Сила незаметного сотрясения почвы

Геология

о теории и практике

Сила и энергия землетрясений. Часть1.

В эпицентре землетрясения многие предметы на поверхности Земли, испытывая удары, идущие непосредственно снизу, «подбрасываются» и затем становятся на свое место. Высокие сооружения, например многоэтажные каменные здания, разрушаются от сильных вертикальных ударов. По мере удаления от эпицентра угол выхода ударов уменьшается и увеличивается горизонтальная составляющая действующих на поверхности импульсов. Косые и горизонтальные толчки выводят предметы из вертикального положения, опрокидывают их, иногда поворачивают, создавая впечатление волнообразного и вращательного движения. Силу возникающих на земной поверхности сотрясений определяют по их непосредственным действиям или вычисляют на основании сейсмограммы. По мере удаления от эпицентра сила землетрясения убывает и на смену резким сотрясающим колебаниям постепенно приходят более спокойные.

Одной из первых попыток объективной классификации силы землетрясений была 10-балльная шкала Росси — Фореля, в основу которой были положены чисто описательные признаки. Более совершенной является шкала Меркалли — Канкани — Зиберга, построенная на величинах ускорения, сообщаемого почве сейсмическими волнами (чем сильнее землетрясение, тем больше ускорение частиц почвы при толчках или, иначе говоря, тем меньше период колебаний по отношению к их амплитуде).

В России в настоящее время применяется 12-балльная шкала землетрясений, построенная на основании объективных записей сейсмографов, дающих величину колебаний при толчках, а также на основании ощущений людей и наблюдаемых явлений (табл. 28). Эта шкала составлена согласно шкале ГОСТ 6249—52, разработанной Академией наук СССР для 6—9-балльных землетрясений. Шкала ГОСТ 6249—52, введенная с 1 января 1953 г., построена на основе инструментальных наблюдений со специальными вертикальными маятниками. Величина максимального относительного смещения маятника такого сейсмографа характеризует силу землетрясения. В пределах от 6 до 9 баллов максимальное смещение маятника составляет (мм): при 6 баллах — от 1,1 до 2,0; при 7 — от 2,1 до 4,0; при 8 — от 4,1 до 8,0; при 9 — от 8,1 до 16,0. При 11-балльных землетрясениях смещение маятника 32,0 мм и более. Известное неудобство этой шкалы в том, что при слабых землетрясениях (1—4 балла) амплитуда мала и ее трудно обнаружить и измерить. Для 12-балльных землетрясений данных нет, потому что такие толчки в бывшем СССР не наблюдались.

Механическую энергию, выделяющуюся при землетрясениях, пробовали определять несколькими способами. Все эти определения являются ориентировочными и могут дать только приблизительную величину той работы, которая выполняется при землетрясении. Увеличение оценки землетрясения на полбалла соответствует десятикратному возрастанию освобождающейся „при землетрясениях энергии. Таким образом, энергия самых сильных землетрясений относится к энергии слабых, как 10 17 к 1.

ТАБЛИЦА 28

УничтожающееСильное повреждение каменных домов солидной постройки, некоторые совершено или в большей части обваливаются. Фахверковые постройки сдвигаются с фундамента, рамы их ломаются. Штукатурка на деревянных домах дает трещины и щели. Старые деревянные дома несколько кривятся

