Сейсмическая шкала землетрясений

Примерное время чтения: 6 минут

Существуют две величины, характеризующие силу землетрясения, — магнитуда и интенсивность. Интенсивность землетрясения — это величина внешних проявлений подземных толчков, которая измеряется баллами и показывает ущерб, нанесённый данной местности. В разных странах используются различные «шкалы интенсивности», в России это 12-балльная шкала Медведева – Шпонхойера – Карника, в США — шкала Меркалли. В странах Европейского союза с 1996 года применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS).

Сейсмическая шкала в России

1 балл — колебания ощущаются исключительно приборами. Человек колебаний не ощущает.

2 балла — колебания могут почувствовать только люди, что находятся в спокойном, неподвижном состоянии.

3 балла — колебания ощущаются только внутри некоторых зданий.

4 балла — колебания чувствует большинство людей. В зданиях могут дребезжать стёкла, посуда.

5 баллов — колебания могут разбудить спящего человека. В помещениях нетрудно заметить раскачивание висячих предметов (например, ламп или люстр), колебания мебели. Появляются трещины в штукатурке. На улице качаются тонкие ветки деревьев.

6 баллов — ощущаются колебания всеми людьми, со стен падают картины, отдельные куски штукатурки отваливаются.

7 баллов — неизбежны трещины в штукатурке и в стенах кирпичных зданий. В некоторых зданиях возникает угроза частичных обрушений.

8 баллов — существенные конструктивные повреждения зданий: крупные трещины в стенах, обрушение балконов, карнизов и дымовых труб. Появляются трещины на крутых склонах и на почве.

9 баллов — в некоторых зданиях возникают обвалы, обрушение перекрытий и стен.

10 баллов — большинство зданий находятся под угрозой обрушения. На поверхности земли возникают трещины шириной до 1 метра.

11 баллов — полномасштабное обрушение всех построек и конструкций, крупные обвалы в горах, большое количество крупных трещин на поверхности земли. Наблюдается разрушение мостов.

12 баллов — изменение рельефа местности вплоть до неузнаваемости. Катастрофические последствия землетрясений — обвалы, оползни, изменение рельефа.

Сейсмическая шкала в Европе

1 балл — колебания не отмечаются, ощущаются исключительно приборами.

2 балла — колебания могут почувствовать только люди и животные на верхних этажах зданий в состоянии покоя.

3 балла — колебания в виде раскачиваний и лёгкого дрожания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома.

4 балла — лёгкое дребезжание посуды и стёкол внутри зданий.

5 баллов — лёгкие колебания по всей поверхности внутри зданий. Подвешенные предметы качаются от сильных вибраций. Объекты с высоко расположенным центром тяжести падают. Двери и окна раскрываются и закрываются.

6 баллов — падают небольшие предметы, тонкие трещины в штукатурке.

7 баллов — большинство предметов падает с полок, многие здания умеренно повреждены, неизбежны трещины в штукатурке, часть дымовых труб обрушивается.

8 баллов — перевёрнутая мебель, большинству зданий нанесён значительный ущерб. Большие трещины в стенах. Некоторые здания могут быть полностью разрушены.

9 баллов — памятники и колонны падают. Некоторые здания обрушены полностью.

10 баллов — большинство зданий полностью разрушены.

11 баллов — практически все здания полностью разрушены.

12 баллов — практически все здания наземные и подземные сильно повреждены или разрушены.

Сейсмическая шкала в США

1 балл — колебания не ощущаются людьми.

2 балла — колебания ощущают люди в спокойной обстановке на верхних этажах зданий.

3 балла — колебания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома, в помещениях качаются висящие предметы.

4 балла — звенят оконные стёкла, посуда, скрипят двери.

5 баллов — колебания ощущаются на улице, выплёскивается жидкость из посуды.

6 баллов — трескается штукатурка и кирпичная кладка, сдвигается и переворачивается мебель, лопаются оконные стёкла.

7 баллов — трудно стоять на ногах, осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка, на поверхности водоёмов появляются волны.

