Как долго будет продолжаться землетрясение

Учёные до сих пор не знают всех деталей физических процессов, связанных с землетрясениями, и методы, какими их можно точно предсказывать. Ряд явлений рассматриваются сейчас как возможные предвестники землетрясений: изменения в ионосфере, различные типы электромагнитных индикаторов, включая инфракрасные и радиоволны, выбросы радона, странное поведение животных.

По мнению Сейсмологического сообщества Америки, заявляемый метод прогноза, который бы был подтверждён как верный, должен обеспечить ожидаемую магнитуду с определённым допустимым отклонением, хорошо определённую зону эпицентра, диапазон времени, в которое произойдет это событие, и вероятность того, что оно действительно произойдет. Данные, на которых основан прогноз, должны поддаваться проверке и результат их обработки должен быть воспроизводим.

Достижение успеха в долгосрочных прогнозах (на годы или десятилетия) гораздо вероятнее достижения прогноза с точностью до месяца. Точные краткосрочные прогнозы (от часов до дня) на данный момент невозможны.

Проблема прогноза землетрясенийПравить

Многим землетрясениям, особенно крупным, предшествовали некоторые явления, не характерные для данной местности. В результате систематизации данных по крупным землетрясениям XVII — XXI веков, а также по летописям, в которых упоминаются события, связанные с землетрясениями, был установлен ряд некоторых типичных явлений, которые могут служить оперативными предвестниками землетрясений. Так как землетрясения имеют различные механизмы возникновения, происходят в разных геологических условиях, в разное время суток и года сопутствующие явления, служащие предвестниками, тоже могут быть различными.

Практически все явления предвестники по состоянию на начало 2010-х годов имеют научное объяснение. Тем не менее, использовать их для оперативного оповещения удается крайне редко, поскольку явления-предвестники не являются специфичными именно для землетрясений. Например, атмосферные световые явления могут возникать в периоды геомагнитных бурь или иметь техногенную природу, а массовое беспокойство животных может быть вызвано надвигающимся циклоном.

В настоящее время выделяют следующие явления, которые могут служить предвестниками землетрясений: форшоки, аномальные атмосферные явления, изменения уровня грунтовых вод, беспокойное поведение животных.

Оптические явления в атмосфере

С давних времен замечено, что многим крупным землетрясениям предшествуют необычные для данной местности оптические явления в атмосфере: сполохи, похожие на полярные сияния, световые столбы, облака странной формы. Появляются они как непосредственно перед толчками, но иногда могут происходить и за несколько суток. Так как эти явления обычно замечаются случайно людьми, не имеющими специальной подготовки, которые не могут дать объективного описания до массового появления мобильных фото- и видеоустройств анализ такой информации весьма сложен. Лишь в последнее десятилетие, с развитием спутникового мониторинга атмосферы, мобильной фотографии и автомобильных видеорегистраторов необычные оптические явления перед землетрясением были надежно зафиксированы, в частности перед Сычуаньским землетрясением.

По современным представлениям необычные оптические явления в атмосфере связаны с такими процессами в зоне будущего землетрясения как:

Изменение уровня грунтовых вод

Постфактум установлено, что многим крупным землетрясениям предшествовало аномальное изменение уровня грунтовых вод, как в колодцах и скважинах, так в ключах и родниках. В частности перед Чуйским землетрясением местами на поверхности почвы внезапно появились множественные ключи из которых стала достаточно быстро поступать вода. Тем не менее, значительная часть землетрясений не вызывала предшествующих изменений в водоносных горизонтах.

Беспокойное поведение животных

Достоверно засвидетельствовано, что основным толчкам многих сильных землетрясений предшествует необъяснимое беспокойство животных на значительной территории. Наиболее вероятно, что животные ощущают при этом непривычные вибрации или реагируют на инфразвуковые колебания. Такое наблюдалось, например, при Крымских землетрясениях 1927 года, перед Ашхабадским землетрясением и перед Чуйским землетрясением. Но перед Спитакским землетрясением и землетрясением в Нефтегорске массового аномального поведения животных замечено не было.

Попытки прогнозовПравить

Тем не менее, Таншаньское землетрясение, по официальным данным унесшее жизни 242 тысяч человек, предсказать не удалось. На некоторое время это поставило под сомнение исследования по прогнозу землетрясений.

Эпицентры землетрясений (1963—1998)

Колебания от землетрясений передаются в виде сейсмических волн. Землетрясения и связанные с ними явления изучает сейсмология, которая ведёт исследования по следующим основным направлениям:

• Изучение природы землетрясений: почему, как и где они происходят.
• Применение знаний о землетрясениях для защиты от них путём прогноза возможных в том или ином месте сейсмических ударов в целях строительства стойких к их воздействию конструкций и сооружений.

ОписаниеПравить

Землетрясения на Урале

«Ступеньки речных террас – особенно наглядный индикатор тектонических движений Урала – позволяют с большими подробностями проследить как давнюю, так и близкую историю подъёма гор. Общепризнанная средняя скорость роста Урала – примерно два миллиметра в столетие. Однако в некоторых местах Уральские горы растут на пять и больше миллиметров в год. Конечно, по сравнению с активно развивающимися высокосейсмичными горными системами – Тянь-Шанем, Памиром, Кавказом и другими – древний Урал не спешит. Зарегистрированных здесь землетрясений сравнительно немного. Но и этого вполне достаточно для неотложного, всестороннего изучения современных геологических процессов развития Урала и их влияния на деятельность человека.»

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и небольшую силу.

Вулканические землетрясения — разновидность землетрясений, при которых толчки возникают в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканические газы. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей землетрясение этого вида не представляет. Кстати, землетрясение иногда является самым опасным стихийным бедствием наряду с извержением вулкана.

