Геофизические чрезвычайные ситуации: землетрясения, вулканы

1.6.Вулканы  России и другие  типы.

Обширные  пространства России в Европе и Азии принадлежат к малоподвижным  участкам земной коры - платформам - и  только на окраинах (Кавказ, Средняя  Азия, Дальний Восток) существуют геосинклинальные зоны, отличающиеся большой сейсмичностью и активным вулканизмом. Действующие вулканы на территории России находятся лишь на самой восточной окраине: на п-ове Камчатка и Курильских островах.

Исследования  русских вулканов начал еще в XVIII в. друг и современник М. В. Ломоносова путешественник и географ С. П. Крашенинников, посетивший и изучавший Камчатку в 1737-1741 гг. Его талантливая книга “Описание Земли Камчатки”, где две главы “об огнедышащих горах” и “0 горячих ключах” впервые посвящены описанию камчатских вулканов и гейзеров, является первым научным трудом по исследованию вулканов и началом русской вулканологии. Позднее поступали редкие отрывочные сведения о вулканах Камчатки от моряков и путешественников. Наиболее глубокие исследования вулканов Камчатки начал в 1931 г. А. Н. Заварицкий, который выявил связь линейного расположения вулканов с внутренним строением полуострова, с вероятными по этим направлениям глубокими разломами в земной коре.

В 1935 г. по инициативе Ф. Ю. Левинсон-Лессинга была организована у подножия Ключевской Сопки вулканологическая станция Академии наук СССР для систематических научно-исследовательских наблюдений современной деятельности камчатских вулканов. О вулканической деятельности на Курильских островах были опубликованы в конце прошлого и начале текущего столетий отрывочные сведения путешественников Б. Р. Головина и Ф. Крузенштерна, Д. Мильна и Г. Снoу. После Bеликой Отечественной войны вулканы Курильских островов более детально изучали Г. Б. Корсунская и Б. И. Bлодавец, а в настоящее время их изучение продолжают научные сотрудники Камчатской вулканологической станции. П-ов Камчатка представляет собой один из немногих участков земной поверхности, обильно насыщенный вулканами. в настоящее время здесь насчитывается не менее 180 вулканов, из которых 14 активно действующих, 9 вулканов затухающих и более 157 вулканов потухших. Кроме вулканов Камчатка изобилует гейзерами, горячими источниками и вулканическими сальзами. П-ов Камчатка расположен в подвижной зоне земной коры, захваченной альпийской складчатостью и вулканизмом, и относится к вулканическому Тихоокеанскому “огненному кольцу”. Характер поверхности полуострова типичен для горно-вулканической страны. Вдоль полуострова вытянуты в северо-восточном направлении два горных хребта: в западной части проходит Срединный хребет, а вдоль восточного побережья Восточно-Камчатский. Вулканы Камчатки расположены в виде трех полос вдоль полуострова. В первой, восточной, полосе расположено большинство вулканов, образующих цепь в виде своеобразного горного хребта, который тянется с юга от м. Лопатка вдоль восточного побережья до Кроноцкого озера, затем как бы пересекает Восточно-Камчатский хребет и тянется дальше на север вдоль западных его склонов. Вторую, центральную, полосу составляет группа немногочисленных вулканов, приуроченных в Срединному хребту. В третью, западную, полосу выделяется несколько потухших вулканов на западном побережье полуострова.

Современный этап вулканической деятельности на Камчатке продолжается до настоящего времени, хотя и с меньшей интенсивностью, чем в ранние этапы. В результате многократных этапов вулканизма более 40% поверхности полуострова покрыто продуктами вулканических извержений. Современная вулканическая деятельность сосредоточена в восточной полосе, в которой на каждые 7 км приходится действующий вулкан. Из действующих вулканов наиболее активными являются Ключевской, Карымский, Авачинский и Безымянный, считавшийся потухшим, но в конце 1955 г. возобновивший свою деятельность серией энергичных извержений, продолжавшихся в течение всей зимы 1955-1956 гг.; менее активны Шивелуч.

Вулканы Курильских островов приурочены к глубоким разломам в земной коре являющимся продолжением разломов Камчатки. Вместе с последней они образуют одну вулканическую и тектоническую Курило-Камчатскую дугу, выпуклую в сторону Тихого океана. На Курильских островах насчитывается 25 действующих вулканов (из них 4 подводных), 13 затухающих и более 60 потухших. Вулканы Курильских островов изучены еще очень мало. Вулканическая деятельность на Курильских островах сопровождается многочисленными горячими источниками с температурой от 36 до 100 С. Источники разнообразны по форме проявления и солевому составу и еще менее изучены, чем вулканы.

Глава 2. Землетрясения.

Введение

Землетрясение - одно из самых древних катастрофических явлений на Земле. Несмотря на это, пока никто не знает, где, когда и какой силы произойдет следующее  землетрясение. Землетрясение возникает при внезапном освобождении энергии, которая долгое время накапливается в результате тектонических процессов в относительно локализованных областях земной коры и верхней мантии. При этом происходит разрыв (разлом) горных пород, иногда на многие десятки километров.  
Область, где возникает процесс разрушения, называется очагом, гипоцентром. 
Проекция очага или его области на земную поверхность называется 
эпицентром или эпицентральной областью. Если очагом является протяженный сброс вдоль вертикальной плоскости, то эпицентром будет длинная полоса; при наклонной плоскости сброса эпицентральная область будет представлена широкой полосой. Диаметрально противоположное эпицентру место на земном 
шаре называют антицентром; расстояние от эпицентра до какой-либо точки на земной поверхности - эпицентральным. Время возникновения землетрясения называют моментом землетрясения или временем в очаге. Большинство землетрясений происходит на глубине до 70 км, такие землетрясения называются поверхностными. Землетрясения, которые происходят на глубине от 70 до 300 км, называют промежуточными, а глубже 300 км - глубокими. Свыше 75% энергии, выделенной при землетрясениях принадлежит поверхностным и только 3% - глубоким. Различают сильные и слабые землетрясения: слабые землетрясения возникают повсеместно, но их общая энергия незначительна. Некоторые из них связаны с вулканической деятельностью. Анализ распределения сильных землетрясений по земному шару показывает, что примерно 75% поверхностных, 90% промежуточных и почти все глубокие землетрясения сосредоточены в Тихоокеанском кольце из островных дуг, глубоководных желобов и горных хребтов. Большая часть сильных землетрясений происходит также в Альпийско-Гималайском поясе. Так, очаги сильных промежуточных землетрясений были зарегистрированы в Румынии и на Гиндукуше. Арктическо-Атлантический пояс возникновения землетрясений и пояс Индийского океана, также совпадают с подводными горными цепями. Распределение землетрясений по энергии, по географическим зонам, а также их связь со строением этих зон, т.е. вся эта совокупность характеристик, объединяются понятием сейсмичность. Пояса сейсмической активности делят всю поверхность земного шара на блоки, внутренние части которых можно считать асейсмическими. 

2.1.Механизмы  возникновения землетрясений. 

Выяснение причин землетрясений и объяснение их механизма - одна из 
важнейших задач сейсмологии. Общая картина происходящего представляется следующей.  В очаге происходят разрывы и интенсивные неупругие деформации среды, приводящие к землетрясению. Деформации в самом очаге носят необратимый 
характер, а в области, внешней к очагу, являются сплошными, упругими и преимущественно обратимыми. Именно в этой области распространяются сейсмические волны. Очаг может либо выходить на поверхность, как при некоторых сильных землетрясениях, либо находиться под ней, как во всех случаях слабых землетрясений. Путем непосредственных измерений были получены до сих пор довольно немногочисленные данные о величине подвижек и видимых на поверхности разрывов при катастрофических землетрясениях. Для слабых землетрясений непосредственные измерения невозможны. Наиболее полные измерения разрыва и подвижек на поверхности были проведены для землетрясения 1906г. в Сан-Франциско. На основании этих измерений Дж. Рейд в 1910г. выдвинул гипотезу упругой отдачи. Она явилась отправной точкой для разработки различных теорий механизма землетрясений. Основные положения теории Рейда следующие:  
1. Разрыв горных пород, вызывающий землетрясение, наступает в результате накопления упругих деформаций выше предела, который может выдержать горная порода.  
2. Относительные перемещения блоков нарастают постепенно.  
3. Сейсмические волны возникают на поверхности разрыва - сначала на 
ограниченном участке, затем площадь поверхности, с которой излучаются волны, растет, но скорость ее роста не превосходит скорости 
распространения сейсмических волн. 
В настоящее время для изучения механизма землетрясений используют записи сейсмических станций, размещенных в разных точках земной поверхности.

2.2.Расчёты  энергии землетрясений  

Оценка  энергии землетрясений представляет большое значение для выявления их взаимосвязи и причин возникновения. Такая связь существует: слабые землетрясения могут являться предвестниками сильных. Важно классифицировать землетрясения по величине энергии. Оценка их силы в баллах, может быть дана далеко не всегда (особенно в малонаселенных районах и на морях). Немаловажно, что балльная оценка делается, как правило, не для эпицентра, а для ближайшего к нему населенного пункта. Энергия же землетрясения может быть рассчитана по данным сейсмических станций для любого зарегистрированного колебания, причем это будет величина, характеризующая не эпи-, а гипоцентральную область землетрясения.  
С энергетической точки зрения землетрясение есть "освобождение" энергии деформации и переход в другие формы. Освобождающаяся энергия расходуется главным образом на разрушение горных пород в районе очага, часть ее переходит в тепло и лишь небольшая доля этой энергии идет на образование упругих волн, излучаемых очагом. Землетрясения очень различаются по величине энергии, это заставляет нас сравнивать энергию разных по силе землетрясений по логарифмической шкале. Обычно достаточно определить значение энергии с точностью до порядка.  Определение энергии по методу Б.Б. Голицына сводится к нахождению полного потока энергии сейсмической волны в окрестности очага по плотности потока энергии в точке наблюдения. Из анализа сейсмограмм удаленных сейсмических станций видно, что главная часть энергии приходится всегда на так называемую главную фазу землетрясения, т.е. на долю сейсмических волн, распространяющихся вдоль поверхности Земли. При выводе формул для энергии землетрясения было сделано предположение об однородности излучения энергии из очага. Наблюдения, однако, показывают, что это предположение не соответствует действительности, так как очаг всегда характеризуется направленностью излучения. Поэтому для получения истинной величины энергии нужно усреднять значения, полученные по данным сейсмических станций. 
 
2.3. Поиск предвестников.

Одним из методов поиска предвестников землетрясений является мониторинг электрического сопротивления земной коры. Физическим основанием для этого является высокая чувствительность удельного электрического сопротивления горных пород к изменениям их напряженного состояния, которая объясняется тем, что в условиях естественного залегания горных пород в земных недрах их удельное электрическое сопротивление практически не зависит от сопротивления минерального скелета, а определяется количеством и минерализацией воды в порах и трещинах породы,  

2.4. Сейсмические предвестники

Изучение  сейсмического режима и изменений  его во времени в целях поиска возможных предвестников сильных землетрясений занимает особое место среди других методов прогноза землетрясений. С точки зрения организации массовых наблюдений важно отметить, что сейсмические наблюдения в различных регионах мира проводятся и независимо от задач прогноза землетрясений. В частности, они являются неотъемлемой частью системы мониторинга подземных ядерных взрывов, и поэтому многие задачи поиска предвестников землетрясений могут решаться на основании сейсмических данных без установки дополнительных сейсмических станций. Имеются обширные каталоги землетрясений отдельных регионов, материалы мировой сети сейсмических наблюдений, а также сведения об исторических 
землетрясениях. Все это позволяет сопоставлять особенности развития сейсмического процесса, как в различных регионах мира, так и в различные периоды времени, оценивать значимость тех или иных эффектов прогностического характера и количество ложных тревог. 
Важным требованием к используемым для анализа сейсмологическим данным является однородность каталога землетрясений, поскольку в противном случае возможно возникновение целого ряда “аномальных” изменений сейсмического режима. Это может быть обусловлено изменениями количества станций в сети, конфигурации их расположения, сменой типа аппаратуры или изменением ее 
чувствительности, изменениями методики обработки данных. Те же самые причины могут вызывать и другой эффект, связанный с систематическими изменениями в определении энергетических характеристик землетрясений. Следует отметить, что при малом количестве станций в сети эффекты могут возникать, например, из-за того, что отдельные землетрясения не удается регистрировать с достаточной точностью на всех станциях сети. 
 
2.5. Электромагнитные предвестники

Одним из возможных механизмов электризации горных пород при их 
деформировании и разрушении может быть пьезоэффект.  
Электризация возникает при неоднородном поле напряжений в образце, 
причем появление электрического поля и его изменения отражают наличие динамических процессов в очаге готовящегося разрушения независимо от характера развития механических напряжений в массиве горных пород. Наблюдения за вариациями естественных электрических полей широко и весьма успешно используются для изучения напряженного состояния массивов в горных выработках. С помощью этого метода определяют расположение и размеры нарушенных зон массива и их развитие.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

Современные действующие вулканы представляют собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному  наблюдению, сыгравшее огромную роль в развитии геологической науки. Однако изучение вулканизма имеет не только познавательное значение. Действующие вулканы наряду с землетрясениями представляют собой грозную опасность для близко расположенных населенных пунктов. Моменты их извержений приносят часто непоправимые стихийные бедствия, выражающиеся не только в огромном материальном ущербе, но иногда и в массовой гибели населения. Хорошо, например, известно извержение Везувия в 79 г.н.э., уничтожившее города Геркуланум, Помпею и Стабию, а также ряд селений, находившихся на склонах и у подножия вулкана. В результате этого извержения погибло несколько тысяч человек. Так современные действующие вулканы, характеризующиеся интенсивными циклами энергичной деятельности и представляющие собой, в отличие от своих древних и потухших собратьев, объекты для научно-исследовательских вулканических наблюдений, наиболее благоприятные, хотя далеко не безопасные. Таким образом, и в горных выработках методов измерения электрических полей оказывается информативным средством изучения изменений напряженного состояния массивов, что также находит применение в решении проблемы прогноза землетрясений. 
 
 
 
 

Используемая  литература

Апродов В.А. Вулканы. - М.: Мысль, 1982.

Мархинин Е.К. Вулканизм. - М.: Недра, 1985.

Влодавец В.И. Вулканы Земли. – М.: Наука, 1973.

Ритман А. Вулканы  и их деятельность. –Пер. с англ. – М.: Мир, 1964.

Лебединский В.И. Вулканы и человек. – М.: Недра, 1967.

Сидорин А.Я. “Предвестники  землетрясения”. Наука 1992 г. 

Линьков Е.М. “Сейсмические явления”. Ленинградский  университет 1987г.