Единица измерения сейсмической энергии землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд (например, шкала Рихтера) и различные шкалы интенсивности.

Когда происходят крупные землетрясения, новости пестрят словами, которые не всем понятны: «магнитуда», «сейсмическая активность», «рои» и тому подобное. Объясняем термины, и разбираемся можно ли предсказать землетрясения

Почему происходят землетрясения

Земная кора разбита на несколько больших тектонических плит, которые плавают на полужидкой мантии под ними. В основном землетрясения происходят в результате движения этих плит. Когда они движутся друг на друга, возникает огромное давление. В какой-то момент плиты соскальзывают, высвобождая энергию в виде сейсмических волн, которые мы воспринимаем как землетрясение.

Во время землетрясения движение тектонических плит может колебаться от всего нескольких миллиметров до метров. Магнитуда землетрясения определяется величиной смещения, которое происходит вдоль разлома, причем более крупные землетрясения соответствуют большему скольжению. Однако даже небольшие перемещения могут нанести значительный ущерб, если землетрясение происходит в густонаселенном районе и/или условия грунта усиливают сейсмические волны.

—
стихийные бедствия геологического
характера (землетря­сения, извержение
вулканов, оползни, сели, снежные лавины
и
др.);

—
стихийные бедствия метеорологического
характера (ура­ганы,
бури, снежные бури, смерчи и др.);

—
стихийные бедствия гидрологического
характера (навод­нения,
заторы, зажоры, нагоны, цунами и др.);

—
природные пожары (лесные, торфяные,
степные);

Землетрясения
—
это подземные толчки и колебания зем­ной
поверхности, возникающие в результате
внезапных сме­щений и разрывов в
земной коре или верхней части мантии и
передающиеся на большие расстояния в
виде упругих колеба­ний.
Землетрясения бывают тектонические,
вулканические, обвальные,
плотинные и землетрясения, возникающие
вслед­ствие падения на землю метеоритов
и др. Основными крите­риями
землетрясения
являются:

глубина
очага (до 3 км, иногда до 750 км);

продолжительность
колебаний грунта (20-25 с, максимум —

сейсмическая
энергия и интенсивность землетрясения.

Сейсмическая
энергия землетрясений
— часть энергии землетрясения, которая
идет на образование сейсмических волн
(упругие колебания, распространяющиеся
в Земле от очагов землетрясений, взрывов
и других источников.). Сейсмическую
энергию измеряют с помощью шкалы Рихтера,
в которой за единицу измерения принимают
магнитуду
— величину, соответствующую десятичному
логарифму максимальной
амплитуды колебаний маятника сейсмографа
(в микронах)
в 100 км от эпицентра землетрясения. Это
факти­ческое
смещение почвы в месте регистрации.
Землетрясение
с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как
магнитуда 7 отвечает нижней границе
разрушительных землетрясений, охватывающих
большие территории.

Шкала интенсивности землетрясений

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения.

В мире используется несколько шкал интенсивности:

• в России — шкала Медведева — Шпонхойера — Карника
• в Европейском союзе — европейская макросейсмическая шкала (EMS)
• в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo)
• в США — модифицированная шкала Меркалли (MM)

Шкала интенсивности землетясений Медведева — Шпонхойера — Карника

12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была опубликована в 1964 году Сергеем Васильевичем Медведевым из СССР, Вильгельмом Шпонхойером (Wilhelm Sponheuer) из ГДР и Витом Карником (Vít Kárník) из Чехословакии и получила широкое распространение в Европе и СССР.
MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Европейская макросейсмическая шкала интенсивности землетрясений (EMS)

Это основная шкала для оценки сейсмической интенсивности в европейских странах, также используется в ряде стран за пределами Европы. Была принята в 1998 году как обновление тестовой версии 1992 года и носит название EMS-98.

История EMS началась в 1988 году, когда Европейская сейсмологическая комиссия (ЕСК) решила пересмотреть и обновить шкалу Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64), которая использовалась в своей основной форме в Европе почти четверть века. После более чем пяти лет интенсивных исследований и разработок и четырехлетнего периода тестирования новая шкала была официально выпущена. В 1996 году на XXV Генеральной Ассамблее ЕСК в Рейкьявике была принята резолюция, рекомендующая принять новую шкалу в странах-членах Европейской сейсмологической комиссии.

Европейская макросейсмическая шкала EMS-98 является первой шкалой интенсивности землетрясения, направленной на поощрение сотрудничества между инженерами и сейсмологами, а не для использования сейсмологами в одиночку. Она поставляется с подробным руководством, которое включает в себя принципы, иллюстрации и примеры применения.

В отличие от магнитуды землетрясения, выражающей количество сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясения, EMS-98 определяет, насколько сильно воздействует землетрясение на определенное место. EMS-98 является 12-балльной шкалой.