Рыхлая и особенно влажная почва дает трещины до нескольких сантиметров шириной. Вдоль берегов рек появляются трещины до метра шириной. Наблюдаются оползни рыхлой почвы со скалистых склонов и обвалы скал. На крутом побережье обваливаются значительные участки, па пологом наблюдаются скользящие сдвиги песчаных и илистых масс. Частое изменение уровня воды в колодцах, выплескивание на берег воды из рек, каналов, озер и др. Каменные и фахверковые постройки разрушаются вместе с фундаментом. Хорошо построенные деревянные дома и мосты сильно повреждаются и даже разрушаются. Значительное повреждение насыпей и плотин. Легкое искривление железнодорожных рельсов. Трубопроводы в почве разрываются или закупориваются. Мостовые дают трещины и волнообразные складки вследствие выпучиванияИКатастрофаМногочисленные и значительные изменения в поверхностных слоях земли. Образуются широкие трещины в горизонтальном и вертикальном направлениях. Выступает вода с песком и илом. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти совершенно разрушаются. Прочные плетневые постройки могут уцелеть лишь частично. У больших мостов разрушаются каменные устои, искривляются фермы. Менее разрушаются более упругие деревянные мосты. Полный разрыв, часто на значительном протяжении, насыпей и плотин. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов. Подземные трубопроводы совершенно разрываются12Сильная катастрофаИзменения в почве достигают огромных размеров. В покрытой растительностью скалистой почве образуются сбросовые трещины со значительным смещением, сдвигами и разрывам. Многочисленные обвалы скал, оползни, осыпание берегов па значительном протяжении. Различные изменения в подземных и надземных водоемах. Появление водопадов, подпруд на озерах, отклонение течения рек и т. д. Ни одно сооружение не выдерживаетПримечание. Шкала приведена в сокращенном виде. Продолжение.

Источник

Землетрясения

Землетрясения — это подземные толчки, сопровождающиеся колебаниями земной поверхности.

Ежегодно на планете происходят сотни тысяч землетрясений. Однако бóльшая их часть имеет незначительную интенсивность и остается практически незамеченной. Действительно сильные землетрясения, чреватые значительными разрушениями, происходят на Земле в среднем раз в две недели. Нас спасает лишь то, что случаются они преимущественно на дне океанов. Хотя землетрясения мощнее семи баллов могут навредить даже оттуда, порождая гигантские волны-цунами, которые сеют опустошение и смерть в прибрежных районах.

Но наибольшую опасность людям несут, конечно же, мощные землетрясения на суше. Они чреваты значительными разрушениями и многочисленными человеческими жертвами. Материальный ущерб от каждого из таких катаклизмов может составить сотни миллионов долларов.

Причины и виды

Землетрясения бывают тектоническими, вулканическими и обвальными.

Тектонические землетрясения возникают из-за резких смещений горных плит или в результате ухода океанической платформы под материк. Ведь поверхность земли состоит из материковых и океанических платформ, которые, в свою очередь, состоят из отдельных блоков. Когда блоки находят друг на друга, то они могут подняться вверх, и образуются горы, или опустятся вниз, и образуются впадины, или одна из плит уйдёт под другую. Все эти процессы сопровождаются колебаниями или сотрясениями земли.

Вулканические землетрясения происходят из-за того, что потоки раскалённой лавы и газов давят снизу на поверхность Земли и таким образом заставляют почувствовать, что земля уходит из-под ног. Вулканические землетрясения обычно не очень сильные, но могут длиться довольно долго, иногда несколько недель. Часто такие землетрясения предупреждают о скором извержении вулкана, что является даже более опасным, чем само землетрясение.

Иногда под землёй образуются пустоты, например, под воздействием грунтовых вод или подземных рек, размывающих землю. В этих местах земля не выдерживает собственной тяжести и обрушивается, вызывая небольшое сотрясение. Это называется обвальным землетрясением.

Самыми разрушительными и страшными являются тектонические землетрясения.

Место, в котором происходит столкновение плит или мощный взрыв, связанный с выходом накопившейся в земле энергии, называется очагом землетрясения, или гипоцентром. Когда взрыв произошёл, ударная волна со скоростью более 5 км/с (в зависимости от мощности взрыва) начинает распространяться во все стороны, доходит до поверхности земли (эту область на поверхности называют эпицентром, и расположена она непосредственно над гипоцентром) и расходится в стороны по окружности. В эпицентре происходят самые сильные разрушения, а на окраинах области, затронутой землетрясением, люди могут даже ничего не почувствовать.

Сейсмические волны

Сейсмические волны, которые возникают при землетрясении, делятся на несколько типов.

