Сейсмология и тектоника. Явления возбужденной сейсмичности в окрестности гидроузлов

В. ОБРУЧЕВ.

В. Обручев в китайском костюме во время одного из странствий по Поднебесной.

Определение глубины очага землетрясения: Э - эпицентр, Г - гипоцентр (очаг).

Зависимость разрушений от направления ударов.

Искривления железнодорожных путей при землетрясении.

Сдвиг полевых дорог при землетрясении 1891 года в Японии: FF - трещина в земле; пунктиром показано положение дорог перед сдвигом.

Землю, твердую почву под нашими ногами, мы привыкли считать чем-то незыблемым, прочным. На ней мы возводим самые тяжелые сооружения, углубляя их фундамент тем глубже, чем они тяжелее. Поэтому, когда земля начинает колебаться под ногами так, что на ней нельзя устоять, когда раскачиваются большие деревья, трещат и на наших глазах разваливаются прочные здания, простоявшие десятилетия и более, когда трещины разрывают почву и из глубины ее раздается гул и грохот, как будто рушатся сами недра Земли, - человека охватывает ужас, он теряет голову, не знает куда бежать, где спасаться от грозящей гибели.

А между тем наша Земля содрогается постоянно. Точные инструменты обнаружили, что каждый год случается от восьми до десяти тысяч землетрясений, т.е. примерно одно землетрясение каждый час; в действительности их гораздо больше, т.к. две трети земной поверхности покрыто водой, на которой нет станций, записывающих все, даже слабые сотрясения почвы, да и на материках обширные площади таких станций не имеют. К счастью, в большинстве случаев землетрясения так слабы, что человек их не ощущает. Он начинает их замечать, когда вещи в доме уже потрескивают или стукаются друг о друга; но эти землетрясения еще безобидные. Немного сильнее те, при которых звенит посуда, качаются висячие лампы и стенные картины, дребезжат стекла в окнах; такие землетрясения уже тревожат нас. А когда начинает сыпаться штукатурка, падают разные предметы, останавливаются маятники часов, хлопают двери и в стенах появляются трещины, люди невольно выбегают из зданий, потому что чувствуют себя в большей безопасности на улице, чем в закрытом помещении, которое становится похожим на мышеловку или западню.

Таких землетрясений в течение года бывает несколько десятков, а еще более сильных, которые разрушают города и губят тысячи людей, - только единицы. Еще реже случаются катастрофические землетрясения, при которых в течение нескольких секунд погибает больше людей, чем от эпидемий или сражений.

Землетрясение проявляется на земной поверхности, но его очаг , т.е. область, где оно возникает, находится в недрах Земли, на большей или меньшей глубине, и сосредоточен в пределах плоскости или какого-нибудь пространства с неизвестными нам ограничениями.

Для упрощения вычислений принимают, что очаг представляет точку, называемую гипоцентром . Из него исходит ударная волна, распространяющаяся во все стороны и приводящая все частицы в упругие колебания, которые вместе с самой волной постепенно ослабевают с удалением от гипоцентра. На земной поверхности сотрясение всего сильнее в области, расположенной непосредственно над очагом: ее называют эпицентральной областью , а эпицентром - точки над гипоцентром.

С удалением во все стороны от эпицентра сотрясения чувствуются все слабее и слабее и, наконец, уже не ощущаются человеком, но записываются точными инструментами.

Изучение землетрясений составляет задачу особого отдела геологии, называемого сейсмологией (от греческого слова "сейсм" - сотрясение). Сотрясения, ощущаемые человеком, называют макросейсмами, а ощущаемые только инструментами - микросейсмами.

Сильные землетрясения обыкновенно начинаются одним или несколькими слабыми ударами, за которыми следуют после короткого или длинного промежутка времени один или несколько главных ударов, наиболее разрушительных; затем удары постепенно ослабевают и наконец переходят из макросейсмических в микросейсмические. В общем землетрясение может длиться несколько часов или целые сутки. Иногда известная область Земли испытывает сотрясения разной силы в течение нескольких дней, недель или месяцев.

