Сущность землятресения

Землетрясения

      Землетрясения – это колебания, сотрясения или смещения земной коры, вызванные глубинными тектоническими процессами.

      Землетрясение возникает при внезапном освобождении энергии, которая долгое время накапливалась  в результате тектонических процессов в относительно локализованных областях земной коры и верхней мантии.

      Область возникновения подземного толчка (очаг землетрясения) представляет собой  определённый объём пород в толще  Земли; в его пределах происходит высвобождение накопившейся энергии. В центре очага условно выделяется точка – гипоцентр, его проекция на поверхность Земли называется эпицентром.

      При землетрясениях в очаге возникают  упругие волны, которые распространяются с большой скоростью по всем направлениям. Достигая земной поверхности, они ощущаются людьми с различной степенью интенсивности. Под областью распространения понимается площадь, по которой распространяются колебания силой от 4 баллов и выше, т.е. такие, которые могут ощущаться непосредственно человеком. Б. Гуттенбергом и Ч Рихтером разработана шкала интенсивности землетрясений в связи с их энергией, так называемую абсолютную шкалу. Они предложили понятие интенсивности (магнитуде) землетрясений, которая изменяется в зависимости от максимальной амплитуды смещения частиц почвы, измеряемой с помощью сейсмографов на уловном расстоянии в 100 км от эпицентра. Самые слабые землетрясения в этой шкале имеют магнитуду 0, самые сильные – около 9. Эта шкала связана несложной зависимостью с энергией землетрясения, выделяющейся в очаге В течение длительного времени перед землетрясением в толще Земли накапливается энергия, растут упругие напряжения, и в некоторый момент эти напряжения превысят прочность горных пород, т. е. когда породы уже не могут сопротивляться внешним усилиям и разрушаются, происходит почти мгновенное смещение масс, разрыв, раздробление пород, подземный удар. При этом копившаяся длительное время потенциальная энергия освобождается, переходя в кинетическую, и количество освободившейся энергии можно измерить. Энергию землетрясений Е определяют в эргах. Считается, что очень слабое, только ощутимое землетрясение выделяет 10¹⁵ эргов, а катастрофическое – 10²⁵ эргов. Лиссабонское землетрясение оценивается в 7·10²⁷ эргов.

      Изучение  многочисленных землетрясений показало, что механизм возникновения толчка связан с внезапным и почти мгновенным перемещением масс вдоль какого-либо разлома: массы горных пород одного крыла смещаются в одном направлении, другого крыла – в другом, противоположном направлении. Такого рода смещения носят в механике наименование деформаций скалывания.  Толчок, возникший в очаге, в форме упругих волн распространяется, постепенно ослабляясь, во все стороны от очага и, достигнув земной поверхности, производит эффект землетрясения. Известны сейсмические волны нескольких типов. Важнейшие из них следующие.

      Продольные  волны, Р. Они представляют собой волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой, со скоростью порядка нескольких километров в секунду (в зависимости от упругих свойств среды). Продольные волны возникают как реакция среды на изменение объёма (объёмная деформация). Они распространяются как в твёрдых, так и в жидких и газообразных средах. Частицы вещества при этом колеблются в направлении движения волны.

      Поперечные  волны, S. Они являются результатом реакции среды на изменение формы. Следовательно, они не могут распространяться в жидкой и газообразной средах, поскольку жидкие и газообразные вещества не сопротивляются изменению формы, которой они обладают (модуль сдвига μ=0). Частицы вещества при этом колеблются по преимуществу в направлении, перпендикулярном к направлению движения волн. Скорость распространения волн S меньше скорости волн Р в 1,7 раза.

      Поверхностные волны (волны Релея),L. Они возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, жидкой и газообразной или твёрдой и газообразной под воздействием колебаний приходящих от очага землетрясений к этой границе. Они отличаются наименьшей скоростью, по сравнению с волнами Р и S, скоростью распространения и быстро затухают как с глубиной, так и с удалением от эпицентра, но в эпицентре могут повести к большим повреждениям.

      Большинство землетрясений происходит на глубинах до 70 км, такие землетрясения называются поверхностными. Землетрясения, которые происходят на глубинах от 70 до 300 км, называют промежуточными, а глубже 300 км – глубокими. До сих пор не было зарегистрировано ни одного землетрясения глубже 720 км.

      Различают сильные и слабые землетрясения: слабые землетрясения возникают  повсеместно, но их общая энергия  незначительна. Некоторые из них связаны с вулканической деятельностью. К сильным землетрясениям относят землетрясения с магнитудой более 5,5.

      Землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические, обвальные. Ежегодно на планете происходят сотни тысяч землетрясений, из них одно катастрофическое и десять сильно разрушительных землетрясений. Последние отличаются чрезвычайно высокой энергией. Так, учёные подсчитали, что энергия землетрясений в высокогорной части Тибета 15.08 50 г была эквивалентна энергии взрыва 100 тыс. атомных бомб. Поэтому вполне естественно, что землетрясениям принадлежит первое место по причинённому экономическому ущербу и одно из первых мест по числу жертв. Наиболее известные катастрофические землетрясения XX века: Калифорнийское (1906 г., погибло 700 тыс.человек), Мессинское (1908 г., погибло 82 тыс.), Токийское (1923г., 140 тыс человек), Китайское (1976 г., около 150 тыс. человек), Мексиканское 91985 г., 10 тыс.), Армянское (1988 г., 25 тыс. человек), Турецкое (1999 г., 16 тыс. человек). В результате Армянского землетрясения оказались без крова 514 тыс. человек, сильно пострадали города Ленинакан, Кировокан, полностью разрушены г. Спитак и 58 сёл. Последствия землетрясения не устранены до сих пор.

      В России к наиболее опасным сейсмическим районам относятся Кавказ, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Курильские острова, Камчатка. Постоянной угрозе разрушительных землетрясений подвержено 20 % территории страны.

      Одним из сильнейших землетрясений в истории  России стало Сахалинское – 27 мая 1995 года. Согласно официальным данным, общая площадь, которая подверглась катастрофическим сейсмическим толчкам, составила 215 тыс. км², был полностью разрушен г. Нефтегорск, погибло около 2 тыс. человек.

      Землетрясения являются важным экологическим фактором нарушения формирования среды, изменения структур и местообитаний биоценозов. Землетрясения вызывают в свою очередь и другие стихийные бедствия: цунами, лавины, сели, оползни, наводнения (из-за прорыва плотин), пожары (при разрушении нефтехранилищ и разрыве газопроводов), повреждение коммуникаций, линий электропередач, водоснабжения и канализации, аварии на химических предприятиях с истечением (разливом) сильнодействующих ядовитых веществ, а также на АЭС с утечкой (выбросом) радиоактивных веществ в атмосферу и др.

      При оценке количества энергии, выделяющейся при землетрясении, рекомендовано  применять единую 12-балльную шкалу MSK-64. В её основе лежит шкала магнитуд (М), с помощью которой измеряют изменяющуюся по определённому закону величину смещения почвы от эпицентра землетрясения к его краям под действием поверхностных упругих волн. Нулевой уровень магнитуды – это энергетический уровень такого землетрясения, энергия которого ниже энергии самого слабого, регистрируемого приборами землетрясения. За максимальный уровень магнитуды принята энергия возможного сильнейшего землетрясения, приблизительно равная 10¹⁸ Дж и соответствующая энергии разрыва самых прочных пород земной коры.

      В зависимости от интенсивности колебаний  грунта на поверхности землетрясения  подразделяются на: слабые (1-3 балла); умеренные (4 балла); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).

      По  изменению характерных свойств  земли, а также необычному поведению живых организмов перед землетрясениями (они носят название предвестников) специалисты способны составлять приблизительные прогнозы. Такими предвестниками землетрясений являются:

  - деформации земной коры, определяемые  путём наблюдений из Космоса, или съёмки на поверхности Земли с помощью лазерных источников света. Внедрение в геологические и географические науки высокотехнологичных приборов GPS (Global Position System – Cистема Глобального Позиционирования) позволила решить многие вопросы в науках о Земле на более высоком уровне. Система Глобального Позиционирования внедрена во всём мире и используется геологами, географами, океанологами, сейсмологами, геофизиками, климатологами, биологами, почвоведами, работниками сельского хозяйства (для межевания почв и земель) и т.д. Полученные данные позволяют создать кинематическую модель горизонтальных движений и приступить к моделированию процессов современного деформирования с использованием этих данных для выявления эпицентров возможных землетрясений.

-Изменение отношений скоростей распространения продольных и поперечных волн накануне землетрясений.

-Изменение  электросопротивления горных пород,  колебание уровня грунтовых вод  в скважинах.

-Быстрый  рост частоты слабых толчков.

-Повышение  концентрации радона в воде и др.