8 баллов — падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники, обламываются ветки деревьев, в грунте образовываются трещины.

9 баллов — лопаются каркасы строений и подземные трубы, образуются серьёзные трещины в грунте и песчаные воронки.

10 баллов — рушится кирпичная кладка и мосты, возникают мощные оползни.

11 баллов — деформация железнодорожных путей, выходят из строя подземные трубопроводы.

12 баллов — полное разрушение зданий, нарушение линии горизонта, взлетают в воздух отдельные предметы.

Как измеряется магнитуда землетрясений?

Магнитуда — условная величина, характеризующая общую энергию колебаний, вызванных землетрясением. Она определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч. Ф. Рихтера, предложившего её в 1935 году). С увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4.

Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5):

Крупнейшими известными землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6.

Примерное время чтения: 2 минуты

Ежегодно приборами регистрируется более миллиона землетрясений. Большинство подземных толчков людьми практически не ощущается, их фиксируют только специальные приборы.

Для измерения силы землетрясения используются две шкалы: одна для измерения интенсивности и другая для измерения магнитуды — энергетической характеристики землетрясения. Магнитуда определяется с помощью прибора, называемого сейсмографом. Его показания указывают на количество энергии, которая выделилась в очаге землетрясения. Для классификации землетрясений по магнитудам используется шкала Рихтера. Согласно этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождение сейсмической энергии.

Мощное землетрясение в Турции и Сирии

При оценке землетрясения также учитывают степень воздействия толчков на людей. Для этого используется такая величина, как интенсивность землетрясения. В отличие от шкалы магнитуд она измеряется в баллах от 1 до 12 на основании внешних проявлений (воздействие подземного толчка на людей, предметы, строения, природные объекты). В России и в некоторых европейских странах используется 12-балльная международная шкала интенсивности землетрясений (MSK-64), получившая название по первым буквам ее авторов (Медведев — Шионхойер — Карник).

Соотношение между интенсивностью и магнитудой зависит от расстояния между очагом и точкой регистрации на поверхности земли. Так, например, если сильное землетрясение происходит вдали от мест обитания людей и не приводит к существенным разрушениям, то магнитуда такого землетрясения будет большая, а интенсивность — минимальная. И наоборот, если слабое землетрясение, произошло близко к земной поверхности, недалеко от населенного пункта и привело к повреждениям зданий, то в этом случае магнитуда будет относительно маленькой, а интенсивность — относительно большой.

В чем измеряют интенсивность землетрясений, смотрите в инфографике aif.ru.

Нажмите для увеличения

В 1930-х годах американский сейсмолог Чарльз Рихтер предложил знаменитую шкалу Рихтера — теоретический концепт мощности землетрясений. Он разработал теорию для того, чтобы измерять размеры землетрясений в южной части Калифорнии при помощи сейсмографических станций. Однако по мере того, как аналогичные станции начали появляться по всему миру, специалисты обнаружили, что метод Рихтера подходит только для землетрясений определенных частот и дальностей.

Чтобы извлечь максимум пользы из растущего числа сейсмографических станций, научное сообщество разработало новую методологию, построенную на оригинальной шкале Рихтера. Она включает в себя измерения объемных и поверхностных сейсмических волн, которые соответствуют разным типам сигналов. Каждое землетрясение высвобождает специфический объем энергии, поэтому магнитуда может различаться в зависимости от данных сейсмографических станций. Средняя погрешность составляет 0,3 единицы.

Продолжение истории после рекламы

• От 1 до 3,5 — Едва ощутимые толчки, которые фиксируются сейсмографами, но почти не отражаются на людях. Можно почувствовать в тихих помещениях и на верхних этажах зданий.
• От 3,5 до 5,5 — Ощутимое землетрясение. Предметы внутри помещений и на улице раскачиваются, дребезжат стекла. Колебания могут разбудить спящих людей.
• От 5,5 до 6,0 — На зданиях появляются трещины.
• От 6,0 до 8,0 — Повреждения построек. По стенам и штукатурке могут поползти трещины, в том числе довольно большие. Падение тяжелых предметов в квартирах, обвал карнизов и дымовых труб.
• От 9,0 до 11 — Огромные разрушения. Обвалы зданий, широкие трещины в грунте, полное уничтожение старых построек.
• От 11 до 12 — Полное разрушение всех построек вне зависимости от возраста и кардинальные изменения в рельефе местности.

