4.1.Фумаролы (вулканические газы).

После извержения вулканов длительное время выделяются газообразные

продукты из самих кратеров, различных трещин, из раскаленных туфолавовых

потоков и конусов. В составе поствулканических газов присутствуют те же

газы группы галоидов, серы, углерода, пары воды и другие, что и

выделяющиеся при вулканических извержениях. Однако нельзя наметить единую

схему состава газов для всех вулканов. Так, на Аляске из туфогенно-лавовых

продуктов извержения вулкана Катмай (1912 г.) в течение последующих лет

выделяются тысячи газовых струй с температурой 600-650, в составе которых

большое количество галоидов (HCl и HF), борной кислоты, сероводорода и

углекислого газа. Несколько иная картина наблюдается в районе знаменитых

Флегрейских полей в Италии, западнее Неаполя, где много вулканических

кратеров и мелких конусов в течение тысяч лет характеризующихся

исключительно сольфатарной деятельностью. В других случаях преобладает

углекислый газ.[5]

4.2.Гейзеры.

Гейзеры – это периодически действующие пароводяные фонтаны. Свою

известность и название они получили в Исландии, где наблюдались впервые.

Помимо Исландии гейзеры широко развиты в Иеллоустонском парке США, в Новой

Зеландии, на Камчатке. Каждый гейзер приурочен обычно к округлому

отверстию, или грифону. Грифоны бывают различных размеров. В глубине этот

канал, по-видимому, переходит в тектонические трещины. Весь канал заполнен

перегретой подземной водой. Ее температура в грифоне может быть 90-98

градусов, в то время как в глубине канала она значительно выше и достигает

125-150 гр. и более. В определенный момент в глубине начинается интенсивное

парообразование, в результате колонна воды в грифоне приподнимается. При

этом каждая частица воды оказывается в зоне меньшего давления, начинается

кипение и извержение воды и пара. После извержения канал постепенно

заполняется подземной водой, частично водой, выброшенной при извержении и

стекающей обратно в грифон ; на некоторое время устанавливается

равновесие, нарушение которого приводит к новому пароводяному извержению.

Высота фонтанирования зависит от величины гейзера. В одном из крупных

гейзеров Иеллоустонского парка высота фонтана воды и пара достигала 40 м.

4.3.Грязевые вулканы (сальзы).

Они иногда встречаются в тех же районах, что и гейзеры (Камчатка, Ява,

Сицилия и др.). Горячие пары воды и газы прорываются к поверхности через

трещины, выбрасываются и образуют небольшие выводные отверстия с диаметром

от десятков сантиметров до одного метра и более. Эти отверстия заполнены

грязью, представляющей собой смесь паров газов с подземными водами и

рыхлыми вулканическими продуктами и характеризующейся высокой температурой

(до 80-90 0).Так возникают грязевые вулканы. Густота, или консистенция,

грязи определяет характер их деятельности и строения. При относительно

жидкой грязи выделения паров и газов вызывают в ней всплески , грязь

растекается свободно и при этом конус с кратером наверху не более 1-1,5 м,

состоящий целиком из грязи . В грязевых вулканах вулканических областей

помимо паров воды выделяется углекислый газ и сероводород.

“В зависимости от причин возникновения грязевые вулканы можно разделить

на :1)связанные с выделением горючих газов ;2)приуроченные к областям

магматического вулканизма и обусловленные выбросами магматических газов”.

[4,c.53]. К таким относятся Апшеронский, Таманский грязевые вулканы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Современные действующие вулканы представляют собой яркое проявление

эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению, сыгравшее

огромную роль в развитии географической 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.[1]

Так современные действующие вулканы, характеризующиеся интенсивными

циклами энергичной эруптивной деятельности и представляющие собой, в

отличие от своих древних и потухших собратьев, объекты для научно-

исследовательских вулканических наблюдений, наиболее благоприятные, хотя

далеко не безопасные.

Чтобы не сложилось впечатления, что вулканическая деятельность приносит

только бедствия, следует привести такие краткие сведения о некоторых

полезных сторонах.

Огромные выброшенные массы вулканического пепла обновляют почву и делают

ее более плодородной.

Выделяющиеся в вулканических областях пары воды и газы, пароводяные смеси

и горячие ключи стали источниками геотермической энергии.