Почти каждое землетрясение сопровождается звуковыми явлениями, которые производят сильное впечатление и внушают человеку ужас. Подземный гул то подобен глухим раскатам грома, то клокотанию кипящей воды, то грохоту тяжелого поезда или обвала, то свисту ветра, то визгу при полете снаряда, то взрыву. Звуки иногда опережают волну землетрясения, иногда отстают от нее.

Для изучения землетрясений используют специальные инструменты - сейсмографы . Они регистрируют землетрясение, отмечая время, силу и направление каждого удара в отдельности. Кривая хода землетрясения называется сейсмограммой . Она пишется на бумаге, заправленной в сейсмограф.

Хорошие сейсмографы регистрируют не только землетрясение, случившееся в той местности, где установлен инструмент, т.е. где находится сейсмическая станция или в ближайших окрестностях, но и самые отдаленные землетрясения и позволяют определить, на каком расстоянии от станции они случились, а также их силу.

Вопрос о том, на какой глубине находится очаг землетрясения, решается вычислениями на основании сейсмо-граммы. Грубый, но наглядный способ дает измерение трещин в стенах зданий. Определив наклон трещин к земной поверхности и проведя к ним перпендикуляры, можно найти очаг на пересечении последних на глубине с вертикалью, проведенной через эпицентр, или на пересечении перпендикуляров друг с другом.

Наблюдения показали, что большая часть землетрясений зарождается на глубине 50 км от земной поверхности, небольшая часть - на глубине от 50 до 100 км и лишь единичные землетрясения исходят с глубин до 300-700 км.

Область, наиболее пострадавшая от землетрясений, располагается вокруг эпицентра и называется плейстосейстовой областью. Размеры ее зависят не только от силы удара, но и от глубины очага.

Сила землетрясений определяется по их последствиям; по принятой в СССР шкале различают 12 баллов землетрясений: от незаметного до сильной катастрофы. (О градациях силы землетрясений см. "Наука и жизнь" № Там же пояснено отличие классификации интенсивности землетрясений в баллах и по величине магнитуды по шкале Рихтера. - Прим. ред .)

Причины землетрясений бывают троякие. Во-первых, пустоты, создаваемые в растворимых породах земной коры подземными водами, являются причиной землетрясений, обусловленных провалом кровли этих пустот. Это провальные землетрясения , они имеют очень небольшую область распространения, маленькую плейстосейстовую область, небольшую глубину очага, но могут быть очень разрушительными.

Во-вторых, вулканическим извержениям часто предшествуют, а иногда и сопутствуют более или менее сильные землетрясения, обусловленные внезапным разрежением напряжения газов в канале вулкана, при выпирании ими лавовой пробки из жерла, а также провалами кровли пустот, образовавшихся после излияния лавы. Эти вулканические землетрясения иногда бывают весьма разрушительными: область их распространения и плейстосейстовая область невелики, очаг неглубокий.

В-третьих, все медленные смещения толщ в земной коре в связи с их дислокациями - образованием складок, сбросов, взбросов и сдвигов - часто сопровождаются землетрясениями. Эти тектонические землетрясения наиболее распространены и являются также нередко самыми разрушительными; область их распространения и плейстосейстовая область могут иметь очень различные размеры, а очаг может находиться на различных глубинах.

Каковы предвестники землетрясений?

Слабые сотрясения почвы, регистрируемые сейсмографами, а отчасти также замечаемые людьми за несколько часов до разрушительного землетрясения, являются его предвестниками, впрочем необязательными; сильное землетрясение может наступить без таких предвестников, или же они предшествуют ему так непосредственно, что теряют свое предупредительное значение. Иногда все дело может закончиться этими слабыми сотрясениями.

Наиболее чуткими по отношению к близкому землетрясению являются животные. Домашние животные - куры, свиньи, ослы - начинают беспокоиться и шуметь. Дикие звери ревут, крокодилы выползают из воды, на острове Куба ручные ужи, спасаясь, уползают из домов на поля. (Подробнее см.: П. Мариковский. Животные предсказывают землетрясения. - Алма-Ата: Наука, 1984. - Прим. ред .)

