ЗемлетрясенияКатаклизмы
Землетрясение - это всякое колебание земной поверхности, вызванное естественными причинами, среди которых основное значение принадлежит тектоническим процессам (перемещения масс внутри Земли). Это распространенное явление, наблюдаемое на многих участках материков и на дне океанов.
За год на Земле происходит несколько сотен тысяч землетрясений, т.е. в среднем 1-2 в минуту. Сила их различна; большинство улавливается только высокочувствительными приборами - сейсмографами, другие ощущаются человеком.
Землетрясения можно подразделить на эндогенные (связанные с глубинными процессами) и экзогенные. Эндогенные бывают вулканические (вызванные процессом извержения) и тектонические (обусловленные перемещением вещества в недрах Земли). Экзогенные землетрясения случаются при подземных обвалах, взрывах газов, обвалах скал, ударах метеоритов, падения воды с большой высоты и др.
В глубинах Земли постоянно накапливаются упругие напряжения, и в тот момент, когда они достигают предела прочности горных пород, в последних возникает разрыв, потенциальная энергия переходит в кинетическую, напряжение снимается, а энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага землетрясения), достигает поверхности Земли и там ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы. Таким образом, каждое землетрясение сопровождается освобождением упругой энергии. И важно определить ее величину.
Энергия землетрясения колеблется от 1010 до 1025 эрг (Е). 1 дж=107 эрг.
Энергетический класс землетрясения К = lgE (Е в джоулях). Изменяется от 0 до 18.
Магнитуда M = lg A/A*, где А - смещение частиц почвы при данном землетрясении; А* - смещение частиц почвы при эталонном землетрясении.
Магнитуда изменяется от 0 до 8,8.
Глубинный центр, или очаг землетрясения, называется гипоцентром (в плане округлая или овальная площадь). Область, расположенная на поверхности Земли над гипоцентром, называется эпицентром. Она характеризуется максимальными разрушениями, причем многие предметы здесь смещаются вертикально (подпрыгивают) и трещины в домах располагаются вертикально. Область над очагом называется плейстосейстовой областью.
При смещении блоков земной коры возникает несколько типов волн.
Продольные волны (Р) - волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой со скоростью (в твердых породах) порядка нескольких километров в секунду. Продольные волны - реакция среды на изменение объема; они распространяются с твердых, жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении движения волн, т.е. во все стороны от источника колебаний.
Поперечные волны (S) - результат реакции среды на изменение формы, следовательно, они не могут распространяться в жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении, поперечном к направлению движения волн.
Поверхностные волны, или волны Релея (L) - возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, различных по своему агрегатному состоянию (жидкость-газ, твердое тело-газ и т.д.) под воздействием колебаний, приходящих от очага землетрясения к этой границе. Отличаются гаименьшей по сравнению с Р и S скоростью распространения (VL=0,9 VS) и быстро затухают, но в эпицентре могут привести к большим повреждениям. В жидкости вызываются силами веса (под действием ветра и т.п.), в твердой среде - упругими силами.
Землетрясение обычно происходит не в результате единовременного акта на глубине, а вследствие какого-то длительно развивающегося процесса движения материи во внутренних частях земного шара. Обычно за начальным крупным толчком следует цепь более мелких толчков (афтершоков). Время их проявления составляет период землетрясения. Все толчки одного периода исходят из общего гипоцентра, который иногда в процессе развития может смещаться, а вместе с ним и эпицентр.
Основное различие между сильным и слабым землетрясением заключается не в величине напряжения (она постоянна и равна примерно 103 эрг/см3), а в объеме очага.
Интенсивность (I) землетрясения - внешний эффект его, т.е. проявление на поверхности Земли. Измеряется в баллах. В России (как и раньше в СССР) принята 12-балльная шкала интенсивности.
Эпицентры землетрясений расположены по поверхности земного шара закономерно. Основная масса землетрясений (около 90%) располагаются в двух узких сейсмических поясах, окаймляющих земной шар.
Тихоокеанский пояс протягивается вдоль восточного побережья Азии, к северу и востоку от Австралии, вдоль западного побережья Америки (68% всех землетрясений, особенно в Японии и на Филиппинах).
Средиземноморский пояс охватывает острова Зеленого Мыса - Португалию - Средиземное и Черное моря - Малую Азию - Гималаи - Индонезию с боковой ветвью в сторону Центрального Китая. С этим поясом связан 21% землетрясений.
В России основными сейсмическими районами являются Кавказ, район Байкала, Камчатка, Курильские острова.
За пределами указанных двух поясов за последние 100 лет совершилось не более 11% всех землетрясений. Очаги землетрясений есть и в средней части Атлантического океана - от Шпицбергена через Исландию до о-ва Буве в южной части Атлантического океана. Небольшие пояса - от р. Нил через область Великих озер Африки; вдоль Урала и др.
Как правило, землетрясения происходят в областях наиболее резкого колебания высот рельефа, т.е. там, где горы чередуются со впадинами. Области же больших равнин (Восточно-Европейской, Западно-Сибирской и др.) являются асейсмичными. Это объясняется тектонически. Участки с расчлененным рельефом связаны со значительными проявлениями тектонических напряжений, а равнины относятся к платформам, т.е. устойчивым областям. Области проявления землетрясений в основном совпадают с областями вулканизма. Замечено, что в одних случаях землетрясения как бы оживляли вулканическую деятельность, а в других - извержения вулканов прекращались после землетрясения. Например, после Лиссабонского землетрясения перестал действовать Везувий. Все это свидетельствует об их связи, общности процессов движения вещества в подкоровом слое.
На Земле в год происходит примерно одно катастрофическое землетрясение, около 100 разрушительных и около 1 млн. ощутимых в населенной местности (по Б.Гутенбергу и Ч.Рихтеру).
Причины землетрясений окончательно не ясны. Землетрясения зарождаются в различных частях земной коры и в подкоровом слое, в условиях твердой среды. Большинство ученых считает, что причины землетрясений - смещения на глубине в веществе Земли, связанные или с моментальным сдвигом, со скольжением, или с кручением вещества. Это доказывается тем, что гипоцентры землетрясений расположены вдоль плоскостей ранее существовавших разрывов земной коры (разлом Сан-Андреас, зона на юге Крыма и др.). Вдоль берегов Охотского моря также имеется такая зона. Плоскости этих разломов обычно наклонены в сторону суши. Области суши по ним движутся в сторону моря. Эти движения вызывают напряжения, с которыми связываются повторные разрывы, которые и вызывают землетрясения.
Гипотеза разрывного происхождения землетрясений доказывается тем, что в целом ряде землетрясений поперечные волны, образующиеся при сдвигах, оказываются более интенсивными, чем волны продольные. В случае простого сжатия и растяжения вещества без разрыва продольные волны были бы более сильными.
Выяснению причин землетрясений способствует анализ сейсмограмм. Разрабатываемая аппаратура позволяет раздельно изучать продольные и поперечные волны, что очень важно.