Разные страны используют разные системы измерений, от 7-балльных (шкала Японского метеорологического агентства) до 12-балльных (Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника).

Землетрясения и по сей день остаются самым непредсказуемым природным явлением на планете. Геологи до сих пор не нашли способа обнаруживать подземные толчки до того, как они произойдут, и сильные землетрясения нередко приводят к разрушительным последствиям. Вкратце разбираемся, как возникают землетрясения, какими они бывают и как их измеряют.

Причины землетрясений

Оболочка Земли состоит из четырех массивных слоев: внутреннее ядро, внешнее ядро, мантия и кора. Последняя лежит прямо поверх мантии и представляет собой аналог тонкой пленки, покрывающей поверхность нашей планеты. Однако эта пленка состоит из множества самостоятельных фрагментов, похожих на кусочки мозаики. Более того, эти кусочки медленно двигаются, проскальзывают мимо друг друга и периодически сталкиваются: мы называем их тектоническими плитами, а края плит — границами.

Границы плит состоят из множества разломов, и большинство землетрясений в мире происходят именно в них. Из-за того, края довольно грубые, во время движения плиты цепляются друг за друга, и в точках трения накапливается потенциальная энергия. Когда плиты наконец расцепляются, эта энергия высвобождается в виде сейсмических волн — и в результате возникает землетрясение.

Какие бывают землетрясения

• Тектонические — возникают из-за тектонических процессов в недрах земной коры.
• Вулканические — возникают из-за извержения вулканов.
• Обвальные — возникают в результате обрушения заброшенных горных рудников.
• Техногенные — возникают из-за вмешательства человека; например, мощного взрыва.
• Искусственные — возникают из-за мощного взрыва.
• Моретрясения — так называют тектонические или вулканические землетрясения, происходящие под водой или близ берега.

Как измеряют мощность землетрясений

Данные о землетрясениях фиксируются при помощи сейсмографов: специальных инструментов, состоящих из прочного основания, стоящего на земле, и тяжелого груза. Когда землетрясение набирает обороты, основание сейсмографа начинает трястись, тогда как груз остается неподвижным, т.к. пружина, к которой он прикреплен, поглощает все колебания. Таким образом, геологи записывают разницу в позиции между базой инструмента и грузом.

При помощи сейсмографа магнитуда землетрясений фиксируется по т.н. шкале Рихтера: люди часто путают магнитуду и интенсивность, но вторая выясняется гораздо позже — когда подземные толчки влияют на здания, людей или природные объекты. Шкала Рихтера оценивает магнитуды в единицах от 1 до 9,5, причем показатель редко выбирается во вторую половину диапазона. Сильнейшее землетрясение в истории человечества было зафиксировано в Чили в 1960 году: возникшие из-за него цунами привели к огромным разрушениям, в том числе и в других прибрежных странах.

Где чаще всего происходят землетрясения

Технически, землетрясение может произойти где угодно и когда угодно, но, как показывает история, чаще всего эти катаклизмы происходят в трех крупных географических зонах. Первая — Тихоокеанское вулканическое кольцо, которое иногда также называют «огненным кольцом». Он расположен вдоль границ множества океанских тектонических плит, где землетрясений часто случаются из-за провалов породы. Второй регион — Средиземноморский складчатый пояс, затрагивающий северо-запад Африки и Евразию. Третий — Срединно-Атлантический хребет, разделяющий северную Америку и Евразию.

На территории РФ же большинство землетрясений фиксируется на Камчатке и Курильских островах из-за их близости к «огненному кольцу». Так, в 1952 году цунами, вызванное землетрясением в Тихом океане, разрушило прибрежный камчатский город Северо-Курильск: эта трагедия унесла жизни почти 2 500 человек.

