Землетрясения
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.
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.
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).
Медленные горизонтальные и вертикальные движения земной коры не оказывают на человека никакого воздействия. Но иногда возникают мгновенные толчки земной коры, которые приносят ущерб не только имуществу, но и здоровью и даже жизни человека. Это землетрясения.
— это подземные толчки и колебания земной поверхности.
Причиной возникновения землетрясений являются сдвиги, смещения горных пород. Они происходят на большой глубине.
— место, где происходит смещение горных пород.
Чаще всего очаг землетрясения располагается на глубине до (10) км. Но иногда смещение горных пород может произойти и глубже (до (700) км).
Волны от очага землетрясения расходятся в разные стороны, некоторые из них достигают земной поверхности. От глубины залегания очага и силы толчка зависит площадь землетрясения и его сила. Чем они больше, тем большая площадь будет охвачена.
— место, которое располагается на земной поверхности перпендикулярно очагу землетрясения.
В эпицентре землетрясения происходят самые мощные разрушения.
Разрушительное воздействие сейсмических волн
Очаг землетрясения возникает в результате разрыва и сдвига пластов горных пород. Создаётся огромное давление, горные породы, окружающие очаг, сначала сжимаются, затем расширяются, и образуются — смещение частиц горных пород. Источником сейсмической волны может быть землетрясение, взрыв, вибрация или удар. Сейсмические волны ( и ) распространяются от очага землетрясения во все стороны.
достигает поверхности Земли первой. отстаёт от продольной, но сила её удара больше, чем у продольной волны. Именно поэтому при землетрясении за первым толчком следует второй, более разрушительный.
Как происходят землетрясения?
В (1887) году во время Алматинского землетрясения, крупнейшего среди азиатских, выдающийся русский геолог и географ Иван Васильевич Мушкетов изучил, что же всё-таки происходит при землетрясении.
(27) мая (1887) года накануне землетрясения отмечалось неспокойное поведение домашних животных: они отказывались от еды, пытались убежать. Утром (28) мая в (4) часа (35) минут раздался подземный гул и сильный толчок, который продолжался не более секунды. Через несколько минут снова послышался гул, и начались сильные подземные толчки. В домах стали вылетать стёкла, посыпалась штукатурка, попадали стены и потолки. Удары и сотрясения продолжались весь день. В результате в городе Алма-Ате из (1800) домов уцелело всего несколько.
В горах возникли трещины и обвалы, на поверхность вышли потоки подземных вод. Глинистая почва на склонах гор начала перемещаться вниз к подножиям гор, захватывая щебень и валуны. Один из таких потоков достиг (0,5) км в ширину и (10) км в длину.
Иван Васильевич Мушкетов ((1850)–(1902)) — русский учёный, геолог и географ, профессор Петербургского технического университета, знаменитый путешественник, член Императорского Русского Географического Общества. Исследователь Средней Азии, проводил геологические изыскания на Урале, на Кавказе, а также изыскания для строительства Кругобайкальской железной дороги (Транссибирская магистраль) в Восточной Сибири.
Чем дальше от эпицентра, тем слабее колебания земной коры. Сила землетрясений измеряется в баллах от (1) до (12).
При определении силы землетрясения учитывается воздействие сейсмических волн на земную поверхность, на здания, на жизнь и здоровье человека.
Интенсивность землетрясений по (12)-балльной шкале:
(1) — регистрируется только сейсмическими приборами;
(2) — ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя;
(3) — ощущается лишь небольшой частью населения;
(4) — ощущается многими людьми, заметны колебания висячих предметов, дребезжание посуды и оконных стёкол;
(5) — ощущается практически всеми людьми; спящие пробуждаются, происходит общее сотрясение зданий, колебание мебели, возникают трещины в штукатурке и оконных стёклах;
(6) — общий испуг, многие выбегают из зданий; откалываются куски штукатурки, происходит лёгкое повреждение зданий;
(7) — паника, все выбегают из зданий, на улице теряют равновесие; появляются трещины в стенах каменных домов, происходит повреждение зданий, отдельные люди получают ранения;
(8) — сквозные трещины в стенах, падают карнизы, домовые трубы, возникают трещины в почве; много раненых, отдельные человеческие жертвы;
(9) — сильное повреждение каменных домов, отдельные здания разрушаются до основания, число жертв возрастает;
(10) — возникают крупные трещины в почве, оползни и обвалы, происходит искривление рельсов, разрушение каменных домов; в населённых пунктах много погибших и раненых;
(11) — начинаются многочисленные оползни и обвалы, возникают широкие трещины в земле; каменные здания полностью разрушаются; многочисленные жертвы;
(12) — катастрофические разрушения и жертвы, всё созданное человеком разрушается, изменения в почве достигают огромных масштабов, реки меняют русла, происходят наводнения, крупные нарушения рельефа.
Землетрясения, в отличие от тектонических движений, очень быстро трансформируют земную поверхность. В результате землетрясения образуются отрицательные формы рельефа: впадины и трещины.