С вулканической деятельностью связаны многие минеральные источники,

которые используются в бальнеологических целях.

Продукты непосредственной вулканической деятельности – отдельные лавы,

пемзы, перлит и др. находят применение в строительной и химической

промышленности. С фумарольной и гидротермальной деятельностью связано

образование некоторых полезных ископаемых, таких, как сера, киноварь, и ряд

других. Вулканические продукты подводных извержений являются источниками

накопления полезных ископаемых таких, как железо, марганец, фосфор и др.

И еще хотелось бы сказать, что вулканизм как процесс до конца не изучен и

что перед человечеством еще много не разгаданных загадок помимо вулканизма

и их надо кому то разгадывать.

А изучение современной вулканической деятельности имеет важное

теоретическое значение, так как помогает понять процессы и явления,

происходившие на Земле в давние времена.

34.

Землетрясе́ния — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Международная сеть наблюдений за землетрясениями регистрирует даже самые удаленные и маломощные из них.[1]Содержание [убрать]

Введение

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.

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верх-ней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде колебаний. Интен-сивность землетрясений оценивается в сейсмических баллах, для энергетической классификации землетрясений пользуются магнитудой (см. Рихтера шкала). Наибо-лее известные катастрофические землетрясения: Лиссабонское 1755, Калифорнийское 1906, Мессинское 1908, Ашхабадское 1948, Чилийское 1960, Армянское 1988, Иран-ское 1990.

Общие сведения

Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно (в десятки раз) опережая извержения вулканов. Материальный ущерб одного разрушительного землетрясения может составлять сотни миллионов долларов. Число слабых землетрясений гораздо больше, чем сильных. Так, из сотни тысяч землетрясений, ежегодно происходящих на Земле, только единицы катастрофических. Они высвобождают около 1020 Дж потенциальной сейсмической энергии, что составляет всего 0,01% тепловой энергии Земли, излучаемой в космическое пространство.

Где и почему происходят землетрясения

Территориальное распределение землетрясений неравномерно. Оно определя-ется перемещением и взаимодействием литосферных плит. Главный сейсмический пояс, в котором выделяется до 80% всей сейсмической энергии, расположен в Ти-хом океане в районе глубоководных желобов, где происходит подвигание холодных литосферных плит под континент. Остальная энергия выделяется в Евроазиатском складчатом поясе в местах столкновения Евроазиатской плиты с Индийской и Африканской плитами и в районах срединно-океанических хребтов в условиях растяжения литосферы(см. Рифтов мировая система).

Параметры землетрясений

Очаги землетрясений располагаются на глубинах до 700 км, но большая часть (3/4) сейсмической энергии выделяется в очагах, находящихся на глубине до 70 км. Размер очага катастрофических землетрясений может достигать 100x1000 км. Его положение и место начала перемещения масс (гипоцентр) определяют путем регистрации сейсмических волн, возникающих при землетрясениях (у слабых землетрясений очаг и гипоцентр совпадают). Проекция гипоцентра на земную поверхность именуется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений (эпицентральная, или плейстосейстовая, область).

Интенсивность землетрясений

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности измеряется в баллах и зависит от глубины очага и магнитуды землетрясения, служащей мерой его энергии. Максимальное известное значение магнитуды приближается к 9. Магнитуда связана с полной энергией землетрясения, но эта зависимость не прямая, а логарифмическая, с увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4. Часто в средствах массовой информации, оповещающих о сейсмических катастрофах, отождествляется шкала магнитуд (Рихтера шкала) и сейсмическая шкала интенсивности, измеряемая в сейсмических баллах, т. к. журналисты, со-общающие о 12 баллах "по шкале Рихтера", путают магнитуду с интенсивностью. Интенсивность тем больше, чем ближе очаг расположен к поверхности, так, напр., если очаг землетрясения с магнитудой, равной 8, находится на глубине 10 км, то на поверхности интенсивность составит 11-12 баллов; при той же магнитуде, но на глубине 40-50 км воздействие на поверхности уменьшается до 9-10 баллов.

Сейсмические шкалы

Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным груп-пам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), восходящая к шкале Меркали-Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси-Фореля (1883), в Японии - 7-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу ко-торой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже не-опытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Напр., в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем "как лошадь трется о столб веранды", в Европе такой же сейсмический эффект описывается так - "на-чинают звонить колокола", в Японии фигурирует "опрокинутый каменный фона-рик". В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый.

