Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений Землетрясения

Примерное время чтения: 6 минут

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

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).

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Примерное время чтения: 2 минуты

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

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

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

Примерное время чтения: 1 минута

В Агентстве по защите населения и территории Кузбасса разъяснили, чем отличается магнитуда от интенсивности землетрясения.

Магнитуда — это энергия, выделившаяся при землетрясении в виде сейсмических волн. Она измеряется не в баллах, а в единицах. Разные сейсмостанции выдали разную магнитуду землетрясения, произошедшего в Кемеровской области 13 августа, — от 5,1 до 5,4.

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Интенсивность — это качественная характеристика, указывающая на характер и масштаб воздеи‌ствия сейсмособытия  на людеи‌ и сооружения. Интенсивность оценивается в баллах, причём в числах без дробеи‌. Сегодня сейсмологи используют современную шкалу Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64). Ей, в частности, пользуются специалисты Алтае-Саянский филиал единой геофизической службы РАН.

Интенсивность проявления землетрясения в конкретном районе на поверхности зависит от магнитуды землетрясения, глубины гипоцентра, типа горных пород и расстояния до очага. Чем дальше от эпицентра, тем слабее ощущается волна. Землетрясение 13 августа в Новокузнецке ощущалось как 4-балльное. Для многоэтажной застройки разрушительными считаются землетрясения от 5-6 баллов. При 7-8 баллах разрушения уже значительные, идёт изменение рельефа: провалы и вспучивание.

Сейсмособытие 13 августа произошло между несколькими угольными предприятиями, ведущими взрывные работы. То есть при производимых взрывных работах в земной коре накопилась энергия, которая высвободилась в результате природного землетрясения. По мощности (магнитуде) предыдущее подобное землетрясение было зарегистрировано в Кузбассе в районе Белова в 2013 году. Но оно было ближе к жилой застройке, потому оказалось более ощутимым: магнитуда 5,6, интенсивность 9 баллов.

Шкала Рихтера — классификация землетрясений по магнитудам, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкала была предложена в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером (1900‑1985), теоретически обоснована совместно с американским сейсмологом Бено Гутенбергом в 1941‑1945 годах, получила повсеместное распространение во всем мире.

Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении. Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.В шкале использован логарифмический масштаб, так что каждое целое значение в масштабе указывает на землетрясение, в десять раз большее по мощности, чем предыдущее.

Землетрясение с магнитудой 6,0 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. Магнитуда землетрясения и его полная энергия — не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения, измеренных сейсмографом, и некоторого стандартного землетрясения.Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом: 2,0 — самые слабые ощущаемые толчки; 4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям; 6,0 — умеренные разрушения; 8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.

При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.

Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила 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.

Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.

Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

В интервью Forbes Life доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией сильных землетрясений и сейсмометрии Института физики земли РАН Рубен Татевосян рассказал о том, почему так сложно предугадать землетрясения и как правильная оценка сейсмической опасности может помочь предотвратить разрушения и человеческие жертвы в сейсмоактивных регионах. А также о том, что дают для науки такие масштабные катаклизмы, как землетрясения в Турции и Сирии, произошедшие 6 февраля

Рубен Татевосян — главный научный сотрудник и заместитель директора по вопросам инженерной сейсмологии и оценке сейсмической опасности в Институте физики земли РАН. Его лаборатория проводит работы по оценке сейсмической опасности, составляет каталоги землетрясений, определяет зоны очагов и оценивает параметры землетрясений, измеряет сейсмическое воздействие для проектирования строительства (в том числе АЭС) и обеспечивает прохождение экспертизы в МАГАТЭ и Ростехнадзоре.

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Рубен Татевосян (Фото РНФ)

— Сейсмологи говорят о том, что землетрясение в Турции будет иметь последствия: произошло и происходит перераспределение напряжения, та сейсмическая активность, которой не было в течение десятилетий и даже столетий, сейчас может возрасти?

— Перераспределение напряжений наблюдается после любого землетрясения, тем более такого мощного, с магнитудой 7,8 и с последующей интенсивной афтершоковой серией, которая продолжается до сих пор. Но все-таки все изменения в первую очередь касаются непосредственного окружения очаговой области землетрясения и системы Восточно-Анатолийских разломов, в которой это землетрясение произошло. Эти разломы и сопряженные с ними области — первые кандидаты на повышение сейсмической активности. Но важно понимать, что есть и обратные процессы. После сильного землетрясения происходит релаксация напряжений. Так что из перераспределения напряжений автоматически не следует повышение вероятности возникновения другого сильного землетрясения — тем более в иной сейсмотектонической обстановке в другом геодинамическом регионе, на большом удалении от происшедшего катастрофического землетрясения.

