Землетрясения

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.

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 (I_o) 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.

Карта землетрясений и современной структуры земной коры.

Разрыв, образовавшийся при землетрясении (Монголия).

Разрушения при землетрясении на острове Сицилия.

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.

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.