Балл - Проявление на поверхности

1 - Не ощущается никем, регистрируется только сейсмическими приборами

2 - Ощущается иногда людьми, находящимися в спокойном состоянии

3 - Ощущается немногими, более сильно проявляется в помещении на верхних этажах

4 - Ощущается многими (особенно в помещении), в ночное время некоторые про-сыпаются. Возможен звон посуды, дребезжание стекол, хлопки дверей

5 - Ощущается почти всеми, многие ночью просыпаются. Качание висячих пред-метов, трещины в оконных стеклах и штукатурке

6 - Ощущается всеми, осыпается штукатурка, легкие разрушения зданий

7 - Трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах. Толчки ощущаются в автомобилях

8 - Большие трещины в стенах, падение труб, памятников. Трещины на крутых склонах и на сырой почве

9 - Обрушение стен, перекрытий кровли в некоторых зданиях, разрывы подзем-ных трубопроводов

10 - Обвалы многих зданий, искривление железнодорожных рельсов. Оползни, обвалы, трещины (до 1 м) в грунте

11 - Многочисленные широкие трещины в земле, обвалы в горах, обрушение мос-тов, только немногие каменные здания сохраняют устойчивость

12 - Значительные изменения рельефа, отклонение течения рек, предметы под-брасываются в воздух, тотальное разрушение сооружений

Как далеко распространяется влияние землетрясений

Сильные землетрясения могут ощущаться на расстоянии тысячи и более километ-ров. Так в асейсмичной Москве время от времени наблюдаются толчки интенсив-ностью до 3 баллов, служащие "эхом" катастрофических карпатских землетрясе-ний в горах Вранча в Румынии, эти же землетрясения в близкой к Румынии Молда-вии ощущаются как 7-8-балльные.

Длительность землетрясений

Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков об-разует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последую-щие (афтершоки) толчки. Распределение наиболее сильного толчка (главного зем-летрясения) внутри роя носит случайный характер. Магнитуда сильнейшего аф-тершока меньше на 1,2, чем у основного толчка, эти афтершоки сопровождаются своими вторичными сериями последующих толчков. Напр., землетрясение, проис-шедшее на о. Лисса в Средиземном м., длилось три года, общее число толчков за период 1870-73 составило 86 тысяч.

Катастрофические землетрясения

Из огромного числа происходящих ежегодно землетрясений, только одно имеет магнитуду равную или более 8, десять - 7-7,9, сто - 6-6,9. Всякое землетрясение с магнитудой св. 7 может стать крупной катастрофой. Однако оно может остаться и незамеченным, если произойдет в пустынном районе. Так, грандиозная природная катастрофа - Гоби-Алтайское землетрясение (1957; магнитуда 8,5, интенсивность 11-12 баллов) - остается почти не изученной, хотя из-за огромной силы, малой глубины очага и отсутствия растительного покрова это землетрясение оставило на поверхности наиболее полную и многообразную картину (возникли 2 озера, мгно-венно образовался огромный надвиг в виде каменной волны высотой до 10 м, мак-симальное смещение по сбросу достигло 300 м и т. п.). Территория шириной 50-100 км и длиной 500 км (как Дания или Голландия) была полностью разрушена. Если бы это землетрясение произошло в густонаселенном районе, число жертв могло измеряться миллионами. Последствия одного из самых сильных землетрясений (магнитуда могла составлять 9), произошедшего в старейшем районе Европы - Лиссабоне - в 1755 и захватившего территорию свыше 2,5 млн. км2, были столь грандиозны (погибло 50 тыс. из 230 тыс. горожан, в гавани выросла скала, при-брежное дно стало сушей, изменилось очертание побережья Португалии) и так по-разили европейцев, что Вольтер откликнулся на него "Поэмой о гибели Лиссабо-на" (1756, русский перевод 1763). По-видимому, впечатление от этой катастрофы было столь сильным, что Вольтер в поэме оспаривал учение о предустановленной мировой гармонии. Сильные землетрясения, как бы они ни были редки, никогда не оставляют современников равнодушными. Так, в трагедии У. Шекспира "Ромео и Джульетта" (1595) кормилица вспоминает землетрясение 1580, которое, судя по всему, пережил сам автор.