Шкала интенсивности Японского метеорологического агентства

Это шкала считается 7-балльной, но фактически содержит 10 уровней (от 0 до 4, 5 «минус», 5 «плюс», 6 «минус», 6 «плюс» и 7).

Интенсивность землетрясения 0 — незаметно для людей, пиковое (максимальное) ускорение грунта 0,008 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 1 — ощущается только некоторыми людьми в помещении, пиковое ускорение толчков 0,008–0,025 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 2 — толчки ощущают большинство людей в зданиях. Некоторые люди просыпаются. Висячие предметы немного раскачиваются, например лампы. Колебания грунта имеют ускорнения 0,025-0,08 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 3 — некоторые люди пугаются. Посуда в шкафах иногда постукивает. Немного раскачиваются электрические провода. Ускорение поверхности земли 0,08-0,25 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 4 — многие люди испытывают испуг. Некоторые люди пытаются уйти от опасности. Большинство спящих людей просыпается. Подвесные вещи качаются, посуда в шкафу гремит. Нестабильные мелкие вещи иногда падают. Электропровода качаются, люди на улице и некоторые в автомобиле ощущают вибрацию. Ускорение поверхности земли 0,25-0,80 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 5-минус (5-lower, 5弱) — большинство людей пытаются спастись от опасности. Некоторым людям обнаруживают, что трудно передвигаться. Подвешенные предметы сильно раскачиваются. Наиболее неустойчивые вещи падают. Иногда посуда в шкафу и книги на полке падают, мебель смещается. Люди замечают качание столбов. Иногда, разбиваются и падают стекла. Неармированные бетонные блоки стен трескаются, дороги получают повреждения. Иногда повреждаются стены и колонны слабо-сейсмоустойчивых домов. Устройства безопасности отключают газоснабжение в некоторых домах. В редких случаях повреждаются водопроводные трубы, отключается водоснабжение. Могут быть локальные отключения электроичества. Иногда появляются трещины в мягких грунтах и происходят камнепады в горных районах. 0,80-1,40 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 5-плюс (5-upper, 5強) — многие люди значительно пугаются и с трудом передвигаются. Большинство посуды и книг падают с полок. Иногда падает тяжелая мебель, раздвижные двери выскальзывают из направляющих, а деформация дверных косяков заклинивает входные двери. Во многих случаях неармированные бетонные блоки сооружений разрушаются. Многие автомобили останавливаются из-за трудности управления. Иногда падают плохо установленные торговые автоматы. Иногда малосейсмостойкие дома (less earthquake-resistant houses) получают серьезные повреждения стен, колонн; наклоняются. Иногда образуются большие трещины в стенах, балках зданий. В стенах даже весьма сейсмостойких зданий возможны трещины в стенах. Иногда повреждаются газопроводные и водопроводные трубы. Отключения газа и водоснабжения происходят в целых районах. Иногда появляются трещины в мягком грунте, случаются камнепады на склонах в горах. 1,40-2,50 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 6-минус (6-lower, 6弱)
Трудно устоять на ногах. Много тяжелой и незакреплённой мебели перемещается и падает. Во многих случаях невозможно открыть двери. В некоторых зданиях падает настенная плитка и стекла. Иногда слабо сейсмостойкие дома разрушаются. Повреждаются стены и колонны даже весьма сейсмостойких домов — в стенах, колоннах и балках образуются большие трещины. Повреждаются газопроводы и водопровод. В некоторых регионах происходят отключение электроснабжения. Иногда появляются трещины в земле, происходят оползни. 2,50-3,15 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 6-плюс (6-upper, 6強)
Невозможно устоять на ногах, передвижение возможно ползком. Перемещается и падает большинство тяжелой и незафиксированной мебели. Во многих зданиях падает облицовочная настенная плитки и стекла. Большинство неармированных бетонных блоков стен разрушается. Разрушаются многие несейсмостойкие дома. В некоторых случаях стены и колонны весьма сейсмостойких домов сильно повреждены. В некоторых случаях, получают ущерб стены и колонны даже весьма сейсмостойких зданий. Иногда повреждены магистральные газопроводов и водоводы. Электроснабжение прерывается в некоторых регионах. Иногда газоснабжение и водоснабжение прекращается на большой площади. Иногда появляются трещины в земле и происходят оползни. 3,15-4,00 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 7
Броски и тряска делают невозможным передвижение по своему желанию. Большинство мебели перемещается и подпрыгивает. В большинстве зданий разрушается облицовочная плитка и стёкла. В некоторых случаях разрушаются железобетонные стены. Иногда даже очень сейсмостойкие здания получают серьезные повреждения и наклоняются. Снабжение газом и электричеством прекращается на в больших областях. Земля значительно деформированна большими трещинами и щелями, происходят оползни. Иногда происходит изменение рельефа. Ускорение подземных толчков больше 4 м/сек

Модифицированная шкала интенсивности землетрясений Меркалли

Применяется для определения интенсивности землетрясения по внешним признакам, на основе данных о разрушениях. Может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования. В шкале Меркалли для определения степени интенсивности землетрясения используются римские цифры.