В горных районах происходят сдвиги огромных глыб горных пород, отрыв и падение огромных валунов.
Мощные землетрясения приносят сильные изменения рельефа и формируют новый ландшафт.
Среднее количество землетрясений, отмечаемых на Земле в течение года
Землетрясение
— подземные толчки, удары и колебания
земли, вызванные естественными процессами,
происходящими в земной коре.
Землетрясения
бывают тектонические, вулканические,
обвальные и в виде моретрясений. Они
обычно охватывают обширные территории.
Число толчков и промежутки времени
между ними могут быть самыми различными.
Ежегодно на планете происходит около
100 тыс. тектонических землетрясений, из
них люди ощущают около 10 тыс., а около
100 имеют катастрофический характер.
По
своему разрушающему действию землетрясения
схожи с действием ударной волны ядерного
взрыва. Очаг, т.е. участок под землей,
который является источником сейсмической
энергии землетрясения, называется
гипоцентром, а точка, расположенная над
ним на поверхности земли, — эпицентром
землетрясения, вокруг которого
располагается область, испытывающая
наибольшие толчки (колебания), называемая
эпицентральной. От эпицентра по твердому
телу Земли во все стороны расходятся
колебания, которые называются сейсмическими
волнами.
Характеристика землетрясений
1)
разрушение жилых зданий, производственных
сооружений, в том числе лечебно-профилактических
учреждений, под обломками которых
находятся и гибнут большое число людей,
получивших комбинированные травмы;
2)
разрушение и завалы населенных пунктов
и дорог в результате образования
многочисленных трещин земли, обвалов
и оползней;
3)
взрывы и массовые пожары, возникающие
в результате замыкания в энергетических
сетях и производственных аварий;
4)
затопление населенных пунктов в
результате образования многочисленных
подпруд и завалов на реках;
5)
потеря контроля над источниками
ионизирующего излучения АОХВ и др.;
6)
психологическое воздействие на людей,
приводящее к тяжелым психическим
травмам, иногда со смертельными исходами.
В ходе ликвидации
последствий землетрясения в обязательном
порядке должны быть выполнены следующие
работы:
• извлечение людей из-под завалов,
полуразрушенных и охваченных пожарами
зданий;
•локализация
и устранение аварий на коммунально-энергетических
и технологических линиях, последствия
которых угрожают жизни людей;
•обрушение или
укрепление конструкций зданий, находящихся
в аварийном состоянии и угрожающих
обвалом;
• организация
водоснабжения и питания населения в
зоне землетрясения;
• оказание
медицинской помощи пораженным.
Важно знать, какое
количество людей необходимо отыскать
в каждом районе, квартале, доме.
В
районах землетрясения важное значение
приобретает профилактика массовых
психических реакций и паники.
Соседние файлы в папке Лекции МПЗ
Как уже было
сказано, такие опасные природные
явления, как землетрясения, характерны
только для сейсмоопасных районов,
которых в современной России меньше,
чем было в границах СССР. Однако,
даже за короткий срок существования
независимой России произошло уже
два разрушительных землетрясения (на
Сахалине и на Курилах), которые
принесли многочисленные жертвы,
значительные разрушения и большой
материальный ущерб.
Землетрясения —
это подземные толчки и колебания
земной поверхности, возникающие в
результате внезапных смещений и
разрывов в земной коре или верхней
части мантии и передающихся на большие
расстояния в виде упругих колебаний.
В зависимости от механизма, изменяющего
состояние земной коры и приводящего
к возникновению подземных толчков,
землетрясения подразделяются на
вулканические, обвальные, наведенные
и тектонические.
Наиболее сильными
и разрушительными являются тектонические
землетрясения, которые происходят
на границах тектонических плит, на
которые разбита земная кора.
Фиг. 1. Движение плит. Фиг. 2.Зацепление
плит. Фиг. 3. Высвобождение энергии
Рисунок 1.1 Механизм
возникновения тектонического
землетрясения
Две тектонические
плиты имеют общую границу, по которой
происходит скольжение одной плиты
относительно другой со скоростями
до нескольких сантиметров в год. В
каком-то месте происходит зацепление
плит и начинается накопление
потенциальной энергии в этом месте.
Плиты же, как большие пространственные
объекты, продолжают свое движение,
несколько замедленное на границе. В
момент, когда накопленная энергия
достигает предела, при котором
происходит разрушение зацепления,
плиты скачком меняют свое положение,
а часть энергии, оставшаяся от
разрушительной работы, распространяется
в земной коре в виде сейсмической
волны.
Сейсмическая
волна, достигшая земной поверхности,
вызывает ее колебания, что и является
причиной многих опасностей, связанных
с землетрясениями. Если бы место
накопления энергии было точечным, то
сейсмическая волна распространялась
бы в земной коре в виде сферы. В
действительности зона зацепления
имеет протяженность вдоль границы
плит и поэтому высвободившаяся энергия
распространяется в виде эллипсоида,
как показано на рисунке 1.2 , а на
поверхности земли линии одинаковой
амплитуды колебаний ( изосейсты) будут
образовывать не концентрические
окружности, а эллипсы.
