На земном шаре

Участок на поверхности Земли, в пределах которого сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром; по мере удаления от эпицентра во все стороны сила толчков уменьшается до степени едва заметных колебаний почвы. Если соединить линиями пункты, в которых толчки проявились с одинаковой силой, получаются так называемые изосейсты. Изосейста наиболее сильных толчков землетрясения охватывает эпицентр, крайняя периферическая изосейста (обычно 3- или 4-балльная) оконтуривает область распространения слабых колебаний при данном землетрясении. Площади распространения колебаний по своим размерам различны. Известны случаи, когда колебания распространялись от эпицентра в сторону всего на несколько километров.

Эпицентр в большинстве случаев не является непосредственным источником колебаний, а представляет собой лишь проекцию на поверхности Земли очага или гипоцентра землетрясения, т. е. того участка в глубине Земли, в котором возникло землетрясение. Очаги могут находиться на разных глубинах – до 600–700 км ниже поверхности Земли. Основная масса сейсмических очагов лежит в пределах земной коры, т. е. не опускается ниже 100 км.

В самой толще земной коры очаги землетрясения располагаются неравномерно – чем ближе к поверхности, тем их больше. Так, очаги землетрясения в Крыму находятся на глубине от 10 до 40 км, в северных частях Средней Азии они редко опускаются ниже 60 км.

По поверхности Земли землетрясения распределены неравномерно. На равнинах, или точнее на платформах, очагов землетрясений нет; сюда редко доходят в ослабленной форме лишь колебания от удаленных очагов. Основная масса очагов, в том числе очагов разрушительных землетрясений, лежит в пределах современных складчатых зон, т. е. в тех частях земной коры, которые испытывают в настоящий момент интенсивные движения, сопровождающиеся деформациями земной коры.

Причиной землетрясений служат тектонические движения, происходящие в толще Земли. Они выражаются в появлении многочисленных, часто сложных и крупных дислокаций (т. е. образований складок, разрывов и вертикальных перемещений отдельных участков в толще коры), в глубокой метаморфизации (изменении) всех толщ земной коры, в интенсивном вулканизме и др. Нередко наблюдается тесное соответствие между распространением тектонических структур (обычно разрывов) и изосейст. Изосейсты протягиваются вдоль тектонических разрывов, оконтуривая узкие, удлиненные полосы наибольших разрушений, лежащих вблизи тектонических разрывов.

Кроме тектонических, известны вулканические, связанные с вулканическими извержениями, а также обвальные, связанные с обрушением подземных карстовых пустот; при этих землетрясениях толчки не достигают большой силы и распространяются недалеко. Выделяются также моретрясения, представляющие те же землетрясения, но их очаги расположены под дном моря или океана. Накопление тектонических напряжений, процесс разрядки этих напряжений в форме землетрясений, а также распространение возникших в очаге сейсмических волн в толще земного шара – явления, связанные с упругими свойствами горных пород и вообще твердого вещества Земли. При сильных землетрясениях выделяется энергия до
1 · 10²⁴–1 · 10²⁵ эрг, это соответствует энергии, которую может дать Днепровская ГЭС при непрерывной работе в течение 300–350 лет. При землетрясении в очаге возникает комплекс колебательных движений, в систему которых вовлекаются поочередно все более и более удаленные от очага частицы. Это, прежде всего, продольные волны, распространяющиеся по толще земного шара со скоростью (V_P), достигающей 7–14 км в секунду. Их можно понимать как реакцию среды на внезапное изменение объема.

Примером продольных волн, распространяющихся в газообразной среде, могут служить звуковые волны, возникающие как реакция воздуха на колебание, например, струны, и вызывающие быструю смену сжатия и разрежения воздуха в соседстве со струной.

Поперечные волны распространяются по толще Земли со скоростью (V_S), равной 4–10 км в секунду. При продольных волнах частицы колеблются в направлении от очага колебаний к периферии, вдоль так называемого сейсмического луча. При поперечных волнах частицы колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению сейсмического луча.

В связи с тем, что продольные волны являются следствием сопротивляемости среды изменениям объема, а сопротивляемость характерна для всех агрегатных состояний вещества, продольные волны могут распространяться как в твердых, так и в жидких и газообразных телах. Поперечные волны, возникающие в результате сопротивляемости среды изменениям формы, распространяются только в твердых телах; жидкость и газы не сопротивляются изменениям формы. Скорость продольных и поперечных волн определяется формулами:

, (2.9)

, (2.10)

где K – модуль всестороннего сжатия; m – модуль сдвига; р – плотность среды.

Кроме продольных и поперечных волн, выделяются еще так называемые волны Рэлея, возникающие на свободной поверхности твердого упругого пространства (на поверхности раздела земля – воздух), наподобие того, как появляются волны на поверхности жидкости под влиянием ветра. Однако в твердом веществе волны Рэлея вызываются упругими силами, а не силой тяжести, как в жидкости. Наконец, выделяют еще поперечные поверхностные длиннопериодные волны, возникающие в том случае, если упругий слой лежит на поверхности упругого полупространства.