Невозможно представить себе более разрушительное и опасное стихийное бедствие, чем землетрясение. Люди, живущие в сейсмически опасных районах, подвергаются риску попасть в эпицентр землетрясения на протяжении всей жизни. Население, проживающее в относительно стабильной местности, опасается отголосков движения , подобно волнам, расходящимися от центра события к его периферии.

Естественные причины землетрясений

В древние времена бедствие считалось гневом богов, проявлением силы прочих магических и мифических персонажей. Благодаря современным исследованиям и развитию сейсмологии, причины возникновения колебаний в литосфере четко определены:

• субдукция. Верхняя оболочка земли состоит из плит. По причинам внутренней работы, происходящей в , эти плиты могут раздвигаться или, наоборот, наползать друг на друга, что и приводит к ;
• деформация плит. Определенные силы влияют на устойчивость самих платформ, вследствие чего землетрясение может происходить не только на периферии, но и в центре плит, как, например, в Китае;
• вулканическая деятельность. Извержения вулканов также способствуют возникновению колебаний в земной коре. Случаются такие явления чаще, однако имеют менее разрушительную силу.

Техногенные причины катастроф

Человечество активно вмешивается в природу, старясь перекроить среду обитания по своему усмотрению, не задумываясь при этом о глобальных изменения, ведущих к увеличению количества стихийных бедствий. Так, на частоту землетрясений влияют следующие виды деятельности «царя природы»:

• создание искусственных водоемов на больших площадях. При концентрации огромной водной массы в водохранилищах, ее вес начинает давить на пористые подповерхностные породы, вызывая уплотнение последних. Изменяется и качество подошвенной почвы, она становится слишком насыщенной влагой. Все это приводит к подземным толчкам даже в тех районах, которые никогда не славились землетрясениями;
• сверхглубокое бурение и наполнение использованных скважин водой. Изменение внутреннего состояния литосферы вследствие выработки при добыче полезных ископаемых приводит к подземным толчкам различной мощности – как известно, природа не любит пустоты;
• ядерные взрывы, как подземные, так и на поверхности планеты, создающие мощную ударную волну и сотрясающие все слои верхней оболочки Земли.

Все это основные природные и техногенные причины возникновения землетрясений.

| Происхождение землетрясений. Как оценивают землетрясения

Основы безопасности жизнедеятельности
7 класс

Урок 2
Происхождение землетрясений. Как оценивают землетрясения

ИЗ ИСТОРИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

За время существования человечества в результате землетрясений погибли миллионы людей, были разрушены сотни городов.

Широко известно землетрясение, разрушившее итальянский город Мессину.

Мессина испокон веков была несчастным городом. В течение двух тысячелетий ее периодически опустошали войны, а в промежутках между ними свирепствовали землетрясения.

28 декабря 1908 г. в шестом часу утра произошло роковое землетрясение. Несколько секунд - и Мессины не стало. После землетрясения на берег тремя волнами, следовавшими одна за другой с интервалами в 15 минут, ринулись гигантские волны цунами.

На окраинах города воспламенились разрушенные газгольдеры; через полчаса после подземного толчка вспыхнул пожар.

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

На разверстых плитах, на содрогающейся земле вдоль бульвара высились остовы дворцов с обрушившимися колоннами и растрескавшимися стенами. Со всех сторон слышались стоны, крики, просьбы о помощи. Виднелись тела, застрявшие среди обломков. Все здания, стоявшие на берегу, были смыты цунами.

Утром сообщение о катастрофе было передано по телеграфу во все страны света. Отовсюду понемногу стала поступать помощь. Сам король прибыл в Мессину, чтобы организовать перевозку раненых.

Случилось так, что 28 декабря 1908 г. у восточного берега о. Сицилия находилась русская гардемаринская эскадра. Узнав о страшном землетрясении, отряд взял курс на Мессину. При подходе к городу матросы увидели, что его набережные запрудили толпы обезумевших от горя и страдания людей. Русские моряки спустили шлюпки со спасательными командами, врачами и санитарами. Это было похоже на высадку десанта - десанта во имя спасения жизни людей.

На улицах путь морякам преграждали сплошные завалы, но они, часто рискуя жизнью, взбирались по обломкам стен, устраивали галереи, колодцы, чтобы пробраться к пострадавшим.

Моряки шли шеренгой в десять человек на расстоянии пяти метров друг от друга, осторожно ступая и прислушиваясь, не раздадутся ли где стоны и крики. Через каждые пять-десять шагов по команде старшего все настороженно останавливались. Тот, кто слышал стон или зов о помощи, поднимал руку, остальные устремлялись к нему. Старший оставлял здесь двух-трех человек, давал им указания, и шеренга шла дальше. Одна шеренга сменяла другую, продолжая поиск людей.

В одном месте увидели человека, висевшего вниз головой с защемленными между балками ногами. Матросы построили пирамиду из своих тел и таким образом спасли несчастного.

Вот что говорили итальянцы: «Трудно себе представить нечто более героическое, чем поступок русских моряков. Бесстрашное поведение их офицеров и матросов еще более выделялось при их скромности и сердечной простоте».

Как работали русские моряки, можно судить и по таким эпизодам. На остатках балкона третьего этажа висела вниз головой зацепившаяся за решетку шестилетняя девочка. Обломок стены еле держался и был готов обрушиться. Тогда матросы поставили вертикально лестницу без всяких упоров. Двое поддерживали ее, а двое поднялись наверх. Один из них встал на плечи товарища и достал ребенка.