Последствия землетрясений выражаются в более или менее сильных повреждениях всяких сооружений человека вплоть до их полного разрушения, в трещинах, сбросах и сдвигах пластов земной коры, обвалах и оползнях в горах, в исчезновении и появлении источников, осушении и затоплении морских берегов.

Степень повреждения сооружений зависит прежде всего от качества постройки, но также и от состава почвы, характера сотрясения, силы удара и угла его выхода. Вертикальные удары, которые наблюдаются в эпицентре и в непосредственной близости к нему, менее вредны, чем волнообразные колебания, которые характерны для окружающей местности. Волны землетрясения, пробегающие в почве, сильно разрушают здания, в особенности стены, если они параллельны волне. Они не только поднимаются по волне, но и выгибаются ею. Угол выхода удара на поверхность, как показали теория и опыт, влечет наибольшие разрушения при величине от 45 до 55 о.

Влияние состава почвы объясняется тем, что скорость распространения землетрясения зависит от него; в твердых породах скорость гораздо больше, чем в рыхлых. В мощной толще рыхлых пород, например наносов (аллювий долин), волна ослабевает и может даже совсем затухнуть; но небольшая толща, лежащая на твердых коренных породах, не успевает смягчить удар, а подбрасывается на своем основании. В этих условиях разрушение будет сильнее, чем прямо на коренных породах.

При наибольшей силе землетрясения все здание превращается в кучу обломков. Однако огромное значение имеет качество материала, из которого построено здание: стены, сложенные из кирпича на хорошем цементе, при той же силе землетрясения пострадают гораздо меньше, чем стены, сложенные из валунов, связанных глиной.

Разрушение зданий часто сопровождается пожарами, так как развалившиеся очаги, опрокинутые лампы, разорванные электропровода дают начало огню, а порча водопроводов и загромождение улиц обломками затрудняют в городах тушение пожаров. Так, при землетрясении 1 сентября 1923 года в Японии после первого толчка в Токио вспыхнули пожары в 76 местах, и за двое суток выгорело три четверти города.

Сильные разрушения зданий, в особенности при землетрясениях, случающихся ночью, неминуемо влекут за собой гибель людей, засыпанных обломками в домах: всеобщая паника, пожары и загромождение улиц затрудняют своевременное откапывание живых. Например, землетрясение 1920 года в провинции Ганьсу в Китае повлекло за собой смерть около 200 000 человек, большинство из них было засыпано в разрушенных от удара пещерных жилищах в лёссе.

Кроме зданий в городах во время землетрясений страдают также и подземные сооружения - трубы канализации, водопроводов и газопроводов, кабели освещения и телефона, каменные и железные мосты (у последних соскакивают с устоев отдельные фермы), рельсовые пути (искривляется полотно вместе с рельсами).

В земной коре при каждом сколько-нибудь значительном землетрясении образуются трещины , в наибольшем количестве в области эпицентра; иногда они расходятся во все стороны от какого-либо центра, но чаще располагаются без всякого порядка в разных направлениях. В горах они обычно располагаются вдоль склона, а на побережье - вдоль берега. Трещины достигают ширины от 20-50 см до 10-15 м и тянутся иногда на многие километры; глубина их доходит до 10 м; в них проваливаются отдельные здания, люди и животные. Трещины, образовавшиеся при первом ударе, иногда закрываются при следующих, но часто смыкаются медленно или остаются открытыми.

Опускания более крупных площадей или провалы их происходят при очень сильных землетрясениях, достигают даже 60 м глубины и сопровождаются извержением воды и грязи. В Лиссабоне при землетрясении 1755 года опустилась набережная с массой собравшихся на ней людей, а во время землетрясения 1861 года в дельте реки Селенги на озере Байкал случился провал - оседание площади около 260 км2, которая вместе с находившимися на ней жилищами и стадами опустилась ниже уровня озера в среднем на 2,9 м.