Меры безопасности при землетрясении

Американский филиал фонда «Красный Крест» опубликовал следующие рекомендации по безопасности во время землетрясения.

• Не пытайтесь выйти из дома, пока толчки не прекратятся. Если вы все же должны покинуть помещение, не используйте лифты — спускайтесь по лестнице.
• Если землетрясение застало вас в постели, свернитесь калачиком, держитесь за что-нибудь покрепче и защитите голову руками.
• Если землетрясение застало вас не в постели, найдите ближайший крепкий предмет мебели и спрячьтесь под ним, защитив голову руками. Не стойте в дверном проеме — они не более надежны, чем любой другой элемент помещения.
• Не пугайтесь пожарных тревог и систем пожаротушения: они часто срабатывают во время землетрясений, даже если в здании нет пожара.
• Если землетрясение застало вас вне помещения, отойдите как можно дальше от зданий, линий электропередач, деревьев и фонарей. Найдите безопасное место и оставайтесь на земле, пока толчки не прекратятся.
• Если землетрясение застало вас в транспортном средстве, немедленно остановитесь на обочине. Избегайте мостов, дорожных эстакад и линий электропередач. Пристегнитесь и не выходите из машины, пока толчки не прекратятся. Если вы находитесь в горной местности или неподалеку от ущелий, остерегайтесь падающих камней и схода селей.

Люди осматривают руины после цунами, которое возникло в результате подводного землетрясения.

Последствия землетрясения в Японии — произошёл разлом дороги.

Землетрясе́ния — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Введение

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли. Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки — уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

• Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
• Архимедовой силы, действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии;
• Лунно-солнечных приливов;
• Изменяющегося атмосферного давления.

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения — афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения — форшоки — могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией.

Сейсмические волны и их измерение

Скольжению пород вдоль разлома вначале 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 8 км/с.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

• Волны сжатия, или продольные сейсмические 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. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). 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, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).

Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

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.

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. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США — Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе — Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Шиндо (Shindo).

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная 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-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Происходящее при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других — земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

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).

Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения — разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.

В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность — увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

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

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве. Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в 2006 году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

О прогнозе землетрясений

• 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 остается неизвестной. Дело в том, что все модели сейсмичности, воспроизводящие график повторяемости землетрясений, содержат тот или иной генератор стохастичности, 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 пройдет 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 расчета вероятности того, что сильное землетрясение произойдет.

.
.

шкала для оценки интенсивности колебаний на поверхности Земли при землетрясениях. Существует большое количество С. ш., в которых интенсивность колебания оценивается по степени повреждений зданий, масштабу и формам проявления остаточных деформаций в грунте и другим показателям внешнего эффекта землетрясений.

В СССР используется 12-балльная шкала (ГОСТ 6249—52), в которой для определения балла землетрясения, в дополнение к перечисленным показателям, учитываются показания маятника сейсмометра СБМ; используется также шкала MSK-64 (см. в ст. Землетрясения), уточняющая способы определения интенсивности. С 1973 ведутся работы по составлению новой С. ш., в которой интенсивность землетрясений оценивается не только по результатам визуальных наблюдений, но и по показаниям приборов (сейсмографов, акселерографов и др.), фиксирующих основные элементы колебательного процесса (смещения, скорость, ускорение), которые приобретают частицы грунта в момент землетрясения. Так, баллу 9 отвечает скорость ẋ колебаний частиц грунта порядка 24,1—48,0 мм/сек, ускорение χ̅ — 241—480 см/сек2 (для более низких баллов значения ẋ и χ̅ соответственно ниже). Наряду с оценкой интенсивности колебаний на поверхности Земли в баллах применяется классификация землетрясений по магнитуде — условной величине, пропорциональной логарифму энергии, излучаемой очагом землетрясения (так, интенсивность Ашхабадского землетрясения 1948 оценивается в 10 баллов, а его магнитуда была равна 7,0; для Ташкентского землетрясения 1966 интенсивность равна 8 баллам, а магнитуда 5,3). Связь между магнитудой (М), интенсивностью (Jo) и глубиной очага (h) землетрясения выражается соотношением вида: Jo = вМ — νlgh + С, где коэффициенты в, ν и С определяются эмпирически и несколько меняются от района к району.