На развалинах банка спасатели обнаружили и откопали несгораемый сейф, в котором оказалась крупная сумма в золоте и ценных бумагах. Все это немедленно переправили на пришедший в порт итальянский военный корабль.

Шесть дней проработали в качестве спасателей русские моряки в Мессине. Они не щадили себя, многие из них сами были ранены, а несколько человек погибли под рухнувшими стенами.

По официальным данным, наши моряки извлекли из-под развалин 2000 человек, 1800 из них эвакуировали. Крейсер «Адмирал Макаров» и линкор «Слава» перевезли около 1000 пострадавших мессинцев в Неаполь.

С геологической точки зрения Мессинское землетрясение не было значительным, и только число жертв придало ему столь широкую известность.

Почему же все-таки в 1908 г. при Мессинском землетрясении погибли 100 тыс. или даже 160 тыс. человек? Прежде всего это объясняется большой плотностью населения в Калабрии и Сицилии. Мало того, сицилийцы в основном селились вдоль побережья, в ветхих строениях и домах...

Самым же разрушительным землетрясением за всю историю человечества, по летописям, считается землетрясение 1201 г. (по некоторым источникам - 1202 г.) на территории Среднего Востока. От него пострадали Египет, Сирия, Малая Азия, Сицилия, Армения, Азербайджан.

Общая площадь пострадавших территорий составила 2 млн км2. Численность погибших была невероятно велика, более 1 млн человек.

На Руси в XI-XIX вв. отмечено около 40 землетрясений, при четырех из них были разрушены церкви и повреждены дома (в 1124 г. на Новгородчине, в 1474 г. в Москве, в 1595 г. в Нижнем Новгороде, в 1807 г. в Поволжье, от Нижнего Новгорода до Уфы). В летописях осталось упоминание о сильном землетрясении, которое произошло в 1230 г. в Суздале. Землетрясения были и в Киеве, Переяславле, Владимире, Новгороде. В Киево-Печерской лавре церковь святой Богородицы распалась на четыре части. Одновременно рухнула трапезная. В Переяславле церковь святого Михаила распалась на две части.

Землетрясение в городе Нефтегорске (о. Сахалин) в 1995 г. практически полностью разрушило этот небольшой город. Осталось только несколько домов, детские садики и больница. В результате этой катастрофы погибло более 2000 человек, а город перестал существовать.

Происхождение землетрясений

Землетрясение - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии Земли и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Самая верхняя оболочка Земли, называемая земной корой, имеет под континентами толщину порядка 30 - 70 км и сложена из затвердевших пород. Однако земная кора не монолитная оболочка. Основные плиты, на которые разделена земная кора вместе с расположенными на ней континентами и океанами, - Африканская, Индийская, Американская, Антарктическая, Евразийская и Тихоокеанская .

Вспомните из курса географии б и 7 классов, что вы знаете о движении литосферных плит.

Плиты движутся и по горизонтали, и по вертикали, приводя к образованию рельефа Земли - гор, вулканов, впадин. Их перемещения сопровождаются накоплением в земных недрах колоссальной энергии, которая, высвобождаясь в виде сейсмических волн, приводит к колебаниям земной коры. Сейсмические волны ощущаются часто как сильные движения поверхности Земли. Мы воспринимаем их как землетрясение.

Вот как очевидец описывает землетрясение: «Земля вздрогнула, ее первая судорога длилась почти 10 секунд: треск и скрип оконных рам, звон стекол, грохот падающих лестниц разбудили спящих... Как бумажный, разрывался потолок... в темноте все, казалось, падало...

Земля глухо гудела. Вздрогнув и пошатываясь, здания наклонялись, по их белым стенам, как молнии, змеились трещины, и стены рассыпались, заваливая улицы и людей среди них тяжелыми грудами острых кусков камня...»

Сильнейшие землетрясения сотрясают планету приблизительно один раз в 10 лет и часто оказываются катастрофическими. Такие землетрясения могут поражать местность в радиусе сотен километров, а ощущают их в радиусе 500-700 км и более, на площади до нескольких миллионов квадратных километров.

Самой страшной и разрушительной трагедией нашего столетия, унесшей жизни более полумиллиона человек, стало землетрясение в Китае в 1976 г. Оно произошло ночью 28 июля прямо под Тяныиуем, городом с полутора- миллионным населением. Масштаб разрушений и количество погибших были невероятно велики. Жилые дома, заводы превратились в руины; город практически перестал существовать. В земле образовались огромные трещины. Одна из трещин поглотила больницу и переполненный пассажирами поезд. Обрушились мосты, пострадали железнодорожные линии, были разорваны трубопроводы, разрушены плотины. По сообщениям гонконгской газеты, погибло более 655 тыс. человек.

Землетрясения происходят не во всех частях мира . Они бывают только в определенных районах, которые называют сейсмическими поясами.

В настоящее время известно всего два главных пояса: Тихоокеанский и Средиземноморский (Трансазиатский) .

Тихоокеанский пояс охватывает кольцом берега Тихого океана. Здесь происходит до 80% всех землетрясений. При этом разрушительные землетрясения повторяются в среднем через 150 лет.

Средиземноморский (Трансазиатский) пояс простирается через юг Евразии от Пиренейского полуострова на западе до Малайского архипелага на востоке. В зоне этого пояса происходит до 15% всех землетрясений. Разрушительные землетрясения происходят через 200- 300 лет.

Выделяются также пояса: Арктический, западной части Индийского океана и Восточно-Африканский . В этих зонах происходит до 5% всех землетрясений.

