Землетрясения

Землетрясениями называются быстрые толчки земной поверхности, вызываемые сериями колебаний, проходящими через породы Земли. На поверхности землетрясения проявляются в виде подземных толчков, направленных либо вертикально вверх, либо распространяющимися субгоризонтально. Во время сейсмического толчка вещество планеты подвергается упругим деформациям двух видов: изменяется объем вещества и его форма. Изменения объема, вызванные прямолинейным поступательно-возвратным движение частиц, проявляются в виде продольных (первичных) волн (когда слои горных пород то мгновенно увеличиваются по мощности, то сокращаются). Изменения формы вещества связаны с изменением объема и вызваны колебаниями, направленными перпендикулярно к направлению продольных волн. Такого рода колебания проявляются в виде поперечных (вторичных) волн, которые распространяются только в твердых телах и обладают почти вдвое более низкой скоростью движения, чем продольные волны. Кроме того, во время землетрясения распространяются еще и поверхностные (длинные) волны, движущиеся вдоль земной поверхности. Быстрее всего движутся волны продольные (от 5 до 13,8 км/с), они в состоянии распространяться в твердых, жидких и газообразных средах. Скорость движения поперечных волн меньше (от 3,2 до 7,3 км/с), они не проходят через газы и жидкости. Медленнее всего распространяются поверхностные волны (от 2,0 до 4,5 км/с). Место возникновения сейсмических волн в глуби Земли называется гипоцентром землетрясения (или фокусом, очагом). Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром землетрясения.

По глубине расположения гипоцентра землетрясения бывают трех типов.

Мелкофокусные – очаг лежит не глубже 60 км. Около 80 % всех землетрясений зарождаются на глубине менее 8 – 10 км.
Промежуточные – глубина залегания очага 60 – 150 км.
Глубокофокусные – очаг расположен глубже 150 км (наибольшие установленные глубины достигают 700 км).

По происхождению землетрясения делятся на ряд типов.

Тектонические – обусловлены мгновенной разрядкой напряжений в слоях горных пород. Чаще всего это происходит при подвижках в тектонических разломах. К этому типу относятся все катастрофические землетрясения, охватывающие огромные площади (в миллионы квадратных километров).
Вулканические – связаны с давлением поднимающейся магмы; наблюдаются при взрывных извержениях.
Экзогенные – происходят при обрушении кровли карстовых пустот, падении метеоритов и т.д.
Техногенные – обусловленные деятельностью человека (заполнение водохранилищ, взрывы и др.).

Из перечисленных типов землетрясений чаще всего происходят тектонические, они же причиняют и наибольший ущерб. Среди причин, вызывающих тектонические землетрясения, следует выделить два главных: образование разломов в слоях горных пород и вулканизм. Во время тектонического землетрясения имеют место дробление и смещение горных пород, прилегающих к разлому. Названные явления связаны с тремя видами движений в литосфере: сжатием горных пород, их растяжением и со смещениями по горизонтальным сколам.

Режим сжатия обычно приурочен к зонам субдукции. Здесь возникают глубинные разломы, которые косо погружаются под материки и островные дуги, и по которым океанические плиты подныривают под континентальные массивы. По мере погружения, океанические плиты лопаются, что и вызывает землетрясения. Контролируемые глубинными разломами наклонные плоскости, в пределах которых возникают очаги землетрясений, получили название зон Заварицкого – Беньофа. Именно здесь возникают многочисленные мелкофокусные и все глубокофокусные землетрясения планеты.

Режим растяжения связан с процессом спрединга и наблюдается в пределах срединно-океанических хребтов. Здесь происходят мелкофокусные и немногочисленные землетрясения (около 5 % от числа зарегистрированных).

Смещения по горизонтальным сколам ярче всего выражены в зонах трансформных разломов, где амплитуды вертикальных и горизонтальных подвижек составляют от нескольких сантиметров до десятков метров, а само смещение прослеживается на расстоянии в сотни километров вдоль разлома. Наиболее показателен в этом отношении разлом Сан-Андреас (штат Калифорния, США), общее смещение по которому достигает, по одним оценкам 290 км, а по другим 580 км.