В некоторых странах используются др. С. ш., например в Японии — 7-балльная. С. ш. применяются для изучения внешнего эффекта землетрясений, составления карт изосейст, при сейсмическом районировании и микрорайонировании территории.

Лит.: Шебалин Н. В., Соотношение между балльностью и интенсивностью землетрясений в зависимости от глубины очага. «Бюлл. Совета по сейсмологии», 1957, № 6; Горшков Г. П., Шенкарёва Г. А., О корреляции сейсмических шкал, «Тр. института физики Земли», 1958, № 1 (168); Назаров А. Г., Дарбинян С. С., Основы количественного определения и интенсивности сильных землетрясений, Ер., 1974.

Г. П. Горшков.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.

Магниту́да землетрясе́ния — величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды была предложена Рихтером в 1935, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.

Распространённые заблуждения

• Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2—3 балла.
• Магнитуда — безразмерная величина, она не измеряется в баллах.
• Правильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6.0», «землетрясение силой в 5 магнитуд по шкале Рихтера»
• Неправильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6 баллов», «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

Шкала Рихтера

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ML = lgA + f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна A3 / 2, то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время, как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:

Магнитуда объёмных волн

mb = lg(A / T) + Q(D,h)

где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.

Магнитуда поверхностных волн

Ms = lg(A / T) + 1,66lgD + 3,30

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при

Сейсмический момент и шкала Канамори

В 1977 Канамори предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.

Сейсмический момент землетрясения определяется как

• μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
• A — площадь, на которой замечены геологические разломы;
• u — среднее смещение вдоль разломов.

Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па × м² × м = Н × м.

Магнитуда по Канамори определяется как

, где M0 — сейсмический момент, выраженный в Н × м.

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при 3 < M < 7 и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

Энергия землетрясения

В каком-то смысле различные способы измерения магнитуды землетрясений являются приближениями к «идеальной» энергетической шкале:

где E — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью 1 мегатонна, эквивалентна землетрясению с магнитудой около 6,0. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

Частота землетрясений разной магнитуды

За год на Земле происходит примерно

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5. Считается, что землетрясения на Земле не могут иметь магнитуду существенно выше 9,5, поскольку горные породы не могут накопить больше энергии без разрушения. Сейсмические события с большей энергией могут быть вызваны ударом метеорита.

Ссылки

Каждый год научные приборы регистрируют миллионы подземных толчков, которые возникают из-за движения литосферных плит, активности вулканов и деятельности людей. В предыдущей статье мы уже разобрались в причинах землетрясений и узнали что такое афтершок. Однако, это далеко не все, что интересного можно рассказать об этом явлении. Знаете ли вы, как работает шкала Рихтера, по которой специалисты по сейсмологи оценивают мощность землетрясений? Или можете ли вы с ходу назвать место на Земле, где почти не фиксируются мощные подземные толчки? В рамках этой статьи мы предлагаем восполнить пробелы в знаниях — уверены, что в ближайшие минуты вы узнаете что-то новое.

Ученые постоянно изучают землетрясения и могут рассказать о них много интересного

Как работает шкала Рихтера

Для оценки мощности землетрясений используется шкала Рихтера. Она была создана в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером и используется по сей день. Величина, которой характеризуют силу подземных толчков — это магнитуда.

Американский сейсмолог Чарльз Фрэнсис Рихтер

Шкала Рихтера состоит из условных единиц от 1 до 9,5. Это логарифмическая шкала, а значит каждая дополнительная единица означает увеличение силы землетрясения в 10 раз. Допустим, в новостях сказали, что в какой-то части Земли произошел толчок магнитудой 4. В феврале 2023 года в Турции произошло землетрясение магнитудой 7,7 — это значит, что оно было в 5000 раз мощнее по амплитуде и в 350 000 раз сильнее по выбросу энергии.