Важной характеристикой
землетрясения является глубина места,
где происходит накопление энергии
и затем возникает подземный удар,
т.е. глубина очага землетрясения ( h ).
В различных сейсмических районах
глубина очага землетрясения может
колебаться от нескольких до 700 км ,
т.е. находиться в коре, либо в верхней
мантии.
Точка в глубине
Земли, условный центр очага, называется
гипоцентром землетрясения, а ее
проекция на поверхность Земли -эпицентром.
Одним из основных
параметров, характеризующих силу
землетрясения, является интенсивность
(амплитуда) колебания грунта на
поверхности Земли.Однако амплитуда
колебаний характеризует интенсивность
землетрясения только в конкретной
точке, т.к. она меняется в зависимости
от расстояния до эпицентра.
h глубина
очага
на поверхности
Земли
Рисунок 1.2 Характеристики
землетрясения
Однозначной
характеристикой землетрясения в целом
является магнитуда как мера
общего количества энергии, излучаемой
при сейсмическом толчке в форме
упругих волн. Однако, в отличие от
интенсивности колебаний грунта,
магнитуду нельзя измерить приборами,
а возможно только вычислить по
измеренным параметрам.
Как уже было сказано, такие опасные
природные явления, как землетрясения,
характерны только для сейсмоопасных
районов, которых в современной России
меньше, чем было в границах СССР.
Однако, даже за короткий срок
существования независимой России
произошло уже два разрушительных
землетрясения (на Сахалине и на
Курилах), которые принесли многочисленные
жертвы, значительные разрушения и
большой материальный ущерб.
Землетрясения — это
подземные толчки и колебания земной
поверхности, возникающие в результате
внезапных смещений и разрывов в
земной коре или верхней части мантии
и передающихся на большие расстояния
в виде упругих колебаний. В
зависимости от механизма, изменяющего
состояние земной коры и приводящего
к возникновению подземных толчков,
землетрясения подразделяютсянавулканические, обвальные, наведенные
и тектонические.
Механизм тектонических землетрясений
Наиболее сильными и разрушительными
являются тектонические
землетрясения, которые
происходят на границах тектонических
плит, на которые разбита земная кора.
Фиг. 1. Движение
плит. Фиг. 2.Зацепление плит. Фиг. 3.
Высвобождение энергии
Рис. 1. Механизм
возникновения тектонического
землетрясения
Две тектонические плиты имеют общую
границу, по которой происходит
скольжение одной плиты относительно
другой со скоростями до нескольких
сантиметров в год. В каком-то месте
происходит зацепление плит и начинается
накопление потенциальной энергиив этом месте. Плиты же, как большие
пространственные объекты, продолжают
свое движение, несколько замедленное
на границе. В момент, когда накопленная
энергия достигает предела, при котором
происходит разрушение зацепления,
плиты скачком меняют свое положение,
а часть энергии, оставшаяся от
разрушительной работы, распространяется
в земной коре в видесейсмической
волны.
Основные характеристики землетрясений
Сейсмическая волна, достигшая земной
поверхности, вызывает ее колебания,
что и является причиной многих
опасностей, связанных с землетрясениями.
Если бы место накопления энергии
было точечным, то сейсмическая волна
распространялась бы в земной коре
в виде сферы. В действительности зона
зацепления имеет протяженность вдоль
границы плит и поэтому высвободившаяся
энергия распространяется в виде
эллипсоида, как показано на рисунке
2 , ана поверхности земли линии
одинаковойамплитуды колебаний(изосейсты)будут образовыватьне концентрические окружности, аэллипсы.
h глубина очага
Рис. 2. Характеристики
землетрясения
Важной характеристикой землетрясения
является глубина места, где происходит
накопление энергии и затем возникает
подземный удар, т.е. глубина очага
землетрясения ( h ).В различных
сейсмических районах глубина очага
землетрясения может колебаться от
нескольких до 700 км , т.е. находиться
в коре, либо в верхней мантии.
Точка в глубине Земли, условный центр
очага, называется гипоцентром
землетрясения, а ее проекция на
поверхность Земли -эпицентром.
Одним из основных параметров,
характеризующих силу землетрясения,
является интенсивность
(амплитуда) колебания грунта на
поверхности Земли.Однако амплитуда колебаний характеризует
интенсивность землетрясения только
в конкретной точке, т.к. она меняется
в зависимости от расстояния до
эпицентра.
Однозначной характеристикой землетрясения
в целом является магнитуда
как мера общего количества энергии,
излучаемой при сейсмическом толчке
в форме упругих волн. Однако, в отличие
от интенсивности колебаний грунта,
магнитуду нельзя измерить приборами,
а возможно только вычислить по
измеренным параметрам.