Реже всего разрушительные землетрясения происходят на платформенных равнинах (через 500-700 лет), отчего о них порой просто забывают.

Районы, где особенно часто происходят землетрясения, называют сейсмически активными.

К сейсмически опасным (активным) районам России относят Кавказ (Кабардино-Балкарская, Северо-Осетинская и Чеченская республики), Алтай (Алтайский край, Новосибирская и Кемеровская области), горы Восточной Сибири и Дальнего Востока (Красноярский край, республики Бурятия, Тува, Саха (Якутия), Иркутская, Читинская, Амурская и Магаданская области), Командорские и Курильские острова, о. Сахалин.

Место, где происходит сдвиг горных пород, называют очагом землетрясения. Очаг землетрясения обычно находится на глубине более 10 км. Над ним на земной поверхности расположено место наибольшего проявления землетрясения. Его называют эпицентром.

Причиной землетрясения обычно бывает сдвиг в скальных породах земной коры, разлом, вдоль которого один скальный массив с огромной силой трется о другой. При этом гигантская энергия вызывает колебания в скальных породах, которые могут распространяться на десятки и сотни километров во все стороны. С расстоянием их сила убывает.

Волновые колебания при землетрясении бывают в основном трех типов и передаются по скальным породам земной коры с различной скоростью. Первичные волны колеблются продольно, вторичные - поперечно, длинные волны передаются по поверхности Земли. Они перемещаются медленнее, и их часто ощущают как сильное движение поверхности Земли. Эти волны имеют большой размах и бывают причиной всех видимых разрушений.

Из мирового опыта известно, что иногда причиной землетрясения может стать дополнительная нагрузка на породы после сооружения крупных водохранилищ в зонах тектонических разломов. В таких случаях под весом огромных масс воды одна из плит начинает с большим усилием воздействовать на другую.

Именно такое землетрясение произошло в районе города Койнанагар (Индия). Его причиной стало сооружение водохранилища объемом 2,78 км3 с плотиной высотой 103 м. В ночь с 10 на 11 декабря 1967 г. сейсмический толчок силой 8 баллов в эпицентре разрушил 80% домов в Койнанаrape. Погибли 200 человек, более 1,5 тыс. человек остались без крова.

Эпицентр и очаг землетрясения с расходящимися от него волнами

Иногда бывают земные волны в буквальном смысле слова. Они движутся по земле, как по озеру. В Калифорнии при землетрясении 1906 г. в некоторых местах отмечали такие волны высотой до 1 м. Земные волны особенно опасны, так как, встряхивая здания, рушат самые прочные стены. Порой здания вибрируют так сильно, что распадаются на части.

Землетрясения подразделяют на тектонические, вулканические, обвальные, наведенные, связанные с ударами космических тел о Землю и моретрясения (табл. 1).

Большинство землетрясений мы не замечаем: их улавливают только специальные приборы - сейсмографы.

Сейсмограф - это чувствительный прибор, который улавливает и регистрирует подземные толчки, отмечает их силу, направление и продолжительность.

Сейсмографы используют в разных местах по всему миру, чтобы ежедневно фиксировать колебания земной коры, потому что она никогда не бывает в спокойном состоянии. Показания двух или нескольких сейсмографов помогают сейсмологам обнаружить место, где произошло землетрясение. 

Таблица 1

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ

Виды землетрясений	Причины и природа происхождения
Тектонические	Причиной служат тектонические процессы, постоянно происходящие на нашей планете. Сейсмические волны возникают в результате разрушения или сдвига горных пород в недрах земной коры или верхней мантии
Вулканические	Сейсмические волны возникают при извержении вулканов. Кроме сдвигов горных пород могут проявляться в виде воздушных ударных волн, образования крупных и мелких раскаленных обломков горных пород, вулканического пепла, потоков раскаленной лавы и удушливых вулканических газов
Обвальные	Причиной служат обрушения карстовых пустот или заброшенных горных выработок (рудников). При этом сейсмические волны имеют небольшую силу и распространяются на незначительные расстояния
Наведенные	Причиной служат последствия непродуманной инженерной деятельности человека. Обычно это деятельность, связанная с заполнением водохранилищ, строительством крупных гидротехнических сооружений, эксплуатацией нефтяных или газовых месторождений, закачкой жидкости в скважины и подземные пустоты, а также с проведением взрывов большой мощности
При ударе космических тел о Землю	Причиной служат удары и взрывы метеоритов, астероидов и комет. Взрыв космических тел кроме сейсмических волн формирует также воздушные ударные волны, распространяющиеся на большие расстояния
Моретрясения	Причиной служат подводные или прибрежные тектонические и вулканические землетрясения, сопровождающиеся сдвигом вверх и вниз протяженных участков морского дна. При моретрясениях возникают и распространяются на большие расстояния сейсмические и огромные гравитационные волны (цунами), производящие опустошительные разрушения на суше

Как оценивают землетрясения

Величину и мощность землетрясения характеризует магнитуда землетрясения . Под ней понимается условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями. Магнитуда измеряется по шкале Рихтера (от 1 до 9 баллов).

Однако людей больше интересует не сила подземных толчков, а уровень разрушений и соответственно объем необходимой помощи.

Интенсивность землетрясения, т. е. его воздействие на окружающую среду, измеряют по шкале Меркалли (названа в честь итальянского ученого Джузеппе Меркалли) и определяют по разрушениям и ощущениям людей, подвергшихся землетрясению.