Землетрясение магнитудой 1 никто не заметит, но уже после 5 начинаются разрушения

Некоторые люди путают шкалу Рихтера со шкалой интенсивности землетрясения в баллах. Важно понимать, что Чарльз Рихтер создал шкалу для определения магнитуд, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом — наибольшее значение в этой шкале равно 9,5. Шкала интенсивности землетрясения в баллах же основана на тяжести последствий подземного толчка вроде наличия разрушенных зданий и состоит из 7 или 12 делений в зависимости от страны.

Шкала интенсивности землетрясения в России состоит из 12 баллов и называется шкалой Медведева — Шпонхойера — Карника

Исходя из этого, правильно говорить «Произошло землетрясение магнитудой 7,7». Вариант «произошло землетрясение магнитудой 7,7 баллов» неправильный.

Землетрясения вызывают цунами

Самая высокая волна цунами была зафиксирована в 1958 году на Аляске — она возвысилась на 500 метров, разогналась до 160 километров в час и унесла жизни пяти человек. Об этом у нас есть отдельная статья.

Залив Литуйя (Аляска) после землетрясения и цунами в 1958 году

Если говорить о самом смертоносном цунами, то оно возникло после землетрясения в Индийском океане в 2004 году. Высота волн превышала 15 метров — они достигли берегов Индонезии, Шри-Ланки, юга Индии, Таиланда и других стран. Оно унесло жизни около 300 тысяч людей.

В 2004 году цунами добралось до Таиланда

Землетрясения происходят до извержения вулканов

Если землетрясение произошло поблизости какого-либо вулкана, то он скоро может начать извергаться. Дело в том, что подземные толчки возникают не только во время столкновения тектонических плит — иногда они вызваны процессами, протекающими внутри вулканов. Отличить вулканическое землетрясение от тектонического можно по глубине очага — в первому случае толчок фиксируется на небольшой глубине около 2,4 километров, а во втором гораздо глубже. Фиксирование подземных толчков является одним из способов прогнозирования извержений вулканов, о которых мы рассказывали в этом материале.

Извержение вулкана Ньирагонго (Конго)

Вам будет интересно: Странные землетрясения в США могут быть предвестниками извержения вулкана

Предсказать землетрясение невозможно

Несмотря на все старания сейсмологов, на сегодняшний день не существует способа предсказать землетрясение с точностью до дня и даже месяца. Однако, есть системы, которые способны предотвращать ложные тревоги.

Например, в США была разработана система предупреждения о землетрясениях ShakeAlert. Она работает с 2021 года и оценивает риск подземных толчков в штатах Калифорния, Орегон и Вашингтон — в будущем ее хотят начать использовать и в других сейсмически активных районах. Как и многие другие подобные системы, она фиксирует слабые толчки и предупреждает о том, что в ближайшее время могут возникнуть сильные. В это время люди имеют возможность выбежать в безопасные места, лечь прикрыв голову и так далее.

Система ShakeAlert предупреждает людей о землетрясениях

Предсказать землетрясение можно, наблюдая за животными. Специалисты уже давно заметили, что перед сильными подземными толчками муравьи покидают свои жилища, жабы покидают пруды, а птицы сбиваются в кучи или кидаются в воду. Подробности вы можете почитать тут.

Ужасное землетрясение в Турции было предсказано нидерландским сейсмологом Фрэнком Хугербитсом 3 февраля, за три дня до катастрофы. В своих соцсетях он опубликовал информацию о том, что одновременно в Турции, Сирии, Иордании и Ливане произойдет землетрясение магнитудой 7,5. Информацию о том, как он это сделал, найти не удалось.

Самое сильное землетрясение в истории

Самое разрушительное землетрясение в истории человечества произошло в 1556 году, на территории китайской провинции Шэньси. Считается, что эпицентр этой катастрофы находился в долине реки Вэйхэ — разрушения распространились на 500 километров от центра. В результате этой катастрофы на земле образовались глубокие трещины, дома были разрушены, погибло приблизительно 830 тысяч человек.