Почему люди гибнут при землетрясениях

Если землетрясения происходят в море, то они могут вызвать разрушительные волны - цунами, наиболее часто опустошающие побережья Тихого океана, как это произошло в 1933 в Японии и в 1952 на Камчатке.

Общее число жертв землетрясений на планете за последние 500 лет составило около 5 млн. чел., почти половина из них приходится на Китай. Так в 1556 в китай-ской пров. Шэньси при землетрясении с магнитудой 8,1 погибло 830 тыс. чел., в 1976 в районе Таншан к востоку от Пекина землетрясение с магнитудой 7,8 вызва-ло гибель 240 тыс. чел. по официальным китайским данным (по данным американ-ских сейсмологов до 1 млн. чел.). Исключительно тяжелые последствия связаны также с землетрясениями в 1737 в Калькутте (Индия), когда погибло 300 тыс. чел., в 1908 в Мессине (Италия) - 120 тыс. чел., в 1923 в Токио - 143 тыс. чел.

Большие потери при землетрясениях обычно связаны с высокой плотностью на-селения, примитивными методами строительства, особенно характерными для бед-ных районов, при этом совсем не обязательно, чтобы землетрясение было сильным (напр., в 1960 в результате сейсмического толчка с магнитудой 5,8 погибло до 15 тыс. человек в Агадире, Марокко). Естественные явления - оползни, трещины иг-рают меньшую роль. Катастрофические последствия землетрясения можно предот-вратить, улучшив качество построек, т. к. большая часть людей гибнет под их об-ломками. Полезно также воспользоваться советом - во время землетрясения не выбегать на улицу, а лучше укрыться в дверном проеме или под крепкой плитой или доской (столом), способных выдержать вес обрушивающегося груза.

Прогноз и районирование землетрясений

Задача прогноза землетрясений, ведущегося на основе наблюдений за предвест-никами (предсказание не только места, но, самое главное, времени сейсмического события), далека от своего решения, т. к. ни один из предвестников нельзя считать надежным. Известны единичные случаи исключительно удачного своевременного прогноза, напр., в 1975 в Китае очень точно было предсказано землетрясение с магнитудой 7,3. В сейсмоопасных районах важную роль играет возведение сейсмо-стойких сооружений (см. Антисейсмическое строительство). Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности входит в задачу сейсмического районирования. Оно основано на использовании исторических данных (о повто-ряемости сейсмических событий, их силе) и инструментальных наблюдений за землетрясениями, геолого-географическом картировании и сведениях о движении земной коры. Районирование территории связано и с проблемой страхования от землетрясений.

Сейсмограф

Впервые инструментальные наблюдения появились в Китае, где в 132 Чан Хен изобрел сейсмоскоп, представлявший собой искусно сделанный сосуд. На внешней стороне сосуда, с размещенным внутри маятником, по кругу были выгравированы головы драконов, держащих в пасти шарики. При качании маятника от землетрясе-ния один или несколько шариков выпадали в открытые рты лягушек, размещенных у основания сосудов таким образом, чтобы лягушки могли их проглотить. Совре-менный сейсмограф представляет собой комплект приборов, регистрирующих ко-лебания грунта при землетрясении и преобразующих их в электрический сигнал, записываемый на сейсмограммах в аналоговой и цифровой форме. Однако, по-прежнему, основным чувствительным элементом служит маятник с грузом.

Сейсмическая служба

Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой. Современная мировая сеть насчитывает св. 2000 стационарных сейсмиче-ских станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедици-онные сейсмографы, в т. ч. устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну (где 5 сейсмографов ежегодно регистри-руют до 3000 лунотрясений), а также на Марс и Венеру.

Антропогенные землетрясения

В кон. 20 в. техногенная деятельность человека, принявшая планетарный мас-штаб, стала причиной наведенной (искусственно вызываемой) сейсмичности, воз-никающей, напр., при ядерных взрывах (испытания на полигоне Невада иницииро-вали тысячи сейсмических толчков), при строительстве водохранилищ, заполнение которых иногда провоцирует сильные землетрясения. Так случилось в Индии, ко-гда сооружение водохранилища Койна вызвало 8-балльное землетрясение, при ко-тором погибло 177 человек.