— Если где-то и можно ожидать следующие землетрясения, то где? Российские регионы могут сейчас проявить сейсмическую активность?

— На юге России располагаются сейсмоактивные регионы: на черноморском побережье, Кавказе, Крыме. В основном там отмечаются землетрясения умеренных магнитуд, но были и сильные события. Хотя не было ни одного, достаточно надежно документированного землетрясения с такой большой магнитудой, как февральское в Турции. Высокая сейсмическая активность юга России отражена на картах общего сейсмического районирования (ОСР). На них показана ожидаемая интенсивность сейсмических воздействий, их частота. Карты ОСР построены для территории всей Российской Федерации. Они составляются большим коллективом специалистов разных организаций, лидирующая роль принадлежит Институту физики земли РАН. Комплект карт ОСР — нормативный документ, проектирование и строительство должно вестись с учетом его требований для любой территории. Они не нарисованы «методом прищуренного глаза», а представляют собой результат исследования геологии, сейсмичности, тектоники района. Фактически это синтез всего, что известно о данной местности. И возникновение землетрясений в каком-нибудь сейсмоактивном регионе на юге России ни в коей мере автоматически не означает, что они возникли вследствие турецкого землетрясения. Хотя южные регионы находятся относительно недалеко, это другие, в общем, отдельные сейсмоактивные регионы, поэтому там землетрясение может случиться и «по своему хотению».

— Складывается впечатление, что за последние годы землетрясений стало больше. Меняется ли сейсмическая активность земли или же диагностика становится более точной?

— В сейсмической активности наблюдаются всплески и спады, целенаправленного движения в сторону ее повышения нет. Отдельные тенденции все равно в итоге выходят на средние долговременные величины. Вот в 1960-е годы сейсмоактивность была гораздо выше, чем сейчас. Тогда произошли совершенно колоссальные события в Чили, на Аляске — моментная магнитуда этих землетрясений была свыше 9 (1960 год — Великое чилийское землетрясение, сильнейшее в истории наблюдений на планете, моментная магнитуда — по разным оценкам от 9,3 до 9,5. 1964 год — Великое Аляскинское землетрясение — сильнейшее землетрясение в истории США. — Forbes Life). С тех пор мало какие землетрясения их превзошли по магнитуде, разве что землетрясение в 2004 году у берегов острова Суматра на севере Индонезии. Поэтому говорить о том, что мы действительно наблюдаем большой рост сейсмической активности нельзя. Если же отвлечься от сильных землетрясений, то, действительно, небольшие землетрясения происходят тысячами в год, но их в состоянии записать только сейсмические приборы, а люди не ощущают. Изменение числа слабых сейсмических событий не показательно — это может быть просто связано с тем, что улучшаются сейсмические сети, повышается возможность обнаружения, определения координат, магнитуды микроземлетрясений.

Кроме того, представьте себе, что землетрясение магнитудой 7,8, как в Турции, случилось сейчас где-нибудь в пределах Тихоокеанского кольца на необитаемых просторах. Кого бы оно волновало, кроме сейсмологов? Так что фактически общество реагирует не на сильное землетрясение, как таковое, а на его катастрофические последствия.

— Что самое сложное в прогнозировании землетрясений? Что именно можно предвидеть и за какие сроки? Место, магнитуду, время?

— У ученых нет удовлетворительной физической модели процесса подготовки землетрясения. Поэтому все, что мы пытаемся делать, сродни некоему угадыванию. К сожалению, нет устойчивых связей между землетрясением и теми или иными явлениями, которые иногда могут наблюдаться перед землетрясением (так называемые предвестники). Так, иногда были сообщения об аномальных электромагнитных явлениях, об изменении химического состава и уровня грунтовых вод. Эти явления страдают неустойчивостью. Иногда сильное землетрясение возникает, хотя никаких известных предвестников не наблюдалось, а иногда, наоборот, — предвестники наблюдаются, но за ними не следует сильного землетрясения. Основывать прогноз на такой зыбкой почве очень сложно. И надеяться, что в итоге получится прогноз (надежный, эффективный, достоверный, хотя бы как прогноз погоды), нереально.