Шкала названа по имени Джузеппе Меркалли, который заложил основы её использования в 1883 и 1902 годах. Позднее Чарльзом Рихтером в шкалу были внесены изменения, после чего её стали называть модифицированной шкалой Меркалли (MM). Сейчас шкала Меркалли используется в основном в США.

Размещение сейсмически активных зон

Подавляющее большинство землетрясений приурочены к тектонически активным зонам земной коры, связанным с границами литосферных плит. Так высокосейсмичным районом является обрамление Тихого океана, где океаническая литосферная плита поддвигается под континентальные или более древние океанические плиты (процесс поддвига океанической плиты называют субдукцией). Зоны поддвига плиты и её погружения в мантию трассируется положением очагов землетрясений, фиксируемых до поверхности нижней мантии (граница 670 км, связанная с возрастанием плотности вещества) и иногда глубже. Эти зоны получили название сейсмофокальных зон Беньофа. Ещё одна область активной сейсмичности связана с Альпийско-Гималайским поясом, протягивающимся от Гибралтара до Бирмы. Этот грандиозный складчатый пояс образован в результате столкновения континентальных литосферных плит. В пределах этого пояса очаги землетрясений приурочены главным образом к земной коре (глубинам до 40-50 км) и не образуют выраженных сейсофокальных зон. Их образование связано с процессами скучивания и раскалывания на надвигающиеся друг на друга пластины толщ континентальной литосферы. Очаги землетрясений приурочены и к зонам раздвижения и раскалывания плит. Процесс раздвижения литосферных, сопровождающийся формированием новой океанической коры за счёт мантийных расплавов, активно протекает в зонах срединно-океанических хребтов. Растяжение континентальных литосферных плит (происходящее, например, в Восточной Африке или в районе озера Байкал).

Регистрация и измерение интенсивности землетрясенийРазмещение сейсмически активных зон

Землетрясение – это резкие импульсные сотрясения участков земной поверхности. Эти сотрясения могут быть вызваны разными причинами, что позволяет по происхождению землетрясения разделять на следующие главные группы:

• тектонические, обусловленные высвобождением энергии, возникающей вследствие деформаций толщ горных пород;
• вулканические, связанные с движением магмы, взрывом и обрушением вулканических аппаратов;
• денудационные, связанные с поверхностными процессами (крупными обвалами, обрушением сводов карстовых полостей);
• техногенные, связанные с деятельностью человека (добыча нефти и газа, ядерные взрывы и пр.).

Наиболее частыми и мощными являются землетрясения тектонического происхождения. Напряжения, вызванные тектоническими силами, накапливаются в течение некоторого времени. Затем, когда превышается предел прочности, происходит разрыв горных пород, сопровождающийся выделением энергии и деформацией в виде упругих колебаний (сейсмических волн). Область внутри Земли, где происходит образование разломов и возникновение сейсмических волн, называют очагом землетрясения; очаг является областью зарождения землетрясения. Как правило, главному сейсмическому удару предшествуют предварительные более слабые точки – форшоки (англ. «fore» — впереди + «shock» — удар, толчок), связанные с началом образовании разломов. Затем происходит главный сейсмический удар и следующие за ним афтершоки. Афтершоки – это подземные толчки, следующие за главным толчком из одной с ним очаговой области. Число афтершоков и продолжительность их возникновения возрастает с ростом энергии землетрясения, уменьшением глубины его очага и может достигать нескольких тысяч. Их образование связано с возникновением новых разломов в очаге. Таким образом, землетрясение обычно проявляется в виде группы сейсмических толчков, состоящей из форшоков, главного толчок (сильнейшего землетрясение в группе) и афтерошоков. Сила землетрясения определяется объёмом его очага: чем больше объём очага, тем сильнее землетрясение.

Условный центр очага землетрясения называют гипоцентром, или фокусом землетрясения. Его объём можно очертить по расположению гипоцентров афтершоков. Проекция гипоцентра на поверхность называется эпицентром землетрясения. Вблизи эпицентра колебания земной поверхности и связанные с ними разрушения проявляются с наибольшей силой. Территория, где землетрясение проявилось с максимальной силой, называется плейстосейстовой областью. По мере удаления от эпицентра интенсивность землетрясения и степень связанных с ним разрушений уменьшается. Условные линии, соединяющие территории с одинаковой интенсивностью землетрясения называются изосейстами. От очага землетрясения изосейсты вследствие разной плотности и типа грунтов расходятся в виде эллипсов или изогнутых линий.

По глубине гипоцентров землетрясения делятся на мелкофокусные (0-70 км от поверхности), среднефокуные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км). Основанная часть землетрясений зарождается в очагах на глубине 10-30 км, т.е. относится к мелкофокусным.