Примерное соотношение между магнитудой землетрясения по шкале Рихтера и интенсивностью землетрясения по шкале Меркалли приведено в табл. 2.

Шкала Меркалли имеет градации от I до XII баллов.

При III баллах землетрясение ощущают многие люди, находящиеся внутри зданий. Похоже на вибрацию от проходящего поблизости небольшого грузовика. Висящие предметы колеблются.

При V баллах землетрясение ощущают большинство людей, находящихся и внутри, и снаружи зданий, спящие просыпаются. Жидкость в сосудах частично расплескивается. Двери распахиваются. Небольшие предметы смещаются или опрокидываются. Иногда качаются деревья и столбы.

При VII баллах люди испытывают страх, им трудно устоять на месте. При движении в автомобиле заметны толчки на ходу. Висящие предметы раскачиваются. Ломается мебель. Большие колокола звонят. Происходят оползания грунта на песчаных и галечных берегах. Бывают повреждения бетонных оросительных каналов.

При IX баллах начинается всеобщая паника. Возникают повреждения зданий прочной постройки, большие разрушения внутри зданий, повреждения фундаментов. Заметны трещины в грунте. Лопаются подземные трубопроводы, происходят серьезные повреждения водохранилищ.

При XI баллах обрушивается большинство кирпичных, каменных и деревянных зданий. Разрушаются некоторые мосты. В грунте образуются большие трещины. Сильно искривляются рельсы.

При XII баллах происходит всеобщее разрушение. Смещаются большие массы горных пород. На земной поверхности видны земляные волны. Предметы подбрасываются в воздух.

Опираться в определении силы толчков только на рассказы отдельных людей об их ощущениях ненадежно. Очевидцы, особенно неопытные, обычно преувеличивают силу землетрясения. Поэтому сейсмологи опрашивают многих и стараются составить объективную картину землетрясения.

И все же оценок порой недостаточно. Главный недостаток такой шкалы интенсивности в том, что инженеры и строители не могут ее использовать. Им нужны физические данные о колебаниях - об ускорении, периоде колебаний, амплитуде, спектре. Поэтому разрабатывают шкалы, в которых удается соединить оценки в баллах с физическими величинами, определяемыми при помощи приборов.

Ежегодно люди на Земле ощущают 300-350 тыс. землетрясений. На территориях, где весьма вероятны землетрясения интенсивностью 7 и более баллов, проживает половина населения Земли, расположено около 40% городов.

Таблица 2

ПРИМЕРНОЕ СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МАГНИТУДОЙ ПО РИХТЕРУ И МАКСИМАЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ПО МЕРКАЛЛИ

Магнитуда по Рихтеру, баллы	Максимальная интенсивность по Меркалли, баллы	Типичные проявления землетрясения
1 - 2	I - II	Как правило, население не ощущает такое землетрясение
3	III	Землетрясение ощущают некоторые люди, находящиеся внутри зданий; повреждения построек отсутствуют
4	IV - V	Землетрясение ощущают многие люди; повреждения построек отсутствуют
5	VI - VII	Небольшие повреждения зданий: трещины в стенах и печных трубах
6	VII - VIII	Умеренные повреждения зданий: сквозные трещины в слабых стенах, падение неукрепленных печных труб
7	IX - X	Большие повреждения: обрушения зданий некачественной постройки, трещины в прочных зданиях
8 - 9	XI - XII	Всеобщее и почти полное разрушение

По среднемноголетнему числу создаваемых ими стихийных бедствий (около 15%) землетрясения стоят на третьем месте после ураганов и наводнений, по числу жертв - на втором или третьем месте в разные десятилетия. По прямому экономическому ущербу они среди первых причин.

Древнегреческие философы более двух тысяч лет тому назад высказывали правильные, но, конечно, далеко не полные суждения о том, какие причины землетрясений . Они объясняли их провалами кровель пещер, образование которых тоже правильно со­четали с . Высказывались, предположения, что землетрясение - это

подзем­ная гроза, которая не находит выхода наружу.

Прошло с тех пор много веков и только внимательное наблюдение природы и тщательное изучение явлений, в ней происходящих, позволили во второй половине ХIX столетия правильно объяснить причины землетрясений.

Типы землетрясений

В настоящее время различают землетрясения трех типов:

• о­бвальные,
• вулканические,
• тектонические.

Обвальные землетрясения происходят в результате разрушений и перемещения больших масс пород по склонам гор, или обвалами пещер, они обычно со­провождаются одиночными ударами. связаны с действующими вул­канами. Извержения вулканов иногда сопровождаются землетрясениями. Это определенно указывает на то, что между извержениями вулканов и землетрясениями существует внутренняя связь. Область распространения землетрясений невелика, а продолжительность зависит от характера самого извержения.
Вулканические землетрясения. Землетрясения тектонического характера тесно связаны с горо­образовательными процессами (в переводе с древнегреческого «тектонике»-строительное искусство), связанные со строением земной коры, и перемещением тектонических плит. Они отличаются частой повторяемостью, значительной областью охвата и продолжитель­ностью. На землетрясения этого типа приходится наибольшее количество человеческих жертв и материальных убытков.

Связь землетрясений с другими явлениями природы

Не удовлетворяясь изучением самого процесса землетрясения, исследователи стремится установить связь землетрясений с другими явлениями природы .