Если очаг землетрясения находится где-либо под дном океана или большого моря, то сотрясение передается через всю толщу воды - это море-трясение (или цунами). Его ощущают на кораблях, проходящих в это время по морю. При вертикальном ударе, т.е. над эпицентром, корабль вдруг поднимается, а затем опускается, замечается вспучивание воды. При боковых ударах корабль испытывает толчок, как будто он наткнулся на подводную скалу, плавучий лес или ледяную глыбу; незакрепленные предметы падают, люди с трудом удерживают равновесие; особенно сильно бывает сотрясение руля. Удар часто сопровождается глухим шумом, переходящим из воды в атмосферу.

Более разрушительны последствия моретрясений, если эпицентр находится недалеко от берега. Тогда море при первом ударе часто осушает большую площадь, а затем волна с громадной силой возвращается обратно, обрушивается на берега и смывает с них все. Так, при Лиссабонском землетрясении 1775 года волна достигла высоты 26 м и погубила 60 000 человек, распространившись на 15 км в глубь страны. На Камчатке в 1923 году волны занесли лед на полкилометра от берега, завалили им несколько зданий; тундра была залита на несколько километров. Мелкая прибрежная часть моря часто покрывается беспорядочными бушующими волнами, которые мечутся взад и вперед. Волны, поднятые землетрясением у берега, затем распространяются на большое расстояние по океанам и размывают берега, прибрежные селения и города. Например, землетрясение 1960 года в Чили вызвало возобновление деятельности вулканов и сильное цунами, волны которого достигали западных берегов Тихого океана. (Катастрофическое цунами в конце 2004 года в восточной части Индийского океана привело к гибели сотен тысяч людей и к огромному материальному ущербу в странах Юго-Восточной и Южной Азии. См. «Наука и жизнь» № 3, 2005 г. - Прим. ред.) Распространение землетрясений на земной поверхности показывает, что они тесно связаны с областями дислокаций и вулканизма. Статистика показывает, что 40% землетрясений приурочено к берегам Тихого океана, от Магелланова пролива через Алеутские острова до Новой Зеландии, которые отличаются и обилием вулканов. Здесь мы находим горные цепи, окаймляющие материки, и в ближайшем соседстве с ними - самые глубокие впадины на дне океанов, вытянутые вдоль берегов, т.е. наиболее резкие переломы рельефа. Около 50% землетрясений приходится на так называемый «пояс разлома» Земли, который тянется от Мексики в Западном полушарии через Атлантический океан по Средиземному морю до Каспия и Индии и отличается молодыми складчатыми горами и крупными опусканиями - провалами, а также действующими вулканами. Только 10% землетрясений падает на остальные главные массы материков, причем среди них нужно выделить как наиболее подверженные: 1) пояс разломов вдоль африканских озер, Красного и Мертвого морей; 2) горные цепи Тянь-Шаня и Памира и 3) южную часть озера Байкал с прилегающей местностью.

Соотносятся ли как-то землетрясения с другими явлениями природы? Статистика показала, что землетрясения случаются: 1) чаще осенью и зимой, чем весной и летом (соотношение 4:3); 2) чаще во время новолуния и полнолуния; 3) чаще в перигее, т.е. во время нахождения Луны на наименьшем расстоянии от Земли; 4) удары бывают чаще и сильнее во время нахождения Луны на меридиане данного места.

С ветрами, осадками и переменами атмосферного давления также замечаются известные соотношения. Так, сильные ветры сами вызывают микросейсмические колебания. Землетрясения наблюдаются несколько чаще после периода сильных осадков. Наиболее ясна связь с резкими переменами давления воздуха, и это понятно: падение атмосферного давления на 1 мм соответствует уменьшению давления на 1 км2 на 13,6 миллиона килограмм. Резкое падение или увеличение давления воздуха может вызвать разрежение напряжения в складках или разломах в форме смещения толщ, которое, в свою очередь, вызовет сотрясение. Такое же влияние может иметь усиление нагрузки на земную кору вследствие большого количества осадков зимой и осенью, давления ветра и усиления морских приливов в зависимости от положения Луны.

