены по земной поверхности весьма неравномерно (см. карту*). Они связаны с участками земной коры, в которых проявляются новейшие дифференцированные тектонические движения. Известно 2 главных сейсмических пояса мира — Средиземноморский, простирающийся через юг Евразии от берегов Португалии на западе до Малайского архипелага на востоке, и Тихоокеанский, кольцом охватывающий берега Тихого океана. Эти пояса включают молодые складчатые горные сооружения, то есть эпигеосинклинальные орогены (Альпы, Апеннины, Карпаты, Кавказ, Гималаи, Кордильеры, Анды и др.), а также подвижные зоны подводных окраин материков, которые многими исследователями интерпретируются как современные геосинклинальные области или складчатые системы в начальной стадии развития (западная периферия Тихого океана с островными дугами Алеутской, Курильской, Японской, Малайской, Новозеландской и др.; Карибское, Средиземное и др. моря). За границами указанных поясов в пределах материков эпицентры землетрясений приурочены к областям новейшей тектонической активизации (эпиплатформенные орогены типа Тянь-Шаня), а также к рифтовым зонам, сопровождающимся образованием систем разломов (рифты Восточной Африки, Красного моря, Байкальская система рифтов и др.). В пределах океанов значительной сейсмической активностью отличаются срединноокеанические хребты. На платформах и на большей части дна океанов землетрясения происходят редко и большой силы не достигают.
Тщательный анализ механизма возникновения подземного удара показывает, что землетрясения представляют реакцию вещества земной коры или мантии Земли на тектонические напряжения, постоянно накапливающиеся в недрах Земли. При этом преобладают напряжения сжатия, хотя местами наблюдаются напряжения растяжения.
Анализ сейсмических, геологических и геофизических данных позволяет заранее наметить те области, где следует ожидать в будущем землетрясения, и оценить их максимальную интенсивность. В этом состоит сущность сейсмического районирования. В СССР карта сейсмического районирования — официальный документ, который обязаны принимать в расчёт проектирующие организации в сейсмических районах. Строгое соблюдение норм сейсмостойкого строительства позволяет значительно снизить разрушительное воздействие землетрясений на здания и другие инженерные сооружения. В будущем, вероятно, удастся разрешить и проблему прогноза землетрясений. Основной путь к решению этой проблемы — тщательная регистрация «предвестников» землетрясений — слабых предварительных толчков (форшоков), деформации земной поверхности, изменений параметров геофизических полей и других изменений состояния и свойств вещества в зоне будущего очага землетрясения.
Землетрясения начали описываться с древнейших времён. В 19 веке были составлены каталоги землетрясений для всего мира (Дж. Мили, Р. Малле), для Российской империи (И. В. Мушкетов, А. П. Орлов) и др., опубликованы монографии, посвященные наиболее сильным и хорошо изученным землетрясениям (особенно в Италии). В начале 20 века основное внимание уделялось геологической стороне землетрясений (работы К. И. Богдановича, В. Н. Вебера, Д. И. Мушкетова и многие др. в России; Ф. Монтессю де Баллора, А. Зиберга и многие др. за рубежом), разработке сейсмометрической аппаратуры и созданию сейсмических станций (Б. Б. Голицын, П. М. Никифоров, А. В. Вихерт, Д. А. Харин, Д. П. Кирнос и др.). Землетрясения стали объектом изучения специальной отрасли знания — сейсмологии.
Так же смотрите статью: «Сейсмология».
В сейсмологии получили развитие физические и математические методы, с помощью которых изучаются не только землетрясения, но и внутреннее строение Земли, а также ведутся поиски месторождений полезных ископаемых. Наблюдения за землетрясениями осуществляются специальной сейсмической службой.
Похожие статьи.
Гутенберг Б. и Рихтер К., Сейсмичность Земли, пер. с англ., М., 1948; Саваренский Е. ф., Кирнос Д. П., Элементы сейсмологии и сейсмометрии, М., 1955; Атлас землетрясений в СССР, М., 1962; Сейсмическое районирование СССР, М., 1968.