• То обстоятельство, что наибольшее количество землетрясений приходится на осень и зиму, дает повод некоторым ученым усматривать здесь не слу­чайное совпадение. Действительно, совершая свой го­довой путь, и движется не по кругу, а по эллипсу. Солнце помещается не в центре этой кривой. Зимой Земля бы­вает ближе к Солнцу, летом - дальше. Отсюда естественно на­прашивается вывод о возможности влияния Солнца на земле­трясения.
• Высказываются также соображения о влиянии Луны, (подробнее: ), кото­рая ближе всех светил расположена к Земле и воздействием которой объясняются правильные чередования у берегов океана через каждые 6 часов 12,5 минуты.
• Еще больший интерес представляет попытка объяснить при­чину землетрясений влиянием воздушной . Многолет­ние наблюдения за состоянием атмосферы в Италии показали тесную связь давления воздуха с колебаниями земной коры: понижение давления усиливает их, повышение, наоборот, умень­шает.
• Резкое понижение давления, действительно, в отдельных случаях предшествовало землетрясениям. Поэтому и высказы­вались предположения, что понижение давления может служить толчком к смещению пластов земной коры, находящихся в неустойчивом равновесии, и тем самым вызвать землетря­сение.
• Устанавливается также связь между колебаниями магнит­ной стрелки и землетрясениями. В отдельных случаях отклонение стрелки наблюдалось да­же за два дня до землетрясения.
• Весьма показательно и поведение некоторых домашних жи­вотных: еще накануне они испытывают определенное беспокойство - убегают со двора, не берут корма; ослы ревут, коровы мычат, собаки воют и жмутся к человеку; голуби и воробьи уле­тают с насиженных мест, птицы покидают сады и леса.

Все более расширяются наши сведения о природе землетря­сений, а потому без преувеличения можно сказать, что, веро­ятно, не так уж долго осталось ждать точных предсказаний землетрясений, которые спасут, таким образом, не одну сот­ню тысяч человеческих жизней.

Сейсмически стойкая постройка

Если наука до настоящего времени еще не может сказать решающего слова для предупреждения землетрясений, (подробнее: ), то инженерное искусство обладает уже опытом строительст­ва асейсмических, т. е. не поддающихся разрушению, построек. Сейсмически стойкая постройка должна отвечать особым требованиям. Так при изучении катастрофических землетрясений, например в Сан-Франциско (1906), (подробнее: ), лучше всего сохранились гигантские двадцатиэтажные небо­скребы, построенные из железобетона, а также монументальные здания на прочном фундаменте. Подобные выводы дало и Ашхабадское землетрясение (1948): среди общего разрушения в городе хорошо сохранились зда­ния, связанные металлическим каркасом, такие, например, как огромные корпуса и башня текстильной фабрики. Главной основой сохранения здания является прочная связь всех его частей, что и достигается железным каркасом (остовом), (подробнее: ) и надежный фундамент, покоящийся не на тонком слое поверхностных наносов, а на коренной породе. Постройка такого типа колеблется при землетрясении как одно целое, связь отдельных частей не нарушается, и они прекрасно выдерживают те толчки, от которых кругом все разрушается.
Сохранившиеся здания. Во время землетрясения в Сан-Франциско толчки ощущались только в нижних этажах небоскребов, а в верхних они были настолько ослаблены, что люди, игравшие на бильярде на 17-м этаже (на высоте 90 метров от поверхности земли), спокойно гоняли шары. Хорошие результаты дает также циркульный тип построек, представляющий сочетание в здании отдельных помещений овальной формы. Отсутствие углов уподобляет каждую такую круглую комнату башне или минарету, обыкновенно хорошо выдерживающим толчки землетрясений. В Ашхабаде почти не пострадали бетонные башни элеватора, в то время как у примыкавшего к ним здания первый этаж был совершенно раздроблен, в результате чего все сооружение осело и покосилось. Большого внимания заслуживает также опыт деревянной стройки хорошо срубленных домов на прочном фундаменте. Действительно, учет повреждений Верненского землетрясения показал преимущество деревянной постройки: в то время как в городе не оказалось ни одного каменного дома без повреждений, деревянные дома все уцелели. Несмотря на свой сравнительно молодой возраст, сейсмология уже сейчас дает много ценных практических указаний, которые помогают не только в вопросах, какие причины землетрясений, но и в строении Земли и в разведке недр. Вместо дорогостоящих способов разведки теперь на некоторой глубине, в толще исследуемых пород, производятся взрывы динамитных патронов, затем по записям сейсмографов, после математической их обработки, делают заключение о наличии искомой залежи, глубоко скрытой под землей.

Землетрясение – это резкие импульсные сотрясения участков земной поверхности. Эти сотрясения могут быть вызваны разными причинами, что позволяет по происхождению землетрясения разделять на следующие главные группы:

• тектонические, обусловленные высвобождением энергии, возникающей вследствие деформаций толщ горных пород;
• вулканические, связанные с движением магмы, взрывом и обрушением вулканических аппаратов;
• денудационные, связанные с поверхностными процессами (крупными обвалами, обрушением сводов карстовых полостей);
• техногенные, связанные с деятельностью человека (добыча нефти и газа, ядерные взрывы и пр.).