Предотвращать землетрясение человек не в состоянии: в его силах в лучшем случае только заблаговременно предупреждать о них, чтобы люди успели спастись, и возводить такие сооружения, которые выдерживают даже сильные сотрясения.

С целью предупреждения в местностях, подверженных землетрясениям, устраивают сейсмические станции, снабженные точными и чувствительными сейсмографами, которые должны не только регистрировать сильные сотрясения, но и микросейсмические и на основании их изучения выяснить по возможности такие движения, которые являются предвестниками разрушительных. К сожалению, это сделано не во всех регионах Земли.

Предохранительные мероприятия, уже принятые во всех странах, сильно страдающих от землетрясений, состоят в определенных правилах для возведения зданий. В основном они сводятся к расширению фундамента, применению металлической связи в кирпичной кладке, особой прочности сводов и перемычек, отделению крыши зазором от дымоходов, запрещению тяжелых карнизов и лепных украшений и употреблению вполне доброкачественных материалов. Постройки, возведенные согласно этим правилам, называются антисейсмическими и должны гарантировать живущих в них от гибели под развалинами.

См. в номере на ту же тему

Поверхность земли беспрерывно подвергается атаке глубинных сейсмических толчков. В течение года происходит свыше 100 тыс. землетрясений. Большинство толчков не ощущается людьми, а регистрируется высокочувствительными приборами - сейсмографами. Но ежегодно около 10 землетрясений достигает разрушительной силы, а единичные приобретают характер катастрофических. В среднем по статистике в мире от зе

млетрясений погибает ежегодно около 10 тыс. человек.

Ущерб, наносимый землетрясением, измеряется не только числом человеческих жертв. При катастрофических землетрясениях происходит изменение рельефа земной поверхности, образуются трещины, по которым происходит перемещение блоков земной коры, возникают новые возвышенности и провалы, изменяется направление течения рек, разрушаются почти все искусственные сооружения и постройки, создаются озера. Землетрясения могут стать причиной других стихийных бедствий, таких как штормы, тайфуны, цунами, горные обвалы и камнепады, оползни, сели, снежные лавины .

Землетрясение обычно начинается в некоторой точке (гипоцентре) и затем распространяется в стороны от нее. Точка, находящаяся на поверхности земли точно над гипоцентром, называется эпицентром. Расстояние от поверхности земли до гипоцентра, называется глубиной очага.

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) .

При землетрясениях высвобождается большое количество энергии, для крупнейших из них сопоставимое с энергией ядерной и даже водородной бомб. Большая часть выделившейся энергии расходуется на разламывание и дробление пород, образование тепла. Небольшая часть энергии излучается во всех направлениях в окружающее пространство в виде сейсмических волн, которые распространяются в теле земли и, достигая ее поверхности порождают ощущаемое нами движение грунта (колебания почвы) и вызывают повреждения зданий и сооружений.

Существуют два основных типа сейсмических волн: объемные, распространяющиеся в теле земли и подобные звуковым волнам, и поверхностные, идущие вдоль земной поверхности, подобно морским волнам .

Основными параметрами, определяющими силу и характер (эффект) землетрясения являются интенсивность сейсмических толчков, магнитуда, глубина очага. Степень ущерба в определенном месте называют интенсивностью землетрясения и измеряют ее с помощью цифровой шкалы, называемой модифицированной шкалой Меркалли (шкалой ММ) по имени ее создателя итальянского ученого. Шкала разделена на 12 частей - баллов. Самое слабое землетрясение (интенсивностью I или 2 балла) ощущается только отдельными чувствительными к колебаниям почвы людьми. Самое сильное - 12 баллов - приводит к полному разрушению всех зданий и изменению географического ландшафта. По этой шкале землетрясения ниже б баллов считаются слабыми, выше 6 баллов – сильными .

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, сообщающие 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 .

Употребляются и другие шкалы: шкала Японского метеорологического агентства (МА), европейская шкала - 64, а также Китайская шкала интенсивности. Следует заметить, что интенсивность не является непосредственно измеряемой величиной; ее определение полностью субъективно и требует обследования пострадавших районов.