Изучение землетрясений

Изучением землетрясений занимается сейсмология. Сейсмические волны, воз-никающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития ме-тодов сейсмической разведки.

Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен. Детальные ис-торические описания, надежно свидетельствующие о землетрясениях с сер. 1 тыс. до н. э., даны японцами. Большое внимание сейсмичности уделяли и античные уче-ные - Аристотель и др. Систематические инструментальные наблюдения, начатые во 2-ой пол. 19 в., привели к выделению сейсмологии в самостоятельную науку (Б. Б. Голицын, Э. Вихерт, Б. Гутенберг, А. Мохоровичич, Ф. Омори и др.).

Магниту́да землетрясе́ния — величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды была предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.Содержание [убрать]

1 Распространённые заблуждения

2 Шкала Рихтера

3 Сейсмический момент и шкала Канамори

4 Энергия землетрясения

5 Частота землетрясений разной магнитуды

6 См. также

7 Ссылки

[править]

Распространённые заблуждения

Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2—3 балла.

Магнитуда — безразмерная величина, она не измеряется в баллах.

Правильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6.0», «землетрясение силой в 5 магнитуд по шкале Рихтера»

Неправильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6 баллов», «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

[править]

Шкала Рихтера

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ML = lgA + f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна A3 / 2, то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.

Из-за ограничений используемой аппаратуры шкала Рихтера была ограничена значением около 6,8.

Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:

Магнитуда объёмных волн

mb = lg(A / T) + Q(D,h)

где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.

Магнитуда поверхностных волн

Ms = lg(A / T) + 1,66lgD + 3,30

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при наступает насыщение.

[править]

Сейсмический момент и шкала Канамори

В 1977[источник не указан 25 дней] году сейсмолог Хиро Канамори из Калифорнийского технологического института предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.

Сейсмический момент землетрясения определяется как , где

μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;

S — площадь, на которой замечены геологические разломы;

u — среднее смещение вдоль разломов.

Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па × м² × м = Н × м.

Магнитуда по Канамори определяется как

, где M0 — сейсмический момент, выраженный в Н × м.

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при 3 < M < 7 и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

[править]

Энергия землетрясения

В каком-то смысле различные способы измерения магнитуды землетрясений являются приближениями к «идеальной» энергетической шкале:

где E — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью 1 мегатонна, эквивалентна землетрясению с магнитудой около 6,0. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

[править]

Частота землетрясений разной магнитуды

За год на Земле происходит примерно

1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;

10 — с магнитудой 7,0—7,9;

100 — с магнитудой 6,0—6,9;

1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5. Считается, что землетрясения на Земле не могут иметь магнитуду существенно выше 9,5, поскольку горные породы не могут накопить больше энергии без разрушения. Сейсмические события с большей энергией могут быть вызваны ударом метеорита.

Любое землетрясение-это тектонические деформации земной коры или верхней мантии, происходящие вследствие того, что накопившиеся напряжения в какой-то момент превысили прочность горных пород в данном месте. Разрядка этих напряжений и вызывает сейсмические колебания в виде волн, которые, достигнув земной поверхности, производят разрушения. "Спусковой крючок", вызывающий разрядку напряжений, может быть, на первый взгляд, самым незначительным, например заполнение водохранилища, быстрое изменение атмосферного давления, океанские приливы и т.д. Описывая землетрясения, пользуются некоторыми терминами, которые необходимо знать.

Рис. 15.1. Очаг и изосейсты землетрясения

Гипоцентр, или очаг,-определенный объем горных пород, внутри которого осуществляются неупругие деформации и происходят разрушения пород (рис. 15.1). Понятие очага, или гипоцентра не является строгим, но важно подчеркнуть, что это не точка, а некоторое пространство, объем, формы и размеры которого могут быть самыми различными.

Эпицентр-проекция гипоцентра на земную поверхность, поэтому следует иметь в виду, что нередко карты распределения эпицентров создают не совсем правильную картину связи землетрясений с поверхностной геологической структурой, особенно в случае наклонных разрывов типа надвигов с гипоцентром на большой глубине. Это обстоятельство подчеркивается для соблюдения осторожности при интерпретации землетрясений от особенностей геологического строения региона.