Шкала магнитуд

Магнитуда землетрясений — условная логарифмическая величина (т.е. она рассчитывается по формулам), определенная по инструментальным наблюдениям сейсмическими станциями и характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами. Магнитуда позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

Первоначальная шкала магнитуд была предложена Чарльзом Рихтером в 1935, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.

Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал:

• локальная магнитуда (Ml)
• магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms)
• магнитуда, определяемая по объемным волнам (Mb)
• моментная магнитуда (Mw)

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений долгое время была локальная шкала магнитуд Рихтера. Эта шкала содержит условные единицы (от 1 до 9,5, где «9,5» — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше) и возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории.

С 2002 года Геологическая служба США использует моментную магнитуду для сильных землетрясений. Если в 1970-х — 1980-х годах сильнейшими землетрясениями в истории считались землетрясение у берегов Эквадора (1906) и землетрясение Санрику (1933) с Ml=8,9 у обоих, то с начала 21 века таковым считается Великое Чилийское землетрясение с Mw=9,5, тогда как его Ml=8,4-8,5.

Интенсивность землетрясений не может быть оценена магнитудой и оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах. Для этого используют шкалы интенсивности землетрясений.

Как предсказать землетрясение

В настоящее время ученые не в состоянии точно предсказывать землетрясения. Существуют методы обнаружения изменения сейсмической активности и деформаций в земной коре, которые могут указывать на повышенную вероятность землетрясения, но на основе этих методов нельзя сказать его точное время или место.

Основное внимание в настоящее время во всем мире уделяется совершенствованию систем раннего предупреждения, а также подготовке и повышению осведомленности населения. Системы раннего предупреждения используют сети сейсмического мониторинга для обнаружения начала землетрясения и быстрой выдачи предупреждений тем, кто находится в пострадавшем районе, позволяя им принять защитные меры до начала сильного сотрясения.

В качестве инструмента для прогнозирования землетрясений и систем раннего предупреждения сейчас активно рассматривают (но пока широко не используют) нейросети. Алгоритмы искусственного интеллекта, такие как машинное и глубокое обучение, можно обучить на исторических сейсмических данных для выявления закономерностей и составления прогнозов о будущих землетрясениях. Эти алгоритмы также можно использовать для анализа сейсмических данных в реальном времени. Однако точность прогнозирования землетрясений на основе ИИ все еще ограничена. Множество факторов усложняют прогнозирование землетрясений, включая ограниченный набор данных, доступных для обучения, нелинейный и хаотический характер землетрясений и влияние человеческой деятельности на измерения.

Как измеряют землетрясения в баллах

В разных странах принято по-разному оценивать интенсивность землетрясения.

• В России и некоторых других странах принята 12-балльная шкала Медведева — Шпонхойера — Карника.
• В Европе — 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала.
• В США — 12-балльная модифицированная шкала Меркалли.
• В Японии — семибалльная шкала Японского метеорологического агентства.

Шкала Рихтера

Первую шкалу магнитуды землетрясений предложил американский сейсмолог Чарльз Рихтер в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера. Шкала представляет собой логарифмическую шкалу, которая измеряет магнитуду землетрясений на основе амплитуды движения грунта, регистрируемой сейсмографами. Величина выражается в виде числа, причем каждое увеличение на единицу соответствует десятикратному увеличению движения грунта.

Сейсмограф — прибор, используемый для определения силы и направления и измерения землетрясения. Он состоит из сейсмометра — датчика, измеряющего движение грунта, — и устройства, которое записывает сигнал, производимый сейсмометром.

Проще говоря, сейсмограф подобен диктофону, который прослушивает землю и ведет запись. С той лишь разницей, что сейсмограф создает графический след волн землетрясения. Этот след затем можно проанализировать и определить величину и местоположение землетрясения.

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64) — это способ измерения интенсивности землетрясения, который представляет собой описание последствий подземных толчков на поверхности Земли и на искусственных сооружениях. Шкала была разработана в 1970-х годах советскими геологами и используется в основном на территории бывшего Советского Союза и Восточной Европы.

Шкала варьируется от 1 до 12, при этом каждое увеличение на одну единицу соответствует увеличению интенсивности землетрясения. Каждый из уровней описывает количество повреждений зданий и степень движения грунта. Информация, полученная с помощью этой шкалы, используется агентствами по управлению стихийными бедствиями для планирования мер реагирования и восстановления, а также для оценки потенциального воздействия землетрясения.

