Землетрясение это что за наука?

Ответ на вопрос в сканворде (кроссворде) «Специалист по землетрясениям», 9 букв (первая — с, последняя — г):

Причины землетрясений.

Большая часть землетрясений связана с процессами горообразования или разломами литосферных плит. Такие землетрясения называются тектоническими. Верхнюю часть земной коры составляют около десятка огромных блоков – тектонических плит. Эти плиты перемещаются под воздействием конвекционных течений, поднимающихся из высокотемпературной мантии. Одни плиты двигаются навстречу друг другу (как, например, в районе Красного моря).

Слово сейсмология в переводе с греческого языка означает «наука о землетрясениях». Она осуществляет сложные, но чрезвычайно необходимые исследования, так как с их помощью специалисты прогнозируют движения земной поверхности, изучают структуру недр и происходящие в них процессы, разрабатывают методы уменьшения потерь после сильных землетрясений, отслеживают испытания атомного оружия, помогают в поиске полезных ископаемых.

В этой статье рассмотрим историю этой науки, чем она занимается, разберем синонимы к слову сейсмология.

Начало развития науки

В восемнадцатом веке Джоном Мичелом было высказано предположение о том, что землетрясения вызывают упругие волны, проходя через земную поверхность.

В 1760 году им была опубликована книга «Предположения о причинах возникновения землетрясений и наблюдения за этим феноменом». В ней подтверждался вывод о том, что находящиеся в милях под корой земли породы своим движением создают волны, вызывающие землетрясения. Сейсмология начала развиваться как наука.

Мичелом также была выдвинута теория, что через сопоставление данных о времени прохождения волн до того или иного места можно определить, где находится эпицентр их возникновения. На основании этого способа были созданы современные методы поиска эпицентра.

Сейсмичность Земли, или Почему происходят землетрясения

Общепланетарной особенностью Земли признают ее вулканизм и сейсмичность. Способами их реализации для избавления от постоянно накапливающейся в толще планеты тектонической энергии являются активные вулканы и тектонические землетрясения.

Основой таких грандиозных процессов становятся два события:

Основной причиной, вызывающей подобные явления на Земле, является принцип минимизации гравитационной потенциальной энергии (напряженности) в недрах планеты. Изучать данные явления призваны науки сейсмология и вулканология.

В 1995 году группа ученых предположила, что землетрясения могут способствовать изменению формы нашей планеты. В результате этих явлений она приобретает более круглую и компактную форму, и этот процесс происходит с уменьшением ее гравитационной энергии путем перехода в тепловую.

Цель научных исследований

Практическая цель сейсмологии – это предоставление долгосрочных прогнозов возможных мест возникновения землетрясений, их повторяемости и силы.

Когда происходит изучение очагов землетрясения, специалистами проводятся детальные исследования явлений и происходящих во время них процессов в условиях реальной физико-геологической среды. Анализируются также смещения блоков земной поверхности и другие превращения, дается оценка параметров очага. Это позволяет выявлять предвестники землетрясений и разрабатывать оперативные краткосрочные прогнозы их начала и длительности, а также методы управления такими процессами. Важной является оценка возможности техногенного либо антропогенного влияния на сейсмическую активность.

В задачи сейсмологии как науки входит:

Прикладная задача инженерно-сейсмологического направления сейсмологии – это распознавание и регистрация подземных ядерных взрывов во время производимых испытаний.

Состав вулканических пород.

Существует множество типов вулканических пород, различающихся по химическому составу. Чаще всего встречаются четыре типа, принадлежность к которым устанавливается по содержанию в породе диоксида кремния: базальт – 48–53%, андезит – 54–62%, дацит – 63–70%, риолит – 70–76%. Породы, в которых количество диоксида кремния меньше, в большом количестве содержат магний и железо. При остывании лавы значительная часть расплава образует вулканическое стекло, в массе которого встречаются отдельные микроскопические кристаллы. Исключение составляют т.н. фенокристаллы. Цвет вулканического стекла зависит от количества присутствующего в нем железа: чем больше железа, тем оно темнее.

Сейсмические волны.

При землетрясении в очаге частицы горных пород перемещаются и передают колебания в виде акустической волны. Акустические волны, которые возникают при землетрясении, называются сейсмическими. Сейсмические волны возбуждаются землетрясением или крупным взрывом. Различают несколько типов сейсмических волн: волны сжатия, волны сдвига и поверхностные волны.

Волны сжатия, Р-волны, или продольные волны, заставляют частицы пород колебаться подобно спиральной пружине. Р-волны вызывают колебания частиц вдоль направления распространения волны путем чередования участков сжатия и разрежения в породах. P-волны могут проникать в любое место земного шара.

Волны сдвига, S-волны, или поперечные сейсмические волны заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны подобно вибрирующей гитарной струне. S-волны распространяются только в материале, обладающем упругостью, и поэтому не в состоянии проходить через жидкое ядро Земли. Благодаря этому явлению в 1906 английский сейсмолог Олдгем, наблюдая за распространением S-волн, сделал вывод о существовании земного ядра. Скорость волн зависит от типа породы, в которой они распространяются, скорость Р-волн примерно в 2 раза больше скорости S-волн. Именно продольные волны первыми регистрируются сейсмографами, поэтому сейсмологи называют их первичными (Primary) P-волнами, а поперечные – вторичными (Secondary) – S-волнами. Третий тип сейсмических волн – поверхностные или длинные (Long) – L-волны. Они распространяются по земной поверхности подобно морским волнам. Поверхностные волны движутся примерно в 2 раза медленнее, чем S-волны, но отличаются наибольшей амплитудой. Поверхностные волны и вызывают самые сильные разрушения, сотрясая земную поверхность.