Наиболее частыми и мощными являются землетрясения тектонического происхождения. Напряжения, вызванные тектоническими силами, накапливаются в течение некоторого времени. Затем, когда превышается предел прочности, происходит разрыв горных пород, сопровождающийся выделением энергии и деформацией в виде упругих колебаний (сейсмических волн). Область внутри Земли, где происходит образование разломов и возникновение сейсмических волн, называют очагом землетрясения ; очаг является областью зарождения землетрясения. Как правило, главному сейсмическому удару предшествуют предварительные более слабые точки – форшоки (англ. «fore» - впереди + «shock» - удар, толчок ), связанные с началом образовании разломов. Затем происходит главный сейсмический удар и следующие за ним афтершоки. Афтершоки – это подземные толчки, следующие за главным толчком из одной с ним очаговой области. Число афтершоков и продолжительность их возникновения возрастает с ростом энергии землетрясения, уменьшением глубины его очага и может достигать нескольких тысяч. Их образование связано с возникновением новых разломов в очаге. Таким образом, землетрясение обычно проявляется в виде группы сейсмических толчков, состоящей из форшоков, главного толчок (сильнейшего землетрясение в группе) и афтерошоков. Сила землетрясения определяется объёмом его очага: чем больше объём очага, тем сильнее землетрясение.

Условный центр очага землетрясения называют гипоцентром , или фокусом землетрясения. Его объём можно очертить по расположению гипоцентров афтершоков. Проекция гипоцентра на поверхность называется эпицентром землетрясения. Вблизи эпицентра колебания земной поверхности и связанные с ними разрушения проявляются с наибольшей силой. Территория, где землетрясение проявилось с максимальной силой, называется плейстосейстовой областью . По мере удаления от эпицентра интенсивность землетрясения и степень связанных с ним разрушений уменьшается. Условные линии, соединяющие территории с одинаковой интенсивностью землетрясения называются изосейстами . От очага землетрясения изосейсты вследствие разной плотности и типа грунтов расходятся в виде эллипсов или изогнутых линий.

По глубине гипоцентров землетрясения делятся на мелкофокусные (0-70 км от поверхности), среднефокуные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км). Основанная часть землетрясений зарождается в очагах на глубине 10-30 км, т.е. относится к мелкофокусным.

Регистрация и измерение интенсивности землетрясений

Ежегодно на Земле регистрируется несколько сотен тысяч землетрясений, часть из них оказываются разрушительными, часть вообще не ощущается людьми. Интенсивность землетрясений может быть оценена с двух позиций: 1) внешнего эффекта землетрясения и 2) измерения физического параметра землетрясения – магнитуды.

Определение внешнего эффекта землетрясения основано на определении его интенсивности , представляющей собой меру величины сотрясения грунта. Она определяется степенью разрушения построек, характером изменения земной поверхности и ощущениями, которые испытывают люди во время землетрясений. Интенсивность землетрясений измеряется в баллах.

Разработано несколько шкал для определения интенсивности землетрясений. Первая из них была предложена в 1883-1884 гг. М. Росси и Ф. Форелем, интенсивность в соответствии с этой шкалой измерялась в интервале от 1 до 10 баллов. Позднее, в 1902 г. в США была разработана более совершенная 12-балльная шкала, получившая название шкалы Меркалли (по имени итальянского вулканолога). Этой шкалой, несколько видоизменённой, и в настоящее время широко пользуются сейсмологи США и ряда других стран. В нашей стране и некоторых европейских странах используется 12-балльная международная шкала интенсивности землетрясений (MSK-64), получившая название по первым буквам её авторов (Медведев –Шионхойер - Карник).

Шкала MSK-64 (с упрощениями)