Определение силы землетрясения производится двумя принципиально разными способами, соответственно опирающимися на выявление относительной и абсолютной силы толчков.

Определение относительной силы носит субъективный характер, поскольку опирается на характер разрушений, самочувствие человека и другие внешние признаки. На территории СНГ принята 12-балльная оценки относительной силы толчков.

1 балл (незаметное) – колебания регистрируются только сейсмографами.
2 балла (очень слабое) – толчки замечаются единичными людьми, находящимися в спокойном состоянии.
3 балла (слабое) – толчки ощущают немногие люди.
4 балла (умеренное) – колебания замечает много людей.
5 баллов (довольно сильное) – раскачиваются висящие предметы, дребезжат стекла.
6 баллов (сильное) – покрывается тонкими трещинами штукатурка, бьется посуда, с полок падают книги, сильно колеблется жидкость в сосудах.
7 баллов (очень сильное) – отслаивается штукатурка, тонкие трещины в стенах, волнение и взмучивание воды в водоемах.
8 баллов (разрушительное) – трещины в сырых грунтах, быстрое раскачивание или переламывание стволов деревьев, сдвигается или опрокидывается тяжелая мебель, большие трещины в стенах прочных зданий.
9 баллов (опустошительное) – обрушение стен и кровли многих зданий.
10 баллов (уничтожающее) – трещины шириной до 1 м в грунтах, оползни рыхлых пород со скалистых склонов, изгибаются железнодорожные рельсы и разрываются трубопроводы, выплескивается на берег вода из озер и рек, разрушается большинство зданий.
11 баллов (катастрофа) – общее разрушение зданий, широкие трещины в грунтах и вертикальные подвижки по ним, многочисленные оползни и обвалы.
12 баллов (сильная катастрофа) – крупные изменения рельефа, густая сеть трещин и вертикальные и горизонтальные подвижки грунтов, изменение речных русел, образование водопадов, гигантские оползни и обвалы, разрушение всех инженерных сооружений.

Абсолютная сила землетрясения везде в мире оценивается по 9-балльной шкале магнитуд, предложенной в 1935 г Ч. Рихтером. С помощью этой шкалы определяется действительная энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения. Шкала Рихтера основана на измерении максимальной амплитуды колебаний, записанных на сейсмограмме на расстоянии 100 км от эпицентра. Крупнейшие землетрясения имеют магнитуду в 6 – 9 баллов.

В географическом распространении землетрясений можно выделить два основных пояса: Круготихоокеанский и Средиземноморско-Индонезийский.

Круготихоокеанский пояс является главным сейсмоактивным поясом Земли. Землетрясения здесь связаны с процессами сжатия в зонах субдукции и наиболее распространены сверхглубокие сейсмические очаги. Наблюдаются также и землетрясения, вызванные движениями по горизонтальным сколам, причем часто очень мощные (Калифорнийское землетрясение 1906 г).

Средиземноморско-Индонезийский пояс характеризуется преобладанием мелкофокусных землетрясений, во всяком случае, глубины очагов более 300 км здесь не зарегистрированы. Землетрясения этого пояса также объясняются сжатием горных пород и происходят в горно-складчатых массивах, являющихся реликтами древних (возрастом в 40 – 50 млн. лет) зон субдукции.

Помимо названных, выделяют также глобальный пояс срединно-океанических хребтов, слабые и мелкофокусные (до 10 км) землетрясения которого связаны с движениями растяжения в океанических рифтах, а также со смещениями по горизонтальным сколам в трансформных разломах. В пределах континентальных рифтов располагается Восточно-Африканский пояс землетрясений, а с древними зонами субдукции связано существование сейсмического пояса гор Средней Азии, южной Сибири и Дальнего Востока. На сейсмическую активность в последнем поясе огромное влияние оказывает современный Байкальский рифт, то есть землетрясения связаны как с процессами сжатия, так и растяжения.