Исторический очерк

Про­стей­шие сейс­мо­ло­гич. на­блю­де­ния, сво­див­шие­ся в осн. к опи­са­нию по­след­ст­вий зем­ле­тря­се­ний, про­во­ди­лись ещё в древ­но­сти. Как точ­ная нау­ка С. сфор­ми­ро­ва­лась в кон. 19 в., ко­гда бы­ли скон­ст­руи­ро­ва­ны . Ра­нее тру­да­ми О. , С. , Дж. Pэлея, Г.  бы­ли за­ло­же­ны ос­но­вы тео­рии сейс­мич. волн. Та­ким об­ра­зом поя­ви­лась воз­мож­ность по сейс­мо­грам­мам ус­та­нав­ли­вать ме­сто­по­ло­же­ние оча­гов зем­ле­тря­се­ний, стро­ить го­до­гра­фы сейс­мич. волн (оп­ре­де­ляю­щие за­ви­си­мость вре­ме­ни при­хо­да вол­ны на стан­цию от её рас­стоя­ния до эпи­цен­тра зем­ле­тря­се­ния) и на их ос­но­ве де­лать вы­во­ды о строе­нии Зем­ли. В 1906 брит. сейс­мо­лог Р. Олд­гем по­ка­зал, что внут­ри Зем­ли име­ет­ся яд­ро, ско­рость рас­про­стра­не­ния сейс­мич. волн в ко­то­ром мень­ше, чем в вы­ше­ле­жа­щей ман­тии. В 1909 А.  об­на­ру­жил гра­ни­цу, раз­де­ляю­щую зем­ную ко­ру и ман­тию Зем­ли. В 1936 дат. сейс­мо­лог И. Ле­ман об­на­ру­жи­ла на­личие в Зем­ле твёр­до­го внутр. яд­ра. В нач. 1940-х гг. ав­ст­рал. сейс­мо­лог К. Бул­лен и брит. сейс­мо­лог Г. Джеф­фрис по­строи­ли го­до­гра­фы сейс­мич. волн, на ос­но­ве ко­то­рых соз­да­ны пер­вые мо­де­ли строе­ния Зем­ли. В Рос­сии ос­но­во­по­ла­гаю­щие ра­бо­ты в об­ла­сти С. бы­ли вы­пол­не­ны Б. Б. Го­ли­цы­ным. В нач. 20 в. в ре­зуль­та­те изу­че­ния по­след­ст­вий ка­та­ст­ро­фич. зем­ле­тря­се­ний воз­ник раз­дел С., изу­чаю­щий про­цес­сы воз­дей­ст­вия зем­ле­тря­се­ний на инж. со­ору­же­ния и грун­ты в их ос­но­ва­ни­ях, – .

В 1935 амер. сейс­мо­лог Ч. Рих­тер пред­ло­жил шка­лу . К сер. 20 в. бы­ли по­лу­че­ны све­де­ния о гео­гра­фич. рас­пре­де­ле­нии оча­гов зем­ле­тря­се­ний и вы­яв­ле­ны осн. зо­ны, в ко­то­рых про­ис­хо­дят силь­ные зем­ле­тря­се­ния, – Ти­хо­оке­ан­ские и Аль­пий­ско-Ги­ма­лай­ский (Сре­ди­зем­но­мор­ско-Тран­са­зи­ат­ский) сейс­ми­че­ские поя­са Зем­ли.

Лава

– раскаленная жидкая или очень вязкая, преимущественно силикатная масса, изливающаяся на поверхность Земли при извержениях вулканов, а затем затвердевающая. Лава может изливаться из основного вершинного кратера, бокового кратера на склоне вулкана или из трещин, связанных с вулканическим очагом – резервуар магмы, находящийся в земной коре или верхней мантии Земли и питающий вулкан. Лава стекает вниз по склону в виде лавового потока. При застывании лавы образуются эффузивные горные породы.

Длительность землетрясений.

Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков образует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последующие (афтершоки) толчки. Распределение наиболее сильного толчка (главного землетрясения) внутри роя носит случайный характер. Магнитуда сильнейшего афтершока меньше на 1,2 чем у основного толчка, эти афтершоки сопровождаются своими вторичными сериями последующих толчков.

Задачи сейсмологии

Сейсмология традиционно известна как наука о землетрясениях. Но в последние два десятилетия в ней возникла совершенно новая парадигма. На основе анализа цифровых сейсмических данных с применением современных компьютерных технологий было показано, что сейсмические записи содержат огромное количество информации помимо землетрясений.

Одним из важнейших открытий было наблюдение так называемых тектонических треморов — очень слабых сигналов, возникающих при медленном проскальзывании тектонических плит в периоды между землетрясениями. Ожидается, что систематический анализ такого рода треморов позволит отслеживать процессы, происходящие в сейсмических разломах и вулканических системах в те интервалы времени, которые раньше считались полностью «спокойными» и, таким образом, приведет к разработке принципиально новых методов мониторинга.