Как баллы MSK-64 соответствуют разрушениям на поверхности

• Не ощущается. Регистрируется только сейсмическими приборами.
• Очень слабые толчки. Замечают только некоторые люди, находящиеся в полном покое на верхних этажах зданий, и домашними животными.
• Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение земли от проезжающего трамвая.
• Интенсивное. Большинство людей замечает такое землетрясение. Можно наблюдать легкое колебание или дребезжание предметов быта, оконных стекол. Могут скрипеть двери и/или стены.
• Довольно сильное. Ощущают многие даже вне зданий, а внутри — все. Шатается мебель, маятники часов останавливаются, могут появиться трещины в окнах и штукатурке.
• Сильное. Ощущается всеми. Предметы падают с полок, а картины — со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
• Очень сильное. Появляются трещины в стенах домов, есть видимые повреждения.
• Разрушительное. Образуются видимые трещины на крутых склонах и в сырой почве. Памятники сдвигаются, фабричные трубы не выдерживают и падают. Дома сильно повреждаются.
• Опустошительное. Сильно повреждаются или рушатся каменные и кирпичные постройки. У деревянных домов нарушается геометрия.
• Уничтожающее. Трещины в земле достигают ширины в метр. Возникают оползни и обвалы со склонов. Каменные здания рушатся. Ж/д рельсы искривляются.
• Катастрофа. Появляются большие трещины в поверхностных слоях земли. Возникают многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома и мосты почти полностью разрушаются.
• Сильная катастрофа. Огромные изменения в земной коре: многочисленные трещины, обвалы, оползни. Меняется рельеф: возникают водопады, запруды, течение рек отклоняется. Ни одно сооружение не выдерживает.

Модифицированная шкала Меркалли в Европе и США

12-балльная европейская макросейсмическая шкала, также известная как шкала интенсивности Меркалли, была разработана в начале XX века итальянским сейсмологом Джузеппе Меркалли. Шкала также основана на наблюдении за воздействием землетрясения на окружающую среду и созданные человеком сооружения, такие как здания, дороги и мосты.

В то же время, определения различных уровней интенсивности в MSK-64 и Европейской шкалы могут немного отличаться. Например, MSK-64 основывается на количестве повреждений зданий в конкретном районе, в то время как определение того же уровня интенсивности по Европейской макросейсмической шкале учитывает и степень подвижек грунта, и количество повреждений искусственных сооружений.

В США тоже используют модифицированную шкалу Меркалли (Modified Mercalli Intensity, MMI). Она также основана на комбинации инструментальных показаний и наблюдений за воздействием землетрясения на окружающую среду и искусственные сооружения и варьируется от 1 (не ощущается) до 12 баллов (полный ущерб), но была изменена, чтобы лучше отражать последствия землетрясений именно в Соединенных Штатах.

Японская шкала сейсмической интенсивности

Японское метеорологическое агентство (JMA) использует для измерения интенсивности землетрясений собственную шкалу сейсмической интенсивности, также известную как шкала Синдо. Шкала Синдо варьируется от 0 до 7 баллов и учитывает как показания приборов, так и наблюдения за воздействием землетрясения на искусственные сооружения и окружающую среду.

Шкала Синдо была названа в честь японского сейсмолога Кийо Синдо, который разработал шкалу в 1950-х годах. Шкала была разработана для отражения интенсивности землетрясений в Японии, где последствия землетрясений для сооружений могут значительно отличаться из-за уникальной географии страны и стиля строительства.

Краткая характеристика землетрясений по шкале Меркалли

I
(балл) Незаметное сотрясение почвы.
Отмечается сейсмическими приборами

II
Очень слабые толчки. Ощущается
отдельными людьми, находящимися в полном
покое

III
Слабое. Ощущается небольшой частью
населения

IV
Умеренное. Легкое дребезжание и
колебания предметов, посуды и оконных
стекол

V
Довольно сильное. Общее сотрясение
зданий, колебание мебели, трещины в
оконных стеклах и штукатурке

VI
Сильное. Пробуждение спящих, падение
со стен картин, откалывание отдельных
кусков штукатурки

VII
Очень сильное. Трещины в стенах каменных
домов, антисейсмические и дере­вянные
постройки остаются невредимыми

VIII
Разрушительное. Трещины в почве, сдвиг
или опрокидывание памятников, сильное
повреждение домов

IX
Опустошительное. Сильное разрушение
каменных домов, перекосы деревянных
до­мов

X
Уничтожающее. Трещины в почве, иногда
до метра шириной, оползни, обвалы со
склонов, разрушение каменных построек,
искривление железно­дорожных рельсов

XI
Катастрофа. Более широкие трещины в
поверхностных слоях земли, много­численные
обвалы, каменные дома совершенно
разрушаются, выпячивание железнодорожных
рельсов

XII
Сильная катастрофа. Большое изменение
ландшафта, многочисленные трещины,
обва­лы, оползни, возникновение
водопадов, подпруд на озерах, из­менение
течения рек, ни одно сооружение не
выдерживает

Правила поведения
населения при землетрясении:
Не паниковать, определить наиболее
безопасные места, где можно переждать
толчки. Это проемы капитальных стен,
углы, образованные внутренними
капитальными стенами, под балками
каркаса. В любом здании держитесь дальше
от окон, ближе к внутренним капитальным
стенам здания. Бойтесь стеклянных
перегородок! Не создавайте давку и
пробки в дверях! Не прыгайте в окно,
находясь выше первого этажа. Не пользуйтесь
лифтом. Не пользуйтесь открытым огнем.
Отойдите на открытое место подальше от
зданий, линий электропередач. Бойтесь
оборванных проводов!