Баллы	Критерии
ОДИН БАЛЛ	Людьми такое землетрясение не ощущается, за исключением единичных наблюдателей, находящихся в особо чувствительных местах и занимающих определенные положения. Толчки регистрируются только специальными сейсмографами.
ДВА БАЛЛА	Землетрясение очень слабое. Колебание почвы ощущается немногими людьми, находящимися в покое, главным образом в самых верхних этажах зданий, расположенных в непосредственной близости от эпицентра.
ТРИ БАЛЛА	Землетрясение слабое. Колебания ощущаются в помещениях, главным образом в верхних этажах высотных зданий. Во время этого землетрясения раскачиваются подвешенные предметы, особенно люстры, скрипят и приходят в движение раскрытые двери. Стоящие автомобили начинают слегка раскачиваться на рессорах. Некоторые люди способны оценить длительность сотрясения.
ЧЕТЫРЕ БАЛЛА	Умеренное землетрясение. Оно ощущается многими людьми и особенно теми, кто находится в помещении. Лишь немногие люди могут почувствовать такое землетрясение на открытом воздухе, и только те, кто в данное время находится в покое. Некоторые люди ночью от такого землетрясения пробуждаются. В момент землетрясения раскачиваются подвешенные предметы, дребезжат стекла, хлопают двери, звенит посуда, трещат деревянные стены, карнизы и перекрытия. Заметно покачиваются на рессорах стоящие автомашины.
ПЯТЬ БАЛЛОВ	Ощутимое землетрясение. Оно чувствуется всеми людьми, где бы они ни находились. Просыпаются все спящие. Двери раскачиваются на петлях и открываются самопроизвольно, стучат ставни, захлопываются и открываются окна. Жидкость в сосудах раскачивается и иногда переливается через край. Бьется часть посуды, трескаются оконные стекла, местами в штукатурке появляются трещины, опрокидывается мебель. Маятниковые часы останавливаются. Иногда раскачиваются телеграфные столбы, опорные мачты, деревья и все высокие предметы.
ШЕСТЬ БАЛЛОВ	Сильное землетрясение. Ощущается всеми людьми. Многие люди в испуге покидают помещение. В момент колебания почвы и после них походка становится неустойчивой. Бьются окна и стеклянная посуда. Отдельные предметы падают со стола. Падают картины. Приходит в движение и опрокидывается мебель. Появляются трещины на стенах в кирпичной кладке. Заметно сотрясаются деревья и кусты.
СЕМЬ БАЛЛОВ	Очень сильное землетрясение. Люди с трудом удерживаются на ногах. В испуге инстинктивно выбегают из помещений. Дрожат подвешенные предметы. Ломается мебель. Многие здания получают сильные повреждения. Печные трубы обламываются на уровне крыш. Обваливается штукатурка, плохо уложенные кирпичи, камни, черепица, карнизы и неукрепленные специально парапеты. Появляются значительные трещины в грунте. Происходят оползни и обвалы на каменистых и глинистых склонах. Самопроизвольно звонят колокола. В реках и открытых водоемах мутнеет вода. Из бассейнов вода выплескивается. Повреждаются бетонные оросительные каналы.
ВОСЕМЬ БАЛЛОВ	Разрушительное землетрясение. Типовые здания получают значительные повреждения. Иногда частично разрушаются. Ветхие постройки разрушаются. Происходит отрыв панелей от каркасов. Покачиваются и падают печные и фабричные трубы, памятники, башни, колонны, водонапорные башни. Ломаются сваи. Обламываются ветви на деревьях, возникают трещины во влажном грунте и на крутых склонах.
ДЕВЯТЬ БАЛЛОВ	Опустошительное землетрясение. От действия такого землетрясения возникает паника. Дома разрушаются. Серьезно повреждаются плотины и борта водохранилищ. Рвутся подземные трубопроводы. На земной поверхности появляются значительные трещины.
ДЕСЯТЬ БАЛЛОВ	Уничтожающее землетрясение. Большая часть построек разрушается до основания. Обрушиваются некоторые хорошо построенные деревянные здания и мосты. Серьезные повреждения получают дамбы, насыпи и плотины. На земной поверхности появляются многочисленные трещины, некоторые из них имеют ширину около 1 м. Возникают большие провалы и крупные оползни. Вода выплескивается из каналов, русел рек и из озер. Приходят в движение песчаные и глинистые грунты на пляжах и низменных участках. Слегка изгибаются рельсы на железных дорогах. Ломаются крупные ветви и стволы деревьев.
ОДИННАДЦАТЬ БАЛЛОВ	Катастрофическое землетрясение. Сохраняются только немногие, особо прочные каменные здания. Разрушаются плотины, насыпи, мосты. На поверхности земли появляются широкие трещины, уходящие глубоко в недра. Подземные трубопроводы полностью выходят из строя. Сильно вспучиваются рельсы на железных дорогах. На склонах возникают крупные оползни.
ДВЕНАДЦАТЬ БАЛЛОВ	Сильное катастрофическое землетрясение. Полное разрушение зданий и сооружений. До неузнаваемости изменяется ландшафт, смещаются скальные массивы, оползают склоны, возникают крупные провалы. Поверхность земли становится волнообразной. Образуются водопады, возникают новые озера, изменяются русла рек. Растительность и животные погибают под обвалами и осыпями. Обломки камней и предметов взметаются высоко в воздух.

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 (I 0), которая выражается в баллах, и величиной магнитуды (М) существует зависимость, описываемая формулами

I 0 = 1,7М-2,2 и М = 0,6I 0 +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.

Величина ускорения показывает, с какой скоростью происходит сотрясение грунта. Ускорения, получаемые грунтом, передаются сооружениям, которые начинают раскачиваться и разрушаться. Для измерения ускорения пользуются показаниями специальных приборов - акселерографов, которыми оснащены современные сейсмографы. Ускорения в горизонтальном направлении всегда больше, чем в вертикальном. Так, максимально высокие из зарегистрированных горизонтальных ускорений составляют 1,15g, а максимально высокие вертикальные - до 0,7g. Именно поэтому наиболее опасными считаются горизонтальные толчки.

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).

Обвальные землетрясения

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

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при подземном ядерном взрыве (тектоническое оружие). 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.

Симптомы: Землетрясение, как правило, происходит глубокой ночью

или на рассвете и начинается с легкого дрожания земли, сопровождающегося

сильным подземным гулом.

Вслед за этим, порой стремительно, возникает серия сильных толчков, способных

вызвать извержение вулкана, камнепад и даже разрывы земной поверхности.

Участки земли могут подниматься и опускаться, провоцируя, в свою очередь,

оползни и цунами - гигантские приливные волны, внезапно обрушивающиеся на прибрежные зоны (они ещё называются сейсмическими волнами).

И наконец, в завершающей стадии землетрясения наблюдается уменьшение силы вибрации (из-за которой у многих начинается сильное недомогание и «морская болезнь на суше».

Опасные и вредные факторы землетрясений:

В результате воздействия поражающих факторов образуются зоны, опасные для безопасности жизнедеятельности людей и оказывающие влияние на устойчивость функционирования объектов жизнедеятельности. На территории зоны могут возникать очаги поражения. Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. 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 объёме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии, накопленной в упругодеформированных (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.

2 Изучение землетрясений

Научная геология (ее становление относится к XVIII веку) сделала правильные выводы о том, что сотрясаются главным образом молодые участки земной коры. Во второй половине XIX века уже была выработана общая теория, согласно которой земная кора была подразделена на древние стабильные щиты и молодые, подвижные горные массивы. Выяснилось, что молодые горные системы - Альпы, Пиренеи, Карпаты, Гималаи, Анды - подвержены сильным землетрясениям, в то время как древние щиты являются областями, где сильные землетрясения отсутствуют.Информация, полученная при регистрации землетрясений, очень важна для науки, она дает сведения как об очаге землетрясения, так и о строении земной коры в отдельных областях и Земли в целом. Примерно через 20 мин после сильного землетрясения о нем узнают сейсмологи всего земного шара. Для этого не нужно ни радио, ни телеграфа.