• P-волны. Это волны сжатия, или первичные волны. Они инициируют колебания частиц пород вдоль направления своего распространения, порождая чередующиеся участки сжатия и разрежения. Их скорость в 1,7 раза превышает скорость волн сдвига. Именно эти волны в первую очередь регистрируют сейсмостанции. Скорость P-волны соответствует скорости звука в конкретной горной породе. Если же частота такой волны превышает 15 Гц, она может быть воспринята на слух как подземный гул или грохот.
• S-волны — это волны сдвига, или вторичные поперечные сейсмические волны. Они инициируют колебания частиц пород перпендикулярно направлению распространения волны.
• L-волны — поверхностные, или длинные, волны. Вызывают наиболее сильные разрушения.

Подобно звуковым, сейсмические волны распространяются во все стороны от очага землетрясения со скоростью до 8 км/с.

Глубина очага, как правило, не превышает 100 км, однако в отдельных случаях может достигать и 700 км. Временами очаг землетрясения может находиться у самой поверхности земли. По глубине расположения очага землетрясения классифицируют:

• нормальные — с глубиной 70–80 км;
• промежуточные — в пределах 80–300 км;
• глубокие — свыше 300 км.

География явления

Распределение землетрясений на планете достаточно неравномерно. Определяется оно главным образом взаимодействием и перемещением литосферных плит.

Основной сейсмический пояс, где выделяется около 80% всей сейсмической энергии, находится в Тихом океане. Здесь, в районах глубоководных желобов, происходят подвижки литосферных плит под континент. Остальная часть энергии выделяется в Евроазиатском складчатом поясе. Это происходит в местах столкновения Евроазиатской плиты с Индийской и Африканской плитами, а также в районах срединно-океанических хребтов.

Сейсмология

Землетрясения изучает наука сейсмология. В разных странах мира ученые проводят наблюдения за поведением земной коры. В этом им помогают специальные приборы — сейсмографы. Они измеряют и автоматически записывают малейшие сотрясения, происходящие в любой точке земного шара. При колебаниях земной поверхности основная часть сейсмографа — подвесной груз — вследствие инерции приходит в движение относительно основания прибора, и самописец фиксирует сейсмический сигнал, передаваемый маркеру.

Важной задачей сейсмологии является прогноз землетрясений. К сожалению, современная наука еще не может точно их предвидеть. Сейсмологи могут более-менее достоверно определить район и силу землетрясения, но его начало спрогнозировать очень сложно.

Сила землетрясений

Для оценки силы землетрясения используют шкалу магнитуд и шкалу интенсивности.

Первая различает землетрясения по величине магнитуды — энергетической характеристики землетрясения (меры его энергии). Наиболее популярная шкала, оценивающая энергию землетрясения, — шкала магнитуд Рихтера.

Значение магнитуды лежит в пределах от 1 до 9. Эту шкалу нередко путают с 12-балльной шкалой интенсивности землетрясения, которая оценивает внешние проявления подземного толчка (воздействие на строения, людей, природные объекты). Когда случается землетрясение, то поначалу становится известна его магнитуда, определяемая по сейсмограммам, а интенсивность может быть выяснена лишь спустя время после получения достаточно полной информации о последствиях.

9,5 — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше.

Интенсивность землетрясений зависит как от глубины очага, так и от магнитуды. Она тем больше, чем ближе очаг располагается к поверхности. К примеру, если очаг землетрясения с магнитудой 8,0 расположен на глубине 10 км, то на поверхности земли его интенсивность составит 11–12 баллов. А при той же магнитуде, но в очаге, находящемся на глубине 40–50 км, воздействие на поверхности будет равно 9–10 баллам.

На данный момент в мире используют несколько шкал интенсивности. В Европе с 1996 г. применяют европейскую макросейсмическую шкалу (EMS). В Японии пользуются шкалой Японского метеорологического агентства (Shindo), в России и Соединенных Штатах — модифицированной шкалой Меркалли (MM).