Другим важнейшим открытием было переосмысление так называемого сейсмического шума — сигналов, записываемых сейсмографами в отсутствие тектонической и вулканической активности (и составляющих больше 90% имеющихся сейсмологических данных). Этот «шум» в основном вызван активностью Мирового океана. Относительно быстрые вариации давления колонки воды на океаническое дно приводят к возникновению сейсмических волн. Таким образом, возникает волновое поле, генерируемое источниками, неоднородно распределенными по поверхности Земли, и соответствующие сигналы на первый взгляд совершенно случайны. Но с использованием записей современных очень чувствительных сейсмографов и соответствующих математических методов эти сигналы удалось «расшифровать» и извлечь из них информацию, с одной стороны, об их источниках, а с другой стороны, о строении Земли на участках между этими источниками и записывающими приборами. В итоге возникли сразу два принципиально новых направления в сейсмологии:

использование сейсмических записей для мониторинга активности океана и атмосферы (и других поверхностных процессов) и

«шумовая сейсмическая томография».

Новую парадигму можно охарактеризовать как «тотальную сейсмологию». Ее основной принцип — это то, что каждый бит сейсмических записей содержит полезную информацию о внутреннем строении Земли и о динамических процессах, происходящих в ее глубине или на поверхности. Задача сейсмологов — «расшифровать» имеющиеся данные, чтобы по возможности максимально извлечь эту информацию и использовать ее для мониторинга и научных исследований. Таким образом, современная сейсмология — это высокотехнологичная и активно развивающаяся во всем мире область знаний, вовлеченная наравне со многими передовыми научными направлениями в технологическую революцию больших данных.

Предмет, объект и задачи изучения землетрясений

Чтобы понять, что изучает сейсмология, нужно обратить внимание на то, что исследуют в рамках этой науки: объектом ее изучения являются подвижки земных платформ и землетрясения, а предметом – внутренняя структура и строение планеты. В частности, какое влияние на распространение колебаний оказывает отклонение от однородности вещества внутри Земли.

Такие явления, как землетрясения, принято рассматривать в качестве специфических, периодически повторяющихся колебательных движений земной поверхности. Их характерным свойством является короткая длительность – от долей секунд до десятков минут. В этом контексте сейсмичность подразумевает географическую закономерность распределения землетрясений, связанную со строением поверхности земли и магнитудами (или накопившейся энергией).

Также существует такой раздел, как шахтная сейсмология. Это направление, в задачи которого входит мониторинг сейсмичности в тех местах, где идут разработки горнодобывающих предприятий, и прогнозирование с последующим предупреждением о том, где может случиться землетрясение. Эти шаги предпринимаются с целью обеспечения безопасности проведения горных работ.

Наблюдение как метод изучения сейсмической активности

С сейсмологией в тесной связи находится сейсмометрия, которая занимается разработкой приборов и способов регистрации сейсмических колебаний.

Сейсмологическое исследование включает в себя:

Фиксирование волн выполняют специальные приборы – сейсмографы. С их помощью определяют место возникновения и характеристики очага землетрясения.

Сейсмографы подразделяются на:

Это оборудование позволяет выявлять вновь образующиеся тектонические разрывы, смещения земной коры, оползни, обвалы и другие геологические катастрофы.

Случайное

– подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний. См. также ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ.

Наука о землетрясениях

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности измеряется в баллах и зависит от глубины очага и магнитуды землетрясения, служащей мерой его энергии.

Интенсивность землетрясений оценивается в сейсмических баллах. (таблица)

Сейсмические волны проходят внутри земного шара в тех местах, которые недоступны наблюдению. Все, что они встречают на пути, так или иначе их изменяет. Поэтому анализ сейсмических волн помогает выяснить внутреннее строение Земли.

При помощи сейсмографа можно оценить энергию землетрясения. Cсравнительно слабые землетрясения высвобождают энергию порядка 10 000 кг/м, т.е. достаточную, чтобы поднять груз весом 10 тонн на высоту 1 м. Этот энергетический уровень принимается за ноль, землетрясению имеющему в 100 раз больше энергии соответствует 1, еще в 100 раз более сильному соответствуют 2 единицы шкалы. Такая шкала называется шкалой Рихтера в честь известного американского сейсмолога из Калифорнии Ч. Рихтера. Число в такой шкале называется магнитудой и обозначается М. В самой шкале верхний предел не предусмотрен, по этой причине шкалу Рихтера называют открытой. В действительности сама Земля создает практический верхний предел. Сильнейшие из зарегистрированных землетрясений имели магнитуду 8,9. Таких землетрясений с начала инструментальных наблюдений зарегистрировано два, оба под океаном. Одно произошло в 1933 у берегов Японии, другое – в 1906 у берегов Эквадора. Таким образом, магнитуда землетрясения характеризует количество энергии, выделяемой очагом во все стороны. Эта величина не зависит ни от глубины очага, ни от расстояния до пункта наблюдения. Сила проявления землетрясения зависит не только от магнитуды, но и от глубины очага (чем ближе очаг к поверхности, тем больше сила его проявления), от качества грунтов (чем более рыхлый и неустойчивый грунт, тем больше сила проявления). Имеет значение, конечно, и качество наземных построек. Сила проявления землетрясения на земной поверхности определяется по шкале Меркалли в баллах. Баллы отмечаются цифрами от I до XII (цифры римские, чтобы не было путаницы с магнитудой).