Как это происходит? При землетрясении перемещаются, колеблются частицы горных пород. Они толкают, колеблют соседние частицы, которые передают колебания еще дальше в виде упругой волны.

Таким образом, сотрясение как бы передается по цепочке и расходится в виде упругих волн во все стороны. Постепенно, по мере удаления от очага землетрясения, волна ослабевает.

Известно, например, что упругие волны передаются по рельсам далеко вперед от мчащегося поезда, наполняя их ровным, чуть слышным гулом. Упругие волны, которые возникают при землетрясении, называются сейсмическими. Они регистрируются сейсмографами на сейсмических станциях всего земного шара. Сейсмические волны, идущие от очага землетрясения к сейсмическим станциям, проходят через толщи Земли, которые недоступны для прямого наблюдения. Характеристики зарегистрированных сейсмических волн - время их появления, амплитуда, период колебаний и другие параметры - позволяют определять положение эпицентра землетрясения, его магнитуду, возможную силу в баллах. Сейсмические волны несут и информацию о строении Земли. Расшифровать сейсмограмму - все равно что прочитать рассказ сейсмических волн о том, что они встретили в глубине Земли. Это сложная, но увлекательная задача. При землетрясении вдоль поверхности Земли, как и вдоль океанов, распространяются очень длинные поверхностные сейсмические волны с периодами от нескольких секунд до нескольких минут. Эти волны по нескольку раз обегают вокруг Земли. Распространяясь от эпицентра навстречу друг другу, они заставляют колебаться весь земной шар в целом. Земной шар начинает «звучать», как гигантский колокол, когда по нему ударят, и таким ударом для Земли служит сильное землетрясение. В последние годы установлено, что основной тон такого «звучания (колебания) имеет период около одного часа и регистрируется особо чувствительной аппаратурой. Эти данные путем сложных расчетов на электронно-вычислительной машине позволяют делать выводы о физических свойствах нашей планеты, определять строение оболочки или мантии Земли на глубине в сотни километров.

В особом приборе - сейсмографе, отмечающем землетрясения, используется свойство инерции. Главная часть сейсмографа - маятник - представляет собой груз, подвешенный на пружине к штативу. Когда почва колеблется, маятник сейсмографа отстает от ее движения. Если к маятнику прикрепить иглу и к ней прижать закопченное стекло так, чтобы игла лишь соприкасалась с его поверхностью, получится наиболее простой сейсмограф, которым пользовались раньше. Почва, а вместе с ней штатив и стеклянная пластинка колеблются, маятник и игла вследствие инерции остаются неподвижными. На закопченной поверхности игла прочертит кривую колебания поверхности Земли в данной точке.

Если вместо иглы к маятнику прикрепить зеркало и направить на него луч света, то отраженный луч - «зайчик» - будет воспроизводить колебания почвы в увеличенном виде. Такой «зайчик» направляют на равномерно движущуюся ленту фотобумаги; после проявления на этой ленте можно видеть записанные колебания - кривую колебаний Земли во времени - сейсмограмму.

Интенсивность или сила землетрясений характеризуется как в баллах (мера разрушений), так и понятием магнитуда (высвобожденная энергия). В России используется 12-балльная шкала интенсивности землетрясений MSK – 64, составленная С.В.Медведевым, В. Шпонхойером и В. Карником.

Согласно этой шкале, принята следующая градация интенсивности или силы землетрясений:

1 –3 балла – слабые;

4 – 5 баллов – ощутимые;

6 – 7 баллов – сильные (разрушаются ветхие постройки);

8 – разрушительное (частично разрушаются прочные здания, заводские трубы);

9 – опустошительное (разрушаются большинство зданий);

10 – уничтожающее (разрушаются почти все здания, мосты, возникают обвалы и оползни)

11 – катастрофические (разрушаются все постройки, происходит изменение ландшафта);

12 – губительные катастрофы (полное разрушение, изменение рельефа местности на обширной площади).

Сейсмологи во всем мире пользуются одинаковыми определениями в сейсмологии:

а) сейсмическая опасность – возможность (вероятность) сейсмических воздействий определённой силы на поверхности земли (в баллах шкалы сейсмической интенсивности, амплитудах колебаний или ускорениях) на заданной площади в течение рассматриваемого интервала времени;

б) сейсмический риск – рассчитанная вероятность социального и экономического ущерба от землетрясений на заданной территории в заданный интервал времени.

Новый шаг в мировой сейсмологии сделал еще в 1902 г. академик Б. Б. Голицын, который предложил способ преобразования механических колебаний сейсмографа в электрические и регистрацию их с помощью зеркальных гальванометров.

Модель землетрясения.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.

3 Статистика по землетрясениям.

Землетрясение - это природное явление, не всегда поддающееся предсказаниям, может нанести огромный ущерб. За последние 500 лет на Земле от землетрясений погибло около 4,5 млн. человек. Международная статистика землетрясений свидетельствует о том, что в период с 1947 по 1970 гг. погибли 151 тыс. человек, с 1970 по 1976 гг. - 700 тыс. человек, а с 1979 по 1989 гг. погибли 1,5 млн. человек.