Почему-то никого не занимает другой вопрос: оценка сейсмической опасности. Она отличается от прогноза землетрясения тем, что вас не интересует точное место, магнитуда и конкретный день, когда возникнет землетрясение. Представьте, что у вас есть некоторое сооружение, и вы хотите узнать, какие сейсмические воздействия оно может испытать, скажем, за время своей жизни. Конкретный момент времени, когда возникнут эти воздействия, не важен. Для этого вы рассматриваете все известные сейсмические источники в регионе, оцениваете максимальную ожидаемую магнитуду, ее повторяемость, характер затухания сейсмических воздействий от источника до вашего объекта и на основании всей этой совокупности данных оцениваете ожидаемые воздействия на объект. Таким образом,вы не пытаетесь угадать место, время и силу готовящегося землетрясения, а оцениваете ожидаемые воздействия на конкретный объект в течение некоторого длительного интервала времени. На этом основании могут быть разработаны проектные решения, которые обеспечат безопасность объекта. Но это уже область сейсмостойкого строительства. Необходимо помнить, убивает не землетрясение — убивают здания, которые рушатся и погребают под собой людей.

— Что дают науке такие катаклизмы, как в Турции и Сирии? Ведь магнитуда 7,8 — это все-таки достаточно редкое явление. Это новый импульс для научных исследований?

— Во-первых, детальные исследования сильных землетрясений дают более полное понимание того, как устроена система разломов в регионе. Это важно для будущих расчетов сейсмической опасности. Во-вторых, можно будет провести расчеты, как меняется и перераспределяется напряжение, что позволит понять геодинамическую ситуацию и тенденции ее изменения не только в регионе, но в его окружении. И, в-третьих, такие сильные события дают материал для понимания физики очага, для разработки новых моделей. И это ценная информация для специалистов и проектировщиков, которые занимаются сейсмостойким строительством.

— На обывательском уровне существует некоторая путаница в классификация землетрясений по степени их силы и разрушительности.

— Для описания очага землетрясения существует магнитудная шкала. Она была предложена почти 100 лет назад Чарльзом Рихтером. В настоящее время применяются другие типы магнитуд, но суть в общем та же самая. Магнитуда (magnitude — в переводе с английского величина, размер) характеризует величину землетрясения, коррелирует с энергией. Каждое землетрясение характеризуется одним конкретным значением магнитуды. Например, магнитуда главного толчка землетрясения в Турции равна 7,8. Эту шкалу часто путают с макросейсмической шкалой интенсивности, которая оценивается в баллах, — она используется для определения интенсивности сотрясений в конкретном месте (населенном пункте). В 12-балльной шкале  при 7 и более баллов уже начинаются разрушения. Чем дальше вы будете находиться от очага, тем больше затухают сотрясения, интенсивность их проявления на поверхности меньше. Поэтому баллы всегда приписывают конкретному населенному пункту, сколько населенных пунктов, столько оценок интенсивности может быть.

— Если мы говорим про минимизацию ущерба, какие существуют основные направления и превентивные меры в борьбе со стихией?

— Мое глубокое убеждение заключается в том, что основные усилия должны быть направлены на улучшение качества строительства. Я имею в виду и проектные решения, и их реализацию в ходе строительства. Сейсмологи предоставляют строителям исходные данные для проектирования в виде акселерограмм ожидаемого движения грунта. Проектные организации используют их для разработки антисейсмических мер, которые обеспечат безопасность зданий и сооружений. На мой взгляд, это наиболее перспективное направление для защиты населения, потому что плохо себе представляю ситуации, когда вся надежда на прогноз с эвакуацией. Например, если в проекте не учтены сейсмические воздействия на атомную станцию или химический завод, то все равно будет катастрофа. Эвакуация не решит проблему.

— Но что делать с застройкой, не рассчитанной на определенную сейсмичность, с историческими зданиями?

— Тут сложная ситуация. И вопрос о том, строить новое или укреплять и модернизировать старое, не такой однозначный. Конечно, вы не можете сказать: «Мы неправильно рассчитали все проекты, все дома, построенные не на ту сейсмичность, мы снесем и построим с нуля». Практически такое реализовать невозможно. Иногда предлагается пойти по пути антисейсмического усиления существующих зданий. Но меры по антисейсмическому усилению стоят очень недешево. Кроме того, сложно все рассчитать таким образом, чтобы укрепить слабые узлы, не навредив всему остальному. Непонятно, что делать с культурным наследием, уникальными историческими зданиями. Антисейсмические мероприятия могут погубить их. Так что боюсь, и тут простых решений нет.

— Что можно предпринять для защиты регионов, где землетрясения будут снова и снова происходить?