Как появилась сейсмология

Сейсмология как современная научная дисциплина началась на рубеже XIX–XX веков, когда были сконструированы и начали устанавливаться первые сейсмографы. Одним из важнейших прорывов на раннем этапе сейсмологии было изобретение электромагнитного сейсмографа русским ученым, князем Борисом Борисовичем Голицыным в 1906 году. Данные, регистрируемые этими сейсмографами, накапливались в течение десятилетий, и их анализ привел к таким фундаментальным научным открытиям, как понимание внутреннего строения Земли и физического механизма, приводящего к землетрясениям, а также был важнейшим вкладом в формирование концепции тектоники плит — современной геодинамической теории, объясняющей движения и деформации верхней оболочки Земли и происхождение сейсмичности и вулканизма.

Внедрение современных цифровых и коммуникационных технологий, начатое в 1990-х годах XX века, полностью преобразило сейсмологию. За счет быстрой передачи данных и применения эффективных компьютерных алгоритмов сейсмический мониторинг в реальном времени стал по-настоящему возможен. В дополнение к этому значительно улучшилось качество сейсмических записей и увеличилось их количество. На сегодняшний день во всем мире установлены тысячи высококачественных сейсмографов, которые записывают данные в непрерывном режиме и передают их в реальном времени в центры обработки и хранения данных, основные из которых находятся в США, Европе и Японии. Приборы мировой сейсмологической сети регистрируют более 200 тыс. землетрясений в год. К счастью, подавляющее большинство этих сейсмических событий не ощущаются на поверхности Земли и могут быть записаны только очень чувствительными сейсмографами.

Собираемые в мировых центрах данные передаются в реальном времени в службы, занимающиеся мониторингом землетрясений. Естественно, их важнейшей задачей является быстрое определение параметров наиболее крупных землетрясений, представляющих потенциальную опасность для населения и экономики. Результаты такого мониторинга, получаемые почти в реальном времени, используются в системах быстрого оповещения и предупреждения цунами. В то же время другой очень важной задачей является наиболее полное изучение всех землетрясений, включая самые слабые. Это необходимо для детального изучения тектонической активности нашей планеты и разработки вероятностных моделей сейсмической опасности. На их основе строятся карты сейсмического районирования и разрабатываются нормы сейсмостойкого строительства.

Еще одним важным практическим применением сейсмологии является мониторинг вулканов. Ученые насчитывают на Земле более 1,5 тыс. потенциально активных вулканов. Каждый год по крайней мере 50 из них извергаются. К счастью, как и в случае землетрясений, большинство вулканических извержений не представляют непосредственной опасности как слишком слабые или происходящие в ненаселенных районах. Но, как и в случае землетрясений, наиболее полное изучение всех извержений, даже самых слабых, необходимо для детального изучения вулканической активности и разработки вероятностных моделей вулканической опасности и методов прогнозирования возможных катастрофических событий.

Возникновение большого количества слабых землетрясений под вулканами является одним из основных признаков их активизации и предвестников будущих извержений. При этом если учесть, что очень часто из-за плохих метеоусловий визуальное или спутниковое наблюдение вулканов бывает недоступно (а для подводных вулканов никогда), то становится понятно, что сейсмологические наблюдения — это единственный способ следить за состоянием вулканов в непрерывном режиме.

Сейсмологические данные также имеют огромное значение для фундаментальной науки. Сейсмические волны, распространяющиеся через глубинные слои Земли, содержат уникальную информацию о ее строении. Так, основные слои нашей планеты — твердые кора и мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро — были открыты в первой половине XX века на основе анализа записей землетрясений. Начиная с 1970-х годов XX века широкое развитие получила сейсмическая томография — «просвечивание» Земли на основе волн, генерируемых землетрясениями, для получения трехмерных изображений внутреннего строения Земли.

Вулканы.

Вулкан (от лат. vulcanus – огонь, пламя), геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются лава, пепел, горячие газы, пары воды и обломки горных пород. Различают действующие, уснувшие и потухшие вулканы, а по форме – центральные, извергающиеся из центрального выводного отверстия, и трещинные, имеющие вид зияющих трещин или ряда небольших конусов. Основные части вулкана: магматический очаг (в земной коре или верхней мантии), жерло – выводной канал, по которому магма поднимается к поверхности; конус – возвышенность на поверхности Земли из продуктов выброса вулкана, кратер – углубление на поверхности конуса вулкана. Лавовый купол имеет округлую в плане форму и крутые склоны, прорезанные глубокими бороздами. В жерле вулкана может образоваться пробка застывшей лавы, которая препятствует выделению газов, что впоследствии приводит к взрыву и разрушению купола. Крутосклонный пирокластический конус сложен чередующимися прослоями пепла и шлаков. Щитовой вулкан с большим кратером (кальдерой), и тонким покровом застывшей лавы на поверхности. Излияния лавы могут происходить из кратера на вершине или через трещины на склонах. Внутри кальдеры, а также на склонах щитового вулкана встречаются воронки обрушения. Конус стратовулкана состоит из чередующихся слоев лавы, пепла, шлаков и более крупных обломков. Современные вулканы расположены вдоль крупных разломов и тектонических подвижных областей (главным образом на островах и берегах Тихого и Атлантического океанов). Активные действующие вулканы: Ключевская Сопка и Авачинская Сопка (Камчатка, Российская Федерация), Везувий (Италия), Исалько (Сальвадор), Мауна-Лоа (Гавайские о-ва) и др.