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для
оценки и сравнения землетрясений
используются шкала магнитуд и шкала
интенсивности.

Шкала
магнитуд различает землетрясения по
величине магнитуды, которая является
относительной энергетической
характеристикой землетрясения. Существует
несколько магнитуд и соответственно
магнитудных шкал: локальная магнитуда
(ML); магнитуда, определяемая по поверхностным
волнам (Ms); магнитуда, определяемая по
объемным волнам (mb); моментная магнитуда
(Mw).

Наиболее
популярной шкалой для оценки энергии
землетрясений является локальная шкала
магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию
магнитуды на единицу соответствует
32-кратное увеличение освобождённой
сейсмической энергии. Землетрясение с
магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как
магнитуда 7 отвечает нижней границе
разрушительных землетрясений, охватывающих
большие территории. Интенсивность
землетрясений (не может быть оценена
магнитудой) оценивается по тем
повреждениям, которые они причиняют в
населённых районах.

Кто исследует землетрясения

Существует множество компаний и организаций, которые занимаются исследованиями землетрясений — как частные, так и государственные.

• Геологическая служба США (USGS) — научное агентство правительства США, которое предоставляет информацию о землетрясениях и других стихийных бедствиях. Геологическая служба США управляет Передовой национальной сейсмической системой (ANSS), национальной сетью сейсмических приборов, которые отслеживают землетрясения в США.
• Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти — исследовательское подразделение Колумбийского университета, специализирующееся на науках о земле и окружающей среде, включая исследования землетрясений.
• Калифорнийский технологический институт (Калтех) — ведущий исследовательский университет, где находится сейсмологическая лаборатория, которая проводит исследования землетрясений и оценку сейсмической опасности.
• Японское метеорологическое агентство (JMA) — национальное метеорологическое агентство Японии, отвечает за мониторинг землетрясений и их исследования в Японии.
• Научно-геологические компании, такие как Schlumberger, Halliburton и CGG — используют методы сейсмической съемки для изучения подповерхностной структуры Земли.
• Инженерные и консалтинговые компании, такие как Arup, MWH Global и GHD — специализируются на оценке сейсмической опасности и снижении рисков, а также на сейсмостойком проектировании и модернизации зданий.
• Технологические компании, такие как Early Warning Labs, ShakeAlert и MyShake — разрабатывают и внедряют системы раннего предупреждения землетрясений, используя сочетание сенсорных сетей, машинного обучения и других передовых технологий.

В России работают несколько организаций, которые занимаются исследованиями и мониторингом землетрясений.

• Институт физики Земли — ведущий российский научно-исследовательский институт, специализирующийся на геофизике, в том числе на изучении землетрясений.
• Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) — государственное учреждение, ответственное за мониторинг и прогнозирование опасных природных явлений, включая землетрясения.
• Институт динамики геосфер — научно-исследовательский институт РАН, который специализируется на геодинамике, сейсмологии и изучении землетрясений.
• Дальневосточное отделение РАН — филиал Российской академии наук, который проводит исследования в различных областях, включая сейсмологию и изучение землетрясений в Дальневосточном регионе.

Единицы измерения интенсивности землетрясения, и характерные для них разрушения. Правила поведения населения при землетрясения.

Интенсивность
является качественной характеристикой
землетрясения и указывает на характер
и масштаб воздействия землетрясений
на поверхность земли, на людей, животных,
а также на естественные и искусственные
сооружения в районе землетрясения.
Интенсивность
землетрясения определяют субъективно
в ходе
обследования пострадавших районов с
помощью цифро­вой шкалы. Для оценки
интенсивности землетрясения исполь­зуют
следующие шкалы:

шкала
Меркалли (в России и странах СНГ
применяется ее модификация- шкала
Медведева — Шпонхойера — Карника (М5К-64)
-табл. 4.1);

шкала
Японского метеорологического агентства;

Европейская
и Китайская шкала интенсивности.

Где чаще случаются землетрясения

В мире есть несколько районов, которые подвержены землетрясениям больше других.

Эти районы подвергаются более высокому риску землетрясений из-за наличия активных линий разломов и границ плит. Однако землетрясения могут произойти в любой точке мира, даже в районах, традиционно не считающихся подверженными высокому риску.

В 2023 году в Турции случилось крупнейшее с 1939 года землетрясение. Страна расположена на границе Африканской и Евразийской плит, которые сталкиваются и вызывают значительную тектоническую активность в регионе. Это приводит к высокой частоте землетрясений, в том числе средней и большой магнитуды. Западные и восточные регионы Турции особенно подвержены риску, а такие города, как Стамбул, Измир и Бурса, уязвимы к последствиям землетрясений. В связи с этим Турция предпринимает шаги по смягчению последствий землетрясений с помощью введения особых строительных норм, сейсмической модернизации зданий и планирования готовности к стихийным бедствиям.