Интенсивность-это внешний эффект землетрясения на поверхности Земли, который выражается в определенном смещении почвы, частиц горных пород, степени разрушения зданий, появлении трещин на поверхности и т.д. В настоящее время в СССР используется шкала интенсивности землетрясений "MSK-64", названная так по заглавным буквам фамилий авторов: С.В. Медведев (СССР), В. Шпонхойер (ГДР), В. Карник (ЧССР).

Шкала удобна, ею легко пользоваться, а интенсивность землетрясений измеряется в баллах от 1 до 12. По этой шкале Кеминское землетрясение в 1911 г. на Тянь-Шане оценивалось в 11-12 баллов, Ашхабадское 1948 г.-в 10, Спитакское 1988 г.-в 7-10, Ташкентское 1966 г.-8 баллов и т.д. Изосейсты-линии, соединяющие точки (пункты на местности), в которых землетрясение проявилось с одинаковой интенсивностью. Плейстосейстовая область-место на поверхности Земли, располагающееся непосредственно над гипоцентром, или очагом землетрясения, т.е. это как бы проекция очага на поверхность. Естественно, что интенсивность землетрясения уменьшается в сторону от плейстосейстовой области, однако это уменьшение зависит от многих факторов: формы и глубины очага, геологической структуры, состава и степени метаморфизма горных пород, уровня залегания грунтовых вод и т.д. Поэтому изосейсты на поверхности могут иметь самые причудливые очертания, а отнюдь не правильные круги.

Магнитуда (М)-логарифм отношения максимального смещения частиц грунта (в микрометрах) А1 при данном конкретном землетрясении к некоторому эталонному очень слабому смещению грунта A2:

Магнитуда-это безразмерная величина, и она была предложена в 1935 г. американским геофизиком Ч. Рихтером. Шкала, созданная им, широко используется в сейсмологии и изменяется от 0 до 8,8 при самых сильных катастрофических землетрясениях. Магнитуда отличается от интенсивности. Так, например, Ташкентское землетрясение 1966 г. было силой в 8 баллов, М-5,3; Ашхабадское 1948 г.-10 баллов, М-7,3.

Энергия (Е) землетрясений-это та величина потенциальной энергии, которая освобождается в виде кинетической после разрядки напряжения в очаге и, достигая поверхности Земли, вызывает ее колебания. Распространяется энергия в виде упругих сейсмических волн. Энергия землетрясения вычисляется в джоулях. Формула Б.Б. Голицына, известного русского сейсмолога, для вычисления энергии землетрясений выглядит следующим образом:

,

где V - скорость распространения сейсмических волн, - плотность горных пород, а - амплитуда смещения, Т- период колебаний. Выделяющаяся при землетрясениях энергия изменяется в очень широких пределах. Так, для Аляскинского землетрясения 1964 г. с магнитудой 8,5 энергия равнялась 1018 Дж (1 Дж = 107 эрг), т.е. была эквивалентна, по Н.И. Николаеву, силе взрыва 100 ядерных бомб по 100 мегатонн каждая. Это колоссальное количество энергии, выделившееся практически мгновенно. Таким образом, образующаяся при крупных землетрясениях энергия в миллион раз превышает энергию "самой маленькой" атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму 6 августа 1945 г.

Часть выделившейся энергии, помимо формирования сейсмических волн, расходуется на преодоление сил трения в очаге, на пластические деформации, наконец, на выделение тепла, которое может быть весьма значительным. Ввиду большой изменчивости энергии нередко используют ее логарифм К = lgE на расстоянии 10 км от гипоцентра. Величина К называется энергетическим классом землетрясения и, будучи выражена в джоулях, меняется от 0 до 18. Существует определенная зависимость между энергетическим классом и магнитудой землетрясений:

К

9

10

11

12

13

14

15

16

М

3,1

3,7

4,4

5,0

5,6

6,2

7,0

7,5

Глубиной очага землетрясений (h) называется расстояние от поверхности Земли по нормали до гипоцентра, или очага. Существуют разнообразные методы определения глубины залегания очагов. Один из таких методов был предложен С. В. Медведевым:

;

где - площадь, ограниченная п-ой изосейстой, - площадь, ограниченная следующей изосейстой по радиусу от эпицентра.

Глубины, определенные этим способом, дают, конечно, лишь приблизительную величину и должны уточняться другими методами.