Развитие сейсмологии

Успешное развитие сейсмологии требует совместных усилий большого числа ученых и инженерно-технического персонала, необходимых для поддержания и развития систем сейсмологических наблюдений и сбора данных и для разработки новых методов их анализа с привлечением самых современных компьютерных технологий и ресурсов. Помимо чисто количественного развития (увеличения числа станций и объема анализируемых данных), мировое сейсмологическое сообщество находится в постоянном поиске новых технологий и концепций.

На повестке дня стоит создание нового поколения «оптических» сейсмографов с использованием интерференции лазерных лучей в оптических волокнах. Ожидается, что применение такого подхода позволит существенно увеличить плотность покрытия сейсмическими наблюдениями.

Другое важное направление — это развитие разнообразных протоколов и средств передачи больших объемов данных, чтобы связать отдельные центры данных в единую мировую информационную систему и предоставить быстрый и эффективный доступ максимальному числу пользователей — индивидуальных ученых и организаций, занимающихся мониторингом. Одну из передовых ролей в этом направлении играет центр данных IRIS, который регулярно предоставляет обновленные способы доступа к данным, адаптированные под новые методы анализа и оптимизированные в соответствии с последними компьютерными и сетевыми технологиями. В итоге у современных сейсмологов есть возможность эффективно анализировать данные, записанные тысячами сейсмографов в разных частях Земли, не выходя из своего кабинета, а у преподавателей университетов — использовать самые свежие данные в обучающих программах и лабораторных работах по геофизике.

Благодаря такому эффективному доступу к большому количеству данных в последние несколько лет у сейсмологов появилась возможность, в дополнение к «традиционным» методам анализа данных, использовать концепции машинного обучения и искусственного интеллекта. Большинство ведущих ученых ожидают, что сочетание таких подходов с описанными выше идеями «тотальной сейсмологии» приведет к новым прорывам и научным открытиям в ближайшие десятилетия.

Над развитием передовых методов и технологий в сейсмологии традиционно работают научные группы ведущих университетов и научных организаций в США, Европе и Японии. В последние годы на лидирующие позиции выходят также ученые Китая и Сингапура. В XX веке Россия тоже играла в этой области ведущую роль, однако в последние два десятилетия в силу целого ряда причин эти позиции постепенно утрачиваются.

Значение слова

СЕЙСМО́ЛОГ,
-а, мужской род
Специалист по сейсмологии.

Для чего нужна сейсмология

Это наука, благодаря которой были раскрыты принципы строения Земли и определены основные границы раздела ее недр – ядро, мантия и кора. Ученые выяснили, что одновременно с данными об источнике землетрясения колебания дают сведения о среде, их распространяющей.

Наука о волнах позволяет во многом понять природу образования землетрясений, что помогает в разработке новых технологий строительства сооружений, более устойчивых к подземным толчкам, что сохранит жизни многих людей, а также во многих других областях.

Людям от науки понадобилось более сотни лет для понимания того, что землетрясения связаны с создаваемыми ими сейсмоволнами. А практически пятьдесят лет ушло на получение общего понимания о внутреннем устройстве недр и свойствах распространения в них сейсмических волн.

Параллельно с этой наукой сходными проблемами занимаются и другие, объединенные исследования имеют большую практическую ценность.

Сейсмология в России

Геофизический (в первую очередь сейсмологический) мониторинг территории России осуществляется Единой геофизической службой Российской академии наук (ЕГС РАН). 12 региональных филиалов этой организации поддерживают систему сейсмологических наблюдений, состоящую более чем из 330 современных цифровых станций и регистрирующую порядка 10 тыс. землетрясений каждый год. В ЕГС РАН были разработаны и действуют оперативные системы мониторинга активных вулканов Камчатки и Курильских островов и цунамигенных землетрясений Тихого океана. Результаты этого мониторинга передаются в системы обеспечения безопасности авиаполетов и предупреждения цунами. Также собираемые ЕГС РАН данные используются для научных исследований, проводимых ее внутренними подразделениями и учеными из профильных институтов РАН и геофизических факультетов и отделений российских университетов.

К сожалению, в последние годы ЕГС РАН финансируется на уровне, едва достаточном (а часто и недостаточном) для поддержания базовых функций, и не имеет средств и возможностей для существенного развития. Эта ситуация, естественно, связана с общим недофинансированием российской науки, но в дополнение к этому ЕГС РАН страдает от недостаточно гибкого использования наукометрических показателей для планирования финансирования. Так, бюджет ЕГС РАН определяется на основе тех же принципов, что и для «обычных» институтов РАН, и этот подход полностью игнорирует специфику геофизических наблюдений, а именно необходимость развивать и поддерживать соответствующую дорогостоящую инфраструктуру (сети станций, центры данных и т. д.) и содержать в штате большое количество инженерно-технических специалистов, занимающихся этой работой. Надо отметить, что с похожими структурными проблемами в финансировании сталкиваются многие профильные институты РАН и отделения университетов.