Второй важной характеристикой землетрясений, после интенсивности, является магнитуда по шкале Рихтера. Магнитуда любого подземного толчка определяется как логарифм (десятичный), выраженный в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка на сейсмографе, полученной с помощью стандартного сейсмографа на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. Это фактически мера смещения почвы в месте регистрации (расположения сейсмической станции).

Глубина очага землетрясения, определяемая как расстояние от поверхности земли до гипоцентра, может быть от нескольких километров до нескольких сотен километров. Для неглубоких (мелкофокусных) землетрясений глубина очага составляет от единиц до десятков километров, для глубокофокусных - до 750 км .

В работе Крылова С. В. , а также в исследованиях Голенецкого С.И. , Чипизубова А.И. мы встречаем более научное изложение характеристик землетрясений, которые, в принципе, не противоречит приведенным выше:

· глубина очага землетрясения;

· магнитуда и интенсивность энергии на поверхности земли.

Глубина очага – это глубина места, где возникает подземный удар (толчок), т.е. очаг землетрясения . Глубина очага землетрясения в различных сейсмических районах лежит в пределах от 0 до 720 км . В зависимости от глубины очага (Н) землетрясения подразделяются на: поверхностные (Н=0 – 70 км); промежуточные (Н =70 – 300 км); глубокие (Н более 300 км). До сих пор не было зарегистрировано ни одного землетрясения глубже 720 км. Свыше 75% энергии, выделенной при землетрясении, принадлежит поверхностным и только 3% - глубоким. Проявление землетрясений в тех или иных районах называют их сейсмичностью .

Магнитуда – мера общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн. Магнитуда является характеристикой очага землетрясения и определяет общую энергию землетрясения в нём. Магнитуда – безразмерная величина, представляет собой логарифм максимальной амплитуды (Z) смещения почвы (поверхностной волны) в микронах (мкм), измеренной прибором сейсмографом (или по сейсмограмме) на расстоянии R =100 км от эпицентра землетрясения .

4.1. Определение количества энергии, выделяемой при землетрясении

Основными характеристиками землетрясений являются: глубина очага (h), магниту да (М), интенсивность (І) и энергия (Е).

Глубина очага землетрясения обычно находится в пределах от 10 до 30 км, в ряде случаев она может быть значительно больше.

Магнитуда (М) характеризует общую энергию землетрясения и представляет собой логарифм максимальной амплитуды смещения почвы в микронах, измеренной по сейсмограмме на расстоянии 100 км от эпицентра:

Магнитуда (М) по Ч. Рихтеру изменяется от 0 до 8,8 баллов (самое сильное землетрясение). Увеличение её на единицу означает десятикратное возрастание амплитуды колебаний в почве (или смещение грунта) и увеличение энергии землетрясения в 30 раз. Так, амплитуда смещения почвы землетрясения с М = 7 в 100 раз больше, чем с М = 5, при этом общая энергия землетрясения увеличивается в 900 раз.

Сейсмическая энергия

, откуда

Дж.

Шкалу магнитуд землетрясения создал Чарльз Рихтер в 1935 г. . Шкала Рихтера не имеет верхней границы, поэтому её называют открытой. За «0» в шкале принимается энергетический уровень, приравниваемый к освободившейся энергии равной 100 тыс. кг/м, т. е. достаточной для подъёма груза весом 10 т на высоту 1м. Землетрясение, при котором освобождается в 100 раз больше энергии соответствует 1 баллу, ещё в 100 раз больше – 2 балла и т. д. Наибольшее землетрясение на Земле имело магнитуду 8,9 балла. Ученые предполагают, что структура Земли не может сгенерировать землетрясение с магнит удой более 9 баллов.

Интенсивность землетрясений характеризует общую энергию упругих колебаний на поверхности Земли, оценивается по 12-бальной шкале MSK-64. определяется в зависимости от магнитуды М, расстояния R до эпицентра, глубины h и региональных констант а 3 , b 3 , c 3 по формуле , балла, где а 3 =1,5; b