Глубины очагов землетрясений могут быть очень разными-от первых километров до 600-700 км в сейсмофокальных зонах Беньофа. Однако подавляющее количество землетрясений (около 90 %) приурочено к интервалу до 100-200 км. Гипоцентры Крымских землетрясений располагаются между 15 и 30 км, хотя есть и более глубокие; на Кавказе-в пределах верхней части земной коры, но в отдельных случаях превышает 100 км; в районе Курильской островной дуги, начиная от приостровного склона глубоководного желоба к западу прослеживается наклонная сейсмофокальиая зона, относительно пологая до глубины 300 км, а далее более крутая. Основная масса гипоцентров сосредоточивается в интервале до 100 км, а далее вглубь их зарегистрировано гораздо меньше, причем отдельные очаговые группы разделены асейсмическими участками. Наиболее глубокие очаги зафиксированы на глубинах 600-650 км, где энергетический класс землетрясений заметно слабеет.

Рис. 15.2. Изменение физических параметров по модели лавинно-неустойчивого трещинообразования (по В.И. Мячкину и др.)

Механизм возникновения землетрясений, т.е. механизм возникновения очага, весьма сложен и трактуется неоднозначно. В настоящее время считается установленным, что основные параметры землетрясения, его магнитуда и энергия зависят от размеров очага, а не от накопившихся напряжений и деформаций. Была выдвинута идея "вспарывания" тектонического (сейсмического) разрыва. В каком-то месте этого разрыва происходит накапливание напряжений. Когда они превышают предел прочности горных пород в данном месте, разрыв "взрезается", "вспарывается" и распространяется на определенную длину с большой скоростью, достигающей 3 - 4 км/с. Именно с такими скоростями происходит разрушение пород в очаге землетрясений.

Существует несколько моделей очага землетрясений. Н.В. Шебалиным предложена модель очага, заключающаяся в установлении решающей роли осложнений вдоль главного сейсмогенного разрыва в образовании сейсмических волн. Вдоль плоскости основного сейсмогенного разрыва имеются "гладкие" участки и участки с "зацепами", которые препятствуют смещению. Срыв "зацепа"- процесс мгновенный, необратимый и именно он приводит к возникновению короткопериодических сильных колебаний. Молодые сейсмогенные разломы обладают большим количеством "зацепов" и потому представляют собой более значительную сейсмическую опасность, чем древние разломы, в которых "зацепы" срезаны и преобладают гладкие участки.

Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования разработана В.И. Мячкиным и другими сейсмологами (рис. 15.2). Смысл ее в том, что нарастающие напряжения приводят к образованию также нарастающего числа и размеров трещин в каком-то объеме горной породы. В дальнейшем интервалы между трещинами сокращаются и их число начинает расти, как лавина, со все большим ускорением. Поле напряжений в очаговой области приобретает неоднородность, возрастает скорость деформаций, а процесс трещинообразования концентрируется в узкой зоне, где они объединяются в один главный разрыв, по которому и происходит разрядка накопившихся напряжений, т.е. возникают сейсмические колебания и происходит землетрясение.

Весь этот процесс "подготовки" до заключительной стадии слияния трещин может продолжаться тысячи лет, а перед землетрясением он резко ускоряется. Не останавливаясь на других моделях очаговой зоны, следует отметить, что землетрясение - это весьма сложный геологический процесс и сводить его к какой-то одной простой модели хотя и удобно, но вряд ли правильно.

.35.

ПРИЧИНЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Землетрясениями называются любые естественные сотрясения каменной оболочки Земли. Они бывают обвальными – при обрушении сводов подземных пещер, вулканическими, связанными с выбросом лавовой пробки из жерла вулкана в начале его извержения, и тектоническими (глубинными). В дальнейшем под землетрясениями будем понимать только глубинные землетрясения. Их изучают сейсмологи. Сейсмология – раздел геофизики, занимающийся изучением глубинных землетрясений.