В итоге отставание российской системы сейсмологических наблюдений от ведущих мировых стран носит структурный и многоуровневый характер. Во-первых, общее количество постоянных станций сильно уступает сегодняшнему уровню в США, Евросоюзе, Японии и Китае — несколько сотен против нескольких тысяч (и это для страны с самой большой территорией в мире). Во-вторых, в последние годы в России проводится очень мало широкомасштабных временных сейсмологических экспериментов. В-третьих, очень сильно отстало информационно-технологическое обеспечение. Так, в России на сегодняшний день отсутствует единый центр сейсмологических данных. Большая часть собираемых наблюдений хранится в региональных филиалах и остается недоступной для потенциальных пользователей.

Структурные проблемы в системе наблюдений оказывают негативное влияние на российскую сейсмологическую науку в целом. Из-за неэффективного доступа к данным количество ученых, интересующихся сейсмологическими исследованиями на территории России, и, соответственно, количество публикаций на эту тему в ведущих международных журналах сокращается. Даже для российских сейсмологов часто оказывается проще работать с данными, (легко) получаемыми из-за рубежа, чем изучать территорию своей страны. В итоге о применении идей «тотальной сейсмологии» и современных методов анализа к российским данным почти никто не задумывается. И еще раз, все это происходит в самой большой стране в мире, на территории которой находятся многие уникальные природные и геологические объекты. Недостаточное развитие науки также приводит к слабому возобновлению кадров за счет формирования и привлечения новых поколений молодых специалистов.

Переломить негативную тенденцию в российской сейсмологии — задача не из легких. Мы рассчитываем, что наш мегагрант «Геофизические исследования, мониторинг и прогноз активных геодинамических процессов в зонах субдукции» поможет внести в нее определенный вклад. В рамках этого проекта, финансируемого Минобрнауки, на базе Института физики Земли (ИФЗ РАН, г. Москва) создана новая лаборатория, которая работает в тесном взаимодействии с камчатским филиалом ЕГС РАН и Институтом вулканологии и сейсмологии (ИВиС, г. Петропавловск-Камчатский) ДВО РАН. Также в работу вовлечены преподаватели, студенты и магистранты Московского государственного университета.

Камчатка с ее многочисленными землетрясениями и очень активными вулканами и с большим количеством уже собранных данных — идеальный район для отработки новых методов и концепций в сейсмологии, и мы надеемся, что объединение опыта и ресурсов различных академических и образовательных организаций создаст благоприятные условия для проведения научных исследований на самом высоком международном уровне и будет способствовать формированию нового поколения российских геофизиков мирового уровня.

Проект начался в 2018 году, и за два с небольшим года было проведено два полевых эксперимента на Камчатке (третий должен состояться осенью 2020 года), многочисленные семинары и школы для студентов и аспирантов. По результатам исследований участниками проекта опубликовано и подготовлено к печати более 30 статей в российских и международных рецензируемых журналах. Один из последних примеров этого — статья в престижном журнале Nature Communications, представляющая новую теорию возникновения глубоких землетрясений под вулканами. Также радует, что в работе участвуют много молодых ученых. В качестве практических приложений проводимых научных работ внедряются новые методы мониторинга вулканов в практику камчатского филиала ЕГС РАН.

В то же время один-единственный проект, даже такой крупный, как мегагрант, совершенно недостаточен, чтобы переломить отставание российской сейсмологии, накапливающееся десятилетиями. Надо понимать, что без системного усилия на самом высоком уровне для улучшения российской системы геофизического мониторинга и образования наш и другие похожие проекты не окажут существенного влияния на ситуацию, поскольку их результаты будет попросту некуда внедрять. Поэтому, проводя наши работы, мы во многом надеемся на то, что в какой-то момент руководством российской науки совместно с научным сообществом будут приняты меры, направленные на структурные изменения в финансировании геофизического мониторинга в России.

Действующие вулканы земли.

К действующим относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара). Всего известно примерно 2500 извержений 500 таких вулканов.

Многие вулканические островные дуги, по-видимому, связаны с системой глубинных разломов. Центры землетрясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, т.е. вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, в этих районах кора наращивается за счет поступления мантийного вещества. Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава. Эти вулканы, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы.

Параметры землетрясений.

Очаги землетрясений располагаются на глубинах до 700 км, но большая часть (3/4) сейсмической энергии выделяется в очагах, находящихся на глубине до 70 км. Размер очага катастрофических землетрясений может достигать 100 × 1000 км. Его положение и место начала перемещения масс (гипоцентр) определяют путем регистрации сейсмических волн, возникающих при землетрясениях (у слабых землетрясений очаг и гипоцентр совпадают). Проекция гипоцентра на земную поверхность именуется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений (эпицентральная, или плейстосейстовая, область)

Сейсмология (от древне-греческого — землетрясение и — учение) — наука, изучающая распространение сейсмических волн в недрах Земли, сейсмические явления, причины, их вызывающие, связанные с ними явления и строение Земли. Сейсмические волны являются основным носителем информации в сейсмологии. Их регистрируют на сейсмических станциях. Сейсмические волны характеризуют не только очаг землетрясения, но и среду, через которую они распространяются.

Находится на стыке многих наук — геологии, геофизики, физики, химии, биологии, истории и других. В начале XX века возникла инженерная сейсмология — раздел сейсмологии, изучающий процессы воздействия землетрясений на инженерные сооружения и грунты в их основаниях.

Аналогичные науки

Синонимами сейсмологии считают названия следующих наук:

Изучение землетрясений.