— Правильно оценивать ожидаемые воздействия, потому что фраза «будут происходить землетрясения» мало информативна, пока нет сведений, какой силы воздействия ждать и с какой повторяемостью. А дальше, имея адекватную оценку воздействий, правильно проектировать и качественно строить. Еще нужен контролирующий орган, который отслеживал, чтобы в этой цепочке не было бы сбоев. Мы не можем заменить нашу планету на другую, без землетрясений. Поэтому надо сосредоточить усилия на том, чтобы обеспечить безопасную жизнь через строительство, правильный учет возможных воздействий.

— Ужасают кадры из Турции, когда дома складываются внутрь буквально за считаные секунды. Почему все знают, что это опасный регион (граница трех тектонических плит), но всем все равно, надзорные органы закрывают глаза и поэтому так строят?

— Как правило, в полицию приходят ставить охранную сигнализацию после ограбления, хотя было бы разумнее делать заранее. С землетрясениями работает такой же человеческий фактор. Пока ничего не случилось, вроде бы и беспокоиться не о чем. И, конечно, нельзя не учитывать экономическую сторону проблемы — антисейсмическое строительство стоит дорого. Выбирая между потенциальной угрозой землетрясения (когда-то в абстрактном будущем, возможно, не при вашей жизни, может даже не при жизни ваших детей) и увеличением стоимости строительства дома или покупки квартиры минимум в два раза — что вы выберете?

— Но тем не менее есть страны более прогрессивные с точки зрения контроля и научных изысканий на своих территориях, все-таки они достигают таких видимых результатов при наступлении катаклизмов. Например, Япония?

— Это отчасти справедливо только для последних десятилетий. Токийское землетрясения 1923 года — одна из самых крупных катастроф в истории сейсмологии (Официальное число погибших — 174 000, еще 542 000 числятся пропавшими без вести, свыше миллиона человек остались без крова. Ущерб от землетрясения Канто оценивается в $4,5 млрд, что составляло на тот момент два годовых бюджета страны. — Forbes Life). Технологическое преимущество не сильно помогло японцам при аварии на АЭС в Фукусиме в 2011 году. Даже если оставить эту аварию как особый случай техногенной катастрофы, можно вспомнить землетрясение в 1995 году в Кобе магнитудой 7,3. По некоторым данным, было разрушено около 200 000 зданий. Но, безусловно, есть определенная тенденция. Чем богаче и технологически более развита страна, тем выше материальные потери, тем меньше человеческих жертв, дорогостоящее качественное жилье не складывается как карточные домики старой застройки — разумеется, если говорить об одинаковой силе воздействия.

— Если мы говорим о России и о постсоветском пространстве, застройка, которая была еще во времена СССР,  отвечала достаточно жестким критериям. Что-то изменилось?

— Дело в том, что современные нормативы не менее жесткие и даже наоборот. Как говорил мой научный руководитель, профессор Николай Виссарионович Шебалин, который участвовал в построении карт сейсмического районирования, «со временем все карты краснеют» — красным закрашиваются более опасные территории. Другое дело, что в СССР строительство контролировалось государством, застройка шла централизованно. Проще было контролировать качество, и было проще вести весь процесс от начала до конца.

— Опасности, которые стоят особняком, — это потенциальные повреждения АЭС при сейсмической активности, утечки радиации. Как изменилась безопасность после аварии на Фукусиме?

— В самой методике исследования сейсмической опасности мало что изменилось. И до Фукусимы рекомендовалось придерживаться консервативного подхода, т. е. сомнения трактовать в пользу большей опасности. Но теперь предлагается добавлять больший запас прочности, 40% к тому, что получается в расчетах.

— В турецкой провинции Мерсин на финальном этапе строительства находится АЭС «Аккую», которую строит Росатом. Оправдано строительство атомных станций в сейсмоопасном регионе?

— В свое время наш институт привлекали к оценке сейсмической опасности «Аккую». Ожидаемые сейсмические воздействия, заложенные в проект, почти на два порядка превышают те воздействия, которые зарегистрированы на площадке от землетрясения 6 февраля. Так что происшедшее землетрясение вовсе не требует пересмотра оценок сейсмической опасности площадки АЭС. Есть страны, где невозможно выбрать место, которое вообще никогда не будет подвержено землетрясениям. Конечно, речь не идет о таких катастрофических землетрясениях, как недавнее сейсмическое событие в Турции. Нельзя перестать жить где-то, потому что там происходят землетрясения. Вопрос в том, как обеспечить безопасность, а не прятать голову в песок.

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.

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.

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

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.

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).

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

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.

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

Нажмите для увеличения

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).

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.

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.

Сейсмолог Рубен Татевосян о последствиях землетрясений

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.

Землетрясения:  Плита земной коры
Оцените статью
Землетрясения