Вероятность землетрясения в России зависит от конкретного региона. Некоторые части России, такие как полуостров Камчатка и острова Сахалин, расположены в сейсмически активных районах и подвержены более высокому риску землетрясений. Другие части России, такие как Северо-Европейская равнина, расположены в регионах с более низкой сейсмической активностью и подвержены меньшему риску.

Общая сейсмическая опасность в России считается от умеренной до высокой. В прошлом страна пережила несколько значительных землетрясений, включая Камчатское землетрясение 1952 года магнитудой 9,0 и Сахалинское землетрясение в Нефтегорске 1995 года магнитудой 7,5.

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (msk-64)

12-балльная
шкала Медведева-Шпонхойера-Карника
была разработана в 1964 году и получила
широкое распространение в Европе и
СССР. С 1996 года в странах Европейского
союза применяется более современная
Европейская макросейсмическая шкала
(EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81
«Строительство в сейсмических районах»
и продолжает использоваться в России
и странах СНГ. В Казахстане в настоящее
время используется СНиП РК 2.03-30-2006
«Строительство в сейсмических районах».

Упругие
волны ,регистрируемые
сейсмографами, принадлежат к несколькими
типам. По характеру пути распространения
волны делятся на объёмные и поверхностные.
В свою очередь объёмные волны подразделяются
на продольные (Р)и
поперечные (S),
а поверхностные — на Рэлея
волны
и Лява
волны .Объёмные
волны распространяются во всём объёме
Земли, за исключением жидкого ядра, не
пропускающего поперечные волны.
Продольные волны связаны с изменением
объёма и распространяются со скоростью

—
модуль сдвига (см. Модули
упругости), —
плотность среды. Поперечные волны не
связаны с изменением объёма, их скорость
равна

.
Движение частиц в волне 5 происходит в
плоскости, перпендикулярной направлению
распространения волны. В сферически-симметричных
моделях Земли луч, вдоль которого
распространяется волна, лежит в
вертикальной плоскости. Составляющая
смещения в волне S в
этой плоскости обозначается SV,
горизонтальная составляющая — SH.
Некоторые оболочки Земли обладают
упругой анизотропией; в этом случае
поперечная волна расщепляется на две
волны с различными поляризациями и
скоростями распространения. Параметры
земных недр изменяются по вертикали и
горизонтали. Поэтому в процессе
распространения
объёмные волны испытывают отражение,
преломление, обмен (превращение Р в S и
наоборот), а также дифракцию и рассеяние.
В результате запись 3. (сейсмограмма) на
большом расстоянии от источника
распадается на ряд волновых пакетов
или фаз. Отождествление фаз и определение
координат источника выполняются с
помощью набора стандартных таблиц
(годографов), задающих время пробега
как ф-цию пройденного рассеяния и глубины
источника.

Поверхностные
волны формируются в результате
интерференции объёмных волн и
распространяются в верх. оболочке Земли,
эффективная толщина которой зависит
от периода колебаний. Характерной
особенностью поверхностных волн является
дисперсия скоростей. Поверхностные
волны Лява и Рэлея различаются скоростью
распространения и поляризацией колебаний.
Траектория частицы в волне Рэлея имеет
составляющие SV и
вертикальную; волны Лява имеют
поляризацию SH.

Частотный
спектр сейсмических колебаний лежит
в диапазоне от сотен Гц до Гц.
Колебания с частотами порядка сотен Гц
регистрируются только вблизи источника.
В НЧ-области (периоды порядка сотен
секунд и более) сейсмические волны
приобретают характер собств. колебаний
упругого шара. Собств. колебания Земли
делятся на сфероидальные, имеющие
поляризацию волн Рэлея, и крутильные с
поляризацией волн Лява. Известный к
настоящему времени спектр сфероидальных
и крутильных колебаний Земли насчитывает
неск. тысяч собств.

Регистрация и измерение интенсивности землетрясений

Ежегодно на Земле регистрируется несколько сотен тысяч землетрясений, часть из них оказываются разрушительными, часть вообще не ощущается людьми. Интенсивность землетрясений может быть оценена с двух позиций: 1) внешнего эффекта землетрясения и 2) измерения физического параметра землетрясения – магнитуды.

Определение внешнего эффекта землетрясения основано на определении его интенсивности, представляющей собой меру величины сотрясения грунта. Она определяется степенью разрушения построек, характером изменения земной поверхности и ощущениями, которые испытывают люди во время землетрясений. Интенсивность землетрясений измеряется в баллах.