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка литосферы (литосферных плит) как целого в момент релаксации (разрядки) упругой деформации напряжённых пород в очаге землетрясения.

Согласно научной классификации, по глубине возникновения землетрясения делятся на 3 группы:

• «нормальные» — 34—70 км,
• «промежуточные» — до 300 км,
• «глубокофокусные» — свыше 300 км.

К последней группе относится землетрясение, которое произошло 24 мая 2013 года в Охотском море, тогда сейсмические волны достигли многих уголков России, в том числе и Москвы. Глубина этого землетрясения достигала 600 км.

Сейсмические волны и их измерение

Скольжению пород вдоль разлома в начале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 10 км/с.

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы — сейсмографы. В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на 3 типа:

• Волны сжатия, или продольные сейсмические волны (первичные; P-волны). Вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
• Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны (вторичные; S-волны). Заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны.

Процессы, происходящие при сильных землетрясениях

Подводные землетрясения (моретрясения) являются причиной цунами — длинных волн, порождаемых мощным воздействием на всю толщу воды в океане, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или опускание) участка морского дна. Цунами образуются при землетрясении любой силы, но большой силы достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (с магнитудой более 7).

Резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы.

Измерение силы и воздействий землетрясенийПравить

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

Шкала магнитуд. Шкала Рихтера

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)

Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

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

• 1 балл (незаметное) — отмечается только специальными приборами;
• 2 балла (очень слабое) — ощущается только очень чуткими домашними животными и некоторыми людьми в верхних этажах зданий;
• 3 балла (слабое) — ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика;
• 4 балла (умеренное) — землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;
• 5 баллов (довольно сильное) — качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;
• 6 баллов (сильное) — лёгкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;
• 7 баллов (очень сильное) — значительное повреждение зданий; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;
• 8 баллов (разрушительное) — разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;
• 9 баллов (опустошительное) — обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 см/с;
• 10 баллов (уничтожающее) — обвалы во многих зданиях; в остальных — серьёзные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озёра;
• 11 баллов (катастрофа) — многочисленные трещины на поверхности Земли, большие обвалы в горах. Общее разрушение зданий;
• 12 баллов (сильная катастрофа) — изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.

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 некоторых странах. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Другие виды землетрясенийПравить

Вулканические землетрясения — разновидность землетрясений, при которых толчки возникают в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканический газ которые давят снизу на поверхность Земли. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей землетрясение этого вида не представляет. Кроме того, вулканические землетрясения обычно являются предвестниками извержения вулкана, которое грозит более серьёзными последствиями.

Тектонические и техногенные

Тектонические землетрясения возникают при смещении горных плит или в результате столкновений океанической и материковой платформ. При таких столкновениях образуются горы или впадины и происходят колебания поверхности.

ПрогнозированиеПравить

Краткая инструкция для наблюдения и собирания фактов о колебаниях земной коры

• детерминистические предсказания отдельных землетрясений с точностью, достаточной для того, чтобы можно было планировать программы эвакуации, нереальны;
• по крайней мере некоторые формы вероятностного прогноза текущей сейсмической опасности, основанные на физике процесса и материалах наблюдений, могут быть оправданы.

Даже если бы точность измерений и несуществующая пока физико-математическая модель сейсмического процесса дали возможность с достаточной точностью определить место и время начала разрушения участка земной коры, магнитуда будущего землетрясения остаётся неизвестной. Дело в том, что все модели сейсмичности, воспроизводящие график повторяемости землетрясений, содержат тот или иной стохастический генератор, создающий в этих моделях динамический хаос, описываемый лишь в вероятностных терминах. Более явно источник стохастичности качественно можно описать следующим образом. Пусть распространяющийся во время землетрясения фронт разрушения подходит к участку повышенной прочности. От того, будет разрушен этот участок или нет, зависит магнитуда землетрясения. Например, если фронт разрушения пройдёт дальше, землетрясение станет катастрофическим, а если нет, останется небольшим. Исход зависит от прочности участка: если она ниже некоторого порога, разрушение пойдет по первому сценарию, а если выше, по второму. Возникает «эффект бабочки»: ничтожно малое различие в прочности или напряжениях приводит к макроскопическим последствиям, которые нельзя предсказать детерминистически, поскольку это различие меньше любой точности измерений. А предсказание места и времени землетрясения с неизвестной и, возможно, вполне безопасной магнитудой не имеет практического смысла, в отличие от расчёта вероятности того, что сильное землетрясение произойдёт.

Распространение и историяПравить

Землетрясения захватывают большие территории и характеризуются: разрушением зданий и сооружений, под обломки которых попадают люди; возникновением массовых пожаров и производственных аварий; затоплением населенных пунктов и целых районов; отравлением газами при вулканических извержениях; поражением людей и разрушением зданий обломками вулканических горных пород; поражением людей и возникновением ячеек пожаров в населенных пунктах от вулканической лавы; провалом населенных пунктов при обвальных землетрясениях; разрушением и смывом населенных пунктов волнами цунами; отрицательным психологическим воздействием.

• 1290 г. в районе залива Бохайвань (Китай) погибло около 100 тыс. чел.,
• 1556 г. в провинции Шэньси — 830 тыс. чел.,
• 1737 г. в Калькутте (Индия) — 300 тыс. чел.,
• 1908 г. в Мессине (Италия) — 120 тыс. чел.,
• 1923 г. в Токио — 143 тыс. чел.,
• 1976 г. в Таншане (Китай) — около 240 тыс. чел.,
• 1999 г. в Турции — около 40 тыс. чел.,
• 2001 г. в Индии — около 30 тыс. чел.
• 1988 г. в Армении — около 25 тыс. чел.