Распространение волн во время землетрясения Шэньси в 1556 году

Большое количество жертв во время китайского землетрясения объясняется тем, что Китай всегда был очень плотно заселен. Вдобавок к этому, в давние времена жители пострадавших территорий обустраивали дома прямо в склонах холмов. Наконец, землетрясение началось в 5 утра, когда почти все люди находились дома.

В Австралии меньше всего землетрясений

Одно из немногих мест, где почти не происходят землетрясения — это Австралия. Дело в том, что она располагается посередине Австралийской литосферной плиты, вдали от ее границ.

Австралия находится посередине собственной литосферной плиты

Однако, иногда подземные толчки регистрируются и там. В 2021 году землетрясение произошло в австралийском штате Виктория — оно было магнитудой 5,9 и привело к гибели одного человека. Причиной подземного толчка стало движение в Разломе Губернатора, который находится внутри тектонической плиты. Такие землетрясения очень редки и называются внутриплитными.

Последствия австралийского землетрясения в 2021 году

Землетрясения происходят и в России

Как и во многих других частях мира, землетрясения в России происходят в местах стыков тектонических плит. Особенно сейсмически активными зонами считаются Кавказ, Поволжье, Алтай, Западная Сибирь, Восточная Сибирь и Камчатка. Сильные подземные толчки фиксируются 5-6 раз в столетие — они уносят много жизней и даже разрушают целые населенные пункты. Например, в 1995 году в поселке Нефтегорск (Сахалинская область) произошло землетрясение магнитудой 7,6, которое уничтожило поселение за 17 секунд. Из 3197 жителей поселка погибло 2040 человек.

Иногда землетрясения происходят даже в Москве и Санкт-Петербурге! О том, как такое возможно и насколько они разрушительны, вы можете узнать тут.

Нефтегорск после землетрясения

Стоит отметить, что в будущем в России могут начать образовываться торнадо — атмосферные вихри, которые обычно разрушают все на своем пути в американском штате Техас. Почему они могут появиться у нас, рассказывала моя коллега Любовь Соковикова — вот ссылка.

Утром 6 февраля на юге Турции произошло мощное землетрясение магнитудой 7,7. Также последствия подземного толчка ощутили на себе жители Сирии и ряда других соседних стран. Информация о количестве пострадавших постоянно обновляется и шокирует цифрами — по данным за 7 февраля, число раненых в Турции составляет более 15 тысяч человек, погибли почти 3 тысячи человек. В Сирии травмы получили около 1500 человек, а погибли примерно 700 мужчин, женщин и детей. Важно отметить, что когда речь идет о землетрясении, имеется в виду не только один подземный толчок — после первого землетрясения обычно происходит второе, третье и так далее. Более того, подземные толчки могут наблюдаться на протяжении нескольких лет. В рамках данной статьи предлагаем узнать, из-за чего происходят землетрясения и почему они не ограничиваются одним подземным толчком.

Последствия землетрясения в Турции, 2023 год

Интересный факт: иногда землетрясения происходили даже в Москве и Санкт-Петербурге, хотя они не находятся на сейсмически активной территории. Об этом необычном явлении у нас есть отдельный материал, вот ссылка. Об этом нужно знать всем!

• Внутреннее строение Земли
• Почему происходят землетрясения
• Что такое афтершок
• Почему в Японии много землетрясений
• Причина землетрясения в Турции

Внутреннее строение Земли

Перед тем, как говорить о причинах землетрясений, нужно разобраться в строении Земли. Наша планета состоит из трех основных слоев: коры, мантии и ядра. Кора является самым верхним слоем и состоит из относительно целостных блоков — литосферных плит. На данный момент ученым известно о существовании восьми крупных, десятках средних и огромном количестве маленьких плит.