Разработано несколько шкал для определения интенсивности землетрясений. Первая из них была предложена в 1883-1884 гг. М. Росси и Ф. Форелем, интенсивность в соответствии с этой шкалой измерялась в интервале от 1 до 10 баллов. Позднее, в 1902 г. в США была разработана более совершенная 12-балльная шкала, получившая название шкалы Меркалли (по имени итальянского вулканолога). Этой шкалой, несколько видоизменённой, и в настоящее время широко пользуются сейсмологи США и ряда других стран. В нашей стране и некоторых европейских странах используется 12-балльная международная шкала интенсивности землетрясений (MSK-64), получившая название по первым буквам её авторов (Медведев –Шионхойер — Карник).

В соответствии с этой шкалой землетрясения подразделяются на слабые — от 1 до 4 баллов, сильные — от 5 до 7 баллов и сильнейшие — более 8 баллов.

Оценка интенсивности землетрясений, хотя и опирается на качественную оценку эффекта землетрясения (воздействие землетрясения на поверхность), но не позволяет проводить математически точное определение параметров землетрясения.

В 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером была предложена более объективная шкала, основанная на измерении магнитуды (эта шкала впоследствии стала широко известна как шкала Рихтера). Магнитуда (от лат. «magnitudo» – величина), согласно определению Ч. Рихтера и Б. Гуттенберга, это величина, представляющая собой десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (в тысячных долях миллиметра), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения.

Хотя в этом определении не уточняется, какие из существующих волн надо принимать в расчет, стало общепринятым измерять максимальную амплитуду продольных волн (для землетрясений, очаг которых располагается вблизи поверхности, обычно измеряется амплитуда поверхностных волн). В целом, магнитуда характеризует степень смещения частиц грунта при землетрясениях: чем больше амплитуда, тем значительнее смещение частиц.

Шкала Рихтера теоретически не имеет верхнего предела. Чувствительные приборы регистрируют толчки с магнитудой 1,2, в то время как люди начинают ощущать толчки только с магнитудой 3 или 4. Наиболее сильные землетрясения, происшедшие в историческое время, достигали магнитуды 8,9 (печально знаменитое землетрясение в Лиссабоне в 1755 г.).

Между интенсивностью землетрясения в эпицентре (I0), которая выражается в баллах, и величиной магнитуды (М) существует зависимость, описываемая формулами

I0 = 1,7М-2,2 и М = 0,6I0+1,2.

Соотношение между балльностью и магнитудой зависит от расстояния между очагом и точкой регистрации на поверхности земли. Чем меньше глубина очага, тем больше интенсивность сотрясения на поверхности при одной и той же магнитуде.

Следовательно, землетрясения с одинаковой магнитудой могут вызывать разные разрушения на поверхности в зависимости от глубины очага.

Регистрация землетрясений проводится на сейсмических станциях с помощью специальных приборов – сейсмографов, записывающих даже малейшие колебания грунта. Запись колебаний называют сейсмограммой. Сейсмограммы должны регистрировать колебания грунта в двух взаимоперпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости и колебания в вертикальной плоскости, для чего в состав сейсмографов включены три записывающих устройства (сейсмометра). На основании определения разницы во времени регистрации разных типов сейсмических волн, и зная скорость их распространения, можно определить положение гипоцентра землетрясения. Точность таких определений достаточно высока, особенно с учётом того, что к сегодняшнему дню действует развитая международная сеть сейсмических станций.

Для характеристики землетрясений важное значение имеют также их энергия и ускорение при сотрясении грунта.

Энергия, выделяемая при землетрясении, может быть рассчитана исходя из значения магнитуды по формуле

log Е = 11,5 M, где Е – энергия, М – магнитуда.

Виды землетрясений

• Тектонические землетрясения — возникают в результате движения и взаимодействия тектонических плит. Они являются наиболее распространенным типом землетрясений и могут произойти в любой точке мира.
• Вулканические землетрясения — происходят в результате вулканической активности, такой как движение магмы или обрушение вулканического конуса. Чаще всего они встречаются вблизи активных или потенциально активных вулканических районов.
• Обвальные землетрясения — случаются в результате обрушения подземных шахт, подземных полостей или других искусственных сооружений.
• Взрывные землетрясения — происходят в результате искусственных взрывов, таких как ядерные испытания или взрывные работы в карьерах.
• Оползневые землетрясения — происходят в результате перемещения больших масс камня, земли или других материалов вниз по склону.
• Рои землетрясений — последовательности землетрясений, которые происходят в определенной области в течение короткого периода времени (1–15 дней). Они часто связаны с вулканической или геотермальной активностью.

Как связаны магнитуда и разрушения на поверхности

Хотя магнитуда землетрясения и объем разрушений на поверхности земли коррелируют, будет неверно связывать их напрямую. Важно учитывать глубину очага землетрясения и другие параметры. Например, землетрясение, очаг которого находится на большой глубине, может очень слабо ощущаться на поверхности. Но землетрясение той же магнитуды с неглубоким очагом, может нести разрушительные последствия.