Изучением землетрясений занимается сейсмология. Сейсмические волны, возникающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития методов сейсмической разведки. Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен. Детальные исторические описания, надежно свидетельствующие о землетрясениях с сер. 1 тыс. до н.э., даны японцами. Большое внимание сейсмичности уделяли и античные ученые – Аристотель и др. Систематические инструментальные наблюдения, начатые во 2-ой пол. 19 в., привели к выделению сейсмологии в самостоятельную науку (Б. Б. Голицын, Э. Вихерт, Б. Гутенберг, А. Мохоровичич, Ф. Омори и др.).

Современное состояние и проблемы

На­уч. дос­ти­же­ния С. во 2-й пол. 20 в. свя­за­ны с раз­ви­ти­ем  – раз­де­ла С., за­ни­маю­ще­го­ся раз­ра­бот­кой при­бо­ров и ме­то­дов для ре­ги­ст­ра­ции зем­ле­тря­се­ний. Усо­вер­шен­ст­во­ва­ние ре­ги­ст­ри­рую­щей ап­па­ра­ту­ры, уве­ли­че­ние чис­ла сейс­мич. стан­ций и по­яв­ле­ние вы­чис­лит. тех­ни­ки, спо­соб­ной об­ра­ба­ты­вать боль­шие объ­ё­мы дан­ных, по­зво­ли­ли на­чать изу­че­ние про­цес­сов в оча­гах зем­ле­тря­се­ний, по­ис­ки пред­вест­ни­ков зем­ле­тря­се­ний, ис­сле­до­ва­ние де­таль­но­го строе­ния .

Осн. прак­тич. за­да­ча, стоя­щая пе­ред совр. С., – умень­ше­ние сейс­мич. опас­но­сти. Для ре­ше­ния этой за­да­чи раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся ме­то­ды про­гно­за зем­ле­тря­се­ний и про­во­дит­ся . Про­гноз зем­ле­тря­се­ний ос­но­вы­ва­ет­ся на пред­вест­ни­ках зем­ле­тря­се­ний – яв­ле­ни­ях, про­ис­хо­дя­щих в ре­зуль­та­те фи­зи­ко-хи­мич. про­цес­сов в сре­де, пред­ва­ряю­щих зем­ле­тря­се­ния. К ним от­но­сят из­ме­не­ние сейс­мич. ре­жи­ма в об­лас­ти го­то­вя­ще­го­ся оча­га, из­ме­не­ние уров­ня во­ды в сква­жи­нах, уси­лен­ное вы­де­ле­ние ра­до­на из поч­вы, на­кло­ны зем­ной по­верх­но­сти, ано­ма­лии элек­трич. со­про­тив­ле­ния сре­ды и др. Од­на­ко пред­вест­ни­ки воз­ни­ка­ют не пе­ред ка­ж­дым зем­ле­тря­се­ни­ем. Пер­вый ус­пеш­ный про­гноз зем­летря­се­ния был осу­ще­ст­в­лён в Ки­тае в 1975, когда уда­лось из­бе­жать боль­шо­го чис­ла жертв, т. к. о го­то­вя­щем­ся зем­ле­тря­се­нии бы­ло со­об­ще­но за 9 ч. Вме­сте с тем в 1976 в Ки­тае про­изош­ло Тан­шань­ское зем­ле­тря­се­ние, унёс­шее бо­лее 240 тыс. жиз­ней, ко­то­рое пред­ска­за­но не бы­ло.

Изу­че­ние строе­ния Зем­ли про­во­дит­ся ме­то­да­ми сейс­мич. то­мо­гра­фии с ис­поль­зо­ва­ни­ем боль­шо­го объ­ё­ма дан­ных о вре­ме­ни про­бе­га сейс­мич. волн. Це­лью этих ис­сле­до­ва­ний яв­ля­ет­ся оп­ре­де­ле­ние го­ри­зон­таль­ных не­од­но­род­но­стей строе­ния Зем­ли (в пер­вую оче­редь ли­то­сфе­ры), от­вет­ст­вен­ных за тек­то­нич. про­цес­сы.

Ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния в С. ос­но­ва­ны на ана­ли­зе сейс­мич. за­пи­сей, про­во­ди­мых по все­му зем­но­му ша­ру. За­пи­си с сейс­мич. стан­ций по­сту­па­ют в ми­ро­вые и нац. цен­тры дан­ных.

Первый мировой каталог

Новым витком в развитии науки стала середина девятнадцатого столетия. В те годы по результатам своих двадцатилетних наблюдений за 6831 землетрясением и натурных экспериментов Робертом Маллетом был составлен каталог мировой сейсмической активности.

В нем по каждому случаю указывались такие характеристики, как местоположение, дата, число толчков, продолжительности колебаний, их возможное направление и последствия. В качестве доказательства прилагались фотографии.

Позже систематические наблюдения и регистрация явлений стали проводиться во многих странах, в том числе США, России, Японии.