Самые крупные литосферные плиты это Американская, Африканская, Антарктическая, Индо-Австралийская, Евразийская, Тихоокеанская и Амурская. Россия располагается на четырех плитах: большая часть страны лежит на Евразийской плите, территория Чукотки расположена на Северо-Американской плите, Побережье Магаданской области и Камчатки находятся на Охотоморской плите, а южные территории Сибири располагаются на Амурской литосферной плите.

Самые большие литосферные плиты и их движение

Литосферные плиты находятся в постоянном движении, потому что буквально плавают в пластичном слое верхней мантии — астеносфере. Это происходит очень медленно, потому что астеносфера хоть и способна течь как жидкость, но обладает крайне низкой вязкостью, а литосферные плиты тяжелые. По расчетам ученых, тектонические плиты движутся относительно друг друга со скоростью до 10 метров в год.

Изображение движения литосферных плит

Твердая оболочка Земли, на которой находятся упомянутые выше плиты, называется литосферой. Научное представление о строении и движении литосферы называется тектоникой плит. Поэтому иногда литосферные плиты называются тектоническими — это одно и то же.

Почему происходят землетрясения

В основном землетрясения происходят из-за движения литосферных плит. Но есть и несколько других причин — иногда землетрясения происходят из-за вулканов и деятельности людей.

Движение литосферных плит редко проходят незаметно. Когда они трутся или вообще проходят над или под друг другом, на поверхности земли все начинает трястись — это и есть землетрясение. Зачастую подземные толчки оказываются небольшими и толчки вызывают вибрации, которые можно зафиксировать при помощи специального устройства (сейсмометра). Иногда между тектоническими плитами накапливается напряжение, которое в определенный момент резко высвобождается — в таком случае происходят катастрофические землетрясения с огромным количеством разрушенных сооружений и человеческих жертв.

Схематическое изображение землетрясения

Место, где происходит смещение горных пород, называется очагом землетрясения. Чаще всего это место находится на глубине до 10 километров, но бывает и такое, что горные породы смещаются на глубине 700 километров. Если от очага землетрясения провести перпендикулярную линию, она покажет на эпицентр землетрясения. В этой точке наблюдается больше всего разрушений, потому что на нее сильнее действуют сейсмические волны. Мощность землетрясения оценивается в магнитудах по шкале Рихтера от 1 (небольшое землетрясение) до 9,5 (катастрофическое землетрясение).

Очаг и эпицентр землетрясения

Обязательно почитайте наш материал про 10 самых разрушительных землетрясений в истории человечества. Вот ссылка.

На границах литосферных плит располагается множество вулканов — в этих местах находящаяся внутри планеты магма может выходить на поверхность. Внутри вулканов происходит множество процессов, включая выделение газов и других веществ. В итоге, в глубинах планеты иногда возрастает напряжение, которое тоже способно привести к землетрясению. Считается, что подземные толчки являются предвестниками извержений вулканов.

Причиной землетрясений также могут быть процессы, происходящие внутри вулканов

Землетрясения могут происходить во время строительства и другой деятельности человека

К тому же, иногда землетрясения могут быть вызваны падением астероидов. Недавно ученые выяснили, что зафиксированное в 2021 году землетрясение на Марсе было вызвано столкновением с космическим объектом.

Что такое афтершок

Землетрясения редко ограничиваются одним подземным толчком — после нее часто происходят повторные. Они называются афтершоками и обычно их сила с каждым разом уменьшается. Повторные толчки могут фиксироваться как на протяжении пары дней после первого землетрясения, так и продолжаться недели и даже годы.

Афтершоки могут наблюдаться на протяжении нескольких лет после землетрясения

Афтершоки происходят потому, что накопившееся между литосферными напряжение при первом землетрясении сбрасывается не полностью. Плотность пород в очаге снижается, в результате чего возникают новые условия для сброса оставшейся энергии. Чем мощнее было первое землетрясение, тем сильнее ощущаются афтершоки и на протяжении большего времени. Например, ученые замечали, что после землетрясений магнитудой 7 афтершоки длятся около года, но такое происходит не всегда.

Интересный факт: предсказать землетрясение можно по поведению животных. О том, как они ведут себя перед катастрофой, мы рассказывали в этом материале.