      Во  многих регионах России и за рубежом  ведутся работы по предсказанию землетрясений  с использованием самых различных  показателей. На Северном Кавказе существует густая сеть скважин, где постоянно  ведутся режимные гидрогеологические наблюдения и замеры изменений химического состава воды, содержаний радона и других элементов. В компьютерном варианте разработана программа предвестников землетрясений. По их данным были предсказаны несколько землетрясений на Кавказе и  в Турции. На Камчатке по измерениям концентраций подпочвенного радона было предсказано 5 успешных прогнозов при одном пропуске сильного землетрясения 8 марта 1999 года. Там же на Камчатке по измерениям параметров высокочастотных сейсмических шумов из 14 землетрясений не было предсказано только 1. Это очень высокий процент прогноза. Имеются предсказания землетрясений по измерениям содержаний аргона в воде и почве.

      Моретрясения  и цунами.

      Очаги многих землетрясений лежат по океанами. В этих случаях колебания, возникшие  в очаге, проходят через толщу литосферу и вступают в водную среду, по которой распространяются со скоростью около 1,5 км/сек. Дойдя до поверхности воды, они создают эффект моретрясения. Для оценки силы моретрясения используется 6-балльная шкала.

      В этом случае, если при подводном землетрясении происходит внезапное перемещение участков дна океана, тогда изменяется объём водного бассейна, в движение приходят большие массы воды и на поверхности океана образуются волны особого рода, которые получили название цунами. Землетрясения, которые не сопровождаются изменением топографии дна океана, не влекут за собой образование цунами. Извержения подводных вулканов влекут за собой образование цунами, так как происходит резкое изменение объёма воды.

      Цунами  распространяются по поверхности океана с большой скоростью – от 400 до 800 км в час, и проходят огромное расстояние, иногда пересекая, например, весь Тихий океан. Во время движения по открытому океану волны цунами обладают очень большой длиной (расстояние от гребня до гребня – 200-300 км), но высота их невелика и они практически незаметны. Но по мере приближения к берегу высота цунами растёт; в некоторых случаях отмечались волны высотой до 20 м. Обрушиваясь на берег, эти волны проходят далеко вглубь суши и причиняют много разрушений.

      Так, 4-5 ноября 1952 года сильное землетрясение с эпицентром в северной оконечности Курильской впадины вызвало образование цунами, которые через 30-40 минут достигли берегов Камчатки и Курильских островов и причинили здесь в ряде пунктов огромные разрушения. Были смыты в море суда. Погибло много людей.

      Аналогичные катастрофические цунами отмечались и  в прошлом. На берегах и островах Тихого океана на протяжении последних 2,5 тыс. лет отмечено более 300 сильных цунами, в Атлантическом океане – около 30. В Японии известно более 20 случаев цунами, сопровождавшиеся разрушением береговых сооружений и жертвами. На Камчатке и Курилах разрушительные цунами отмечены в 1737, 1792, 1918, 1923 годах. Сильные цунами обрушились на г. Лиссабон, при катастрофическом землетрясении 1755 года.

      В связи с тем, что от момента  землетрясения, которое отмечается сейсмическими станциями, до момента  появления цунами у берегов проходит некоторый промежуток времени, можно  организовать службу предупреждения населения о грозящей опасности. Такие попытки уже предпринимались, и с успехом. Необходимо лишь иметь достаточное время, чтобы уйти с низкой части берега в глубь суши или подняться на холмы, куда не проникают даже высокие цунами.

      Сейсмичность  Алтая

  В настоящее время происходят активные процессы на Солнце и в солнечной системе, недавний парад планет и  аномальные перемещения магнитных полюсов Земли – северного со скоростью до 15 км в год, южного – 8-9 км в год, в то время как нормальное перемещение при динамически стабильном периоде – смещение магнитных полюсов происходит со скоростью 3-4 см в год. Объяснение этого феномена кроется в крупных перемещениях вещества в нижней мантии и ядре Земли.   Резко активизировались эндогенные процессы по всему земному шару – многочисленные землетрясения, вулканические извержения (в том числе и в области Охотско-Средиземноморского пояса, куда попадает и территория Горного Алтая).

  Есть  сведения об активизации процессов  под Эльбрусом на Северном Кавказе. В конце 2004 года серия катастрофических землетрясений в Японии и Юго-Восточной Азии подтвердили аномальность развития Земли в последнее время. В результате землетрясения и моретрясения в Юго-Восточной Азии произошло смещение крупных литосферных плит на 30 метров, что зафиксировано с помощью спутников и сети GPS- геодезии. Такое аномальное моретрясение сказалось на положении Земной оси и продолжительности суток.