Одной из нерешенных проблем проявления вулканической активности является определение источника тепла, необходимого для локального плавления базальтового слоя или мантии. Такое плавление должно быть узколокализованным, поскольку прохождение сейсмических волн показывает, что кора и верхняя мантия обычно находятся в твердом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объемов твердого материала. Например, в США в бассейне р. Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объем базальтов более 820 тыс. км3, такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) и ЮАР (возвышенность Большое Кару). Сейчас есть три гипотезы. Одни геологи считают, что плавление обусловлено локальными высокими концентрациями радиоактивных элементов, но такие концентрации в природе кажутся маловероятными, другие предполагают, что тектонические нарушения в форме сдвигов и разломов сопровождаются выделением тепловой энергии. Есть еще одна точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твердом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, она плавится и по трещинам происходит излияние жидкой лавы.

Возникновение очага землетрясения.

Напряжение внутри земной коры растет до тех пор, пока не превысит прочности самих пород. Пласты горных пород разрушаются и резко смещаются, такое резкое смещение пород называется подвижкой. Вертикальные подвижки приводят к резкому опусканию или поднятию пород. Обычно смещение составляет лишь несколько сантиметров, но энергия, выделяемая при перемещении миллиардов тонн породы даже на малое расстояние, огромна. Накопленное напряжение в месте подвижки снимается.

Землетрясения часто описывают как мгновенные события, что вполне справедливо в масштабе Земли, подвижка продолжается в течение некоторого интервала времени. Точка, в которой начинается подвижка, называется очагом, фокусом или гипоцентром землетрясения. Точка на земной поверхности, расположенная непосредственно над очагом, называется эпицентром. Здесь сила подземных толчков достигает наибольшей величины. Фокус землетрясения может находиться на разной глубине, поэтому землетрясения разделяются на глубокофокусные (очаг землетрясения на глубине 300–700 км), промежуточные (глубина очага 55–300 км) и мелкофокусные (очаг от поверхности менее 55–60 км.

Сейсмографы.

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы – сейсмографы. В наше время это сложные электронные устройства. У современных сейсмографов были свои предшественники. Первый сейсмограф появился в 132 в Китае. Настоящие сейсмографы появились в 1890-е. В современном сейсмографе используется свойство инерции (свойство сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения). Впервые инструментальные наблюдения появились в Китае, где в 132 Чан Хен изобрел сейсмоскоп, представлявший собой искусно сделанный сосуд. На внешней стороне сосуда с размещенным внутри маятником по кругу были выгравированы головы драконов, держащих в пасти шарики. При качании маятника от землетрясения один или несколько шариков выпадали в открытые рты лягушек, размещенных у основания сосудов таким образом, чтобы лягушки могли их проглотить (рис. 9_2). Современный сейсмограф представляет собой комплект приборов, регистрирующих колебания грунта при землетрясении и преобразующих их в электрический сигнал, записываемый на сейсмограммах в аналоговой и цифровой форме. Однако, по-прежнему, основным чувствительным элементом служит маятник с грузом.

Состав лавы.

Твердые породы, образующиеся при остывании лавы, содержат в основном диоксид кремния, оксиды алюминия, железа, магния, кальция, натрия, калия, титана и воду. Обычно в лавах содержание каждого из этих компонентов превышает один процент, а другие элементы присутствуют в меньшем количестве. Мощность лавовых потоков, как правило, составляет от 3 до 15 м. Более жидкие лавы образуют более тонкие потоки. Когда на поверхности базальтового потока начинается затвердевание, внутренняя часть потока может оставаться в жидком состоянии, продолжая течь и оставляя за собой вытянутую полость, или лавовый тоннель. Поверхность лавового потока бывает ровной и волнистой. Горячая лава, обладающая высокой текучестью, может продвигаться со скоростью более 35 км/ч, однако чаще ее скорость не превышает нескольких метров в час. В медленно движущемся потоке куски застывшей верхней корки могут отваливаться и перекрываться лавой; в результате в придонной части формируется зона, обогащенная обломками. При застывании лавы иногда образуются столбчатые отдельности (многогранные вертикальные колонны диаметром от нескольких сантиметров до 3 м) или трещиноватость, перпендикулярная охлаждающейся поверхности. При излиянии лавы в кратер или кальдеру формируется лавовое озеро, которое со временем охлаждается.

Глубокофокусные землетрясения.

Большинство землетрясений происходит в литосфере, т.е. на глубине до 200 км. Здесь земная кора растрескивается подобно фарфору. Напряжения накапливаются в ней до тех пор, пока не образуется разрыв и подвижка горных пород. Однако иногда очаги землетрясения находятся на глубинах вплоть до 700 км. По современным представлениям о внутреннем строении Земли на таких глубинах вещество мантии под действием тепла и давления переходит из хрупкого состояния, при котором оно способно разрушаться, в тягучее, пластическое. Везде, где глубокие землетрясения случаются достаточно часто, они «обрисовывают» некоторую наклонную плоскость, начинающуюся вблизи земной поверхности и уходящую в недра Земли до глубины 700 км. Эти плоскости стали называть зонами Вадати – Беньоффа по имени японского сейсмолога Вадати и американского – Беньоффа, которые впервые открыли это явление. Эти зоны привязаны к местам, где сталкиваются плиты. Одна плита изгибается и поддвигается под другую, погружаясь в мантию. Зона глубоких землетрясений как раз и связана с такой опускающейся плитой. Хотя для объяснения глубоких землетрясений выдвинуто множество интересных идей, но в течение 60 лет, прошедших после открытия глубоких землетрясений, они все еще остаются загадкой. До сих пор неясен механизм возникновения очага землетрясения в таких размягченных породах.