Видимый мир, или вымыслы о причинах сейсмичности

Порождаемое землетрясением чувство беспомощности, страха за жизнь и имущество наводило людей на мысль о роке, наказании за неправильные деяния. Возникали потребности в выяснении причины землетрясений, что привело бы к успокоению. Например, в древнегреческом мифе о титане Прометее, похитившим у богов огонь и передавшим его людям, за что по велению Зевса Прометей был прикован цепями к скале и обречен на жестокие муки, говорится о землетрясении так. Задрожала земля, раздался глухой рев грома, молния блеснула огненными извивами (почему-то всегда в древности сначала говорили о громе, а потом о молнии, хотя появляются они для человека в обратном порядке). Все ветры, освобожденные от цепей, рванулись на общую битву. Вздыбилось море, слившись с небесами. Скала с титаном низверглась в пропасть. Там Прометей томится в мрачной расселине скал.

Мнение, что землетрясения вызываются подземными ветрами, порождено представлениями древних греков о пронизывании земли подземными пустотами, в которых движется воздух-ветер, и красивой легендой их о боге ветров Эоле. Эол держит все ветры земли скованными в пещере и время от времени выпускает их на свободу.

Подобные взгляды высказывали и мыслители древности. Так, Аристотель считал, что воздушные вихри внедряются в землю, в которой много пустот и сквозных щелей. Там вихри усиливаются огнем и ищут себе выход, вызывая землетрясения, а иногда извержения вулканов.

В мифологии разных восточных народов отмечается сходство в объяснениях причин землетрясений. Это будто бы движение какого-либо гигантского реального или мифического животного, скрытого в глубинах земли. У древних индусов – это слон, у даяков Суматры – огромный бык. Японцы в древности вину за землетрясение возлагали на сома, сотрясающего землю. Если бы он не был под надзором доброго бога Даймедзина, земля сотрясалась бы постоянно. Однако добрый бог время от времени утрачивал бдительность, и совесть злого сома отягощалась очередным землетрясением.

Представления древних греков, что причина землетрясений в буйстве подземных ветров, просуществовали более двух тысяч лет.

В Средние века продолжало считаться, что причина землетрясений в движении ветров, запертых внутри земных недр. В Божественной комедии, начатой в 1307 г. и законченной в 1321 г., А. Данте сообщается:

…Внизу трясет, быть может, временами,

Но здесь ни разу эта вышина

Не сотряслась подземными ветрами.

Подобные представления продолжали существовать и в самом конце XVI в., о чем свидетельствуют следующие строки из «Генриха IV», написанного У. Шекспиром в 1590-1591 гг.

В природе страждущей бывает часто

Броженья странные: нередко землю,

Беременную спазмами, терзают

В ее утробе замкнутые ветры,

Которые, стремясь к освобожденью,

Прабабку нашу землю так трясут,

Что рушатся замшелые твердыни

И колокольни…

В Средник века причина землетрясений учеными виделась в перекатывании в подземных пустотах камней. В сознании христиан землетрясения воспринимались божьем наказанием за грехи людские. Так, сильнейшее Лиссабонское землетрясение 1755 г. (на самом деле гипоцентр его был в Атлантическом океане – оттуда подошло цунами) пришлось на крупный церковный праздник День Всех Святых, когда верующие были в соборах. Погибло много людей под обломками зданий и от последующего страшного цунами. Некоторые люди разуверились в христианстве, потому что допустить другую (не божественную) причину землетрясения не могли.

С конца XIX в. до середины XX в. подвижными сейсмоактивными принимались горы, как геосинклинальные образования, а равнины (платформы) считались тектонически спокойными. В горах породы сминались в складки, разбивались разломами, что и приводило к землетрясениям.

Затем учение о геосинклиналях естествознанием было оставлено, заменившись сначала гипотезой дрейфа океанов, а затем учением о тектонике плит. С конца XX в. причина землетрясения видится в столкновении плит, принимаемых прямоугольными параллелепипедами с длиной и шириной тысячи километров и толщиной до 200-300 км, а иногда и до760 км – такова наибольшая глубина зафиксированных гипоцентров. Самой крупной принимается Тихоокеанская плита. Она протягивается в длину от Азии до Северной и Южной Америк на 15 тысяч километров. Ширина ее от Алеутских островов до Антарктиды имеет такое же расстояние. Чуть меньше Евроазиатская плита. Длина экватора около 40 тысяч км, т. е. сумма длин Тихоокеанской и Евроазиатской составляют почти длину протяженность экватора.

Удивительно, но люди не видят очевидной абсурдности объяснения причин землетрясений от столкновения плит.