Так, умеренное 4-балльное землетрясение по шкале Меркалли уже отмечается многими людьми; при 6-балльном могут возникнуть незначительные повреждения зданий.

Балльная шкала интенсивности землетрясения:

• 1 бал — Не ощущается. Отмечается только специальными приборами
• 2 бал — Очень слабое, отмечается только домашними животными и некоторыми людьми в верхних этажах зданий
• 3 бал — Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение при езде на грузовике
• 4 бал — Умеренное. Слышны скрип половиц, балок, звон посуды, дрожание мебели. Внутри здания сотрясения ощущаются большинством людей
• 5 бал — Довольно сильное. В комнатах чувствуются толчки как от падения тяжелых предметов. Лопаются оконные стекла, качаются люстры и мебель
• 6 бал — Сильное. Качается тяжелая мебель, бьется посуда, с полок падают книги, разрушаются только очень ветхие дома
• 7 бал — Очень сильное. Разрушаются старые дома. В крепких зданиях появляются трещины, осыпается штукатурка. В реках и озерах мутнеет вода
• 8 бал — Разрушительное. Деревья сильно раскачиваются, ломаются прочные ограды. Разрушаются многие крепкие здания. На почве появляются трещины
• 9 бал — Опустошительное. Разрушаются прочные строения. Появляются значительные трещины на почве
• 10 бал — Уничтожающее. Разрушаются даже крепкие здания и мосты. Возникают оползни и обвалы, трещины и изгибы в почве
• 11 бал — Катастрофа. Разрушаются почти все каменные постройки, дороги, плотины, мосты. На поверхности земли образуются трещины со сдвигами
• 12 бал — Сильная катастрофа. Разрушаются все сооружения, опустошается вся местность. Изменяются русла рек

Последствия землетрясений

Землетрясения являются одним из опаснейших стихийных природных явлений. Они приносят большие разрушения и бедствия, уничтожая не только материальные ценности, но и все живое, в том числе и людей.

Участки земной коры в месте разлома могут смещаться по вертикали либо даже наползать друг на друга. В тех местах, где земля опускается по одну сторону разлома прямо на пересечении речного русла, образуются водопады. Нередко после землетрясения опускаются и затапливаются водой значительные участки суши. Помимо этого, подземные толчки могут смещать со склонов рыхлые верхние слои почвы, инициируя оползни и обвалы. Резкое перемещение значительных массивов земной коры в очаге сопровождается ударом колоссальной силы. В течение года жители планеты в разных ее точках ощущают порядка 10 тыс. землетрясений, из которых около 100 в той или иной степени разрушительны.

Может ли от землетрясения закачать Землю?

В середине мая 1960 г. в Чили произошло одно из самых значительных и разрушительных землетрясений — Великое Чилийское Землетрясение. Несмотря на то, что основные колебания земли происходили в юго-западной части Южной Америки — эпицентр землетрясения располагался недалеко от г.Вальдивия — их «отголоски» достигали других территорий нашей планеты: в частности, Гавайских островов и Японии. Явление, при котором землетрясение, происшедшее в одной части земли, заставляет пульсировать и дрожать другие ее участки, даже расположенные за тысячи километров от эпицентра, называют «качанием» или «вибрацией» земли.

Землетрясение в Мессине 1908 г.

Сильнейшее в истории Европы землетрясение произошло 28 декабря 1908 г. в 5:20 в Мессинском проливе между Апеннинами и Сицилией. Несколько подземных толчков с магнитудой 7,5 вызвали огромные разрушения в более чем 20 населенных пунктах в прибрежной полосе Сицилии. После этого на побережье налетело три волны цунами, довершив содеянное землетрясением.

Количество погибших во время этой трагедии превысило 123 тыс. человек. По мнению некоторых исследователей, число жертв составило 200 тыс. человек. Наиболее сильно пострадал город Мессина, где погибло около 60 тыс. жителей при населении 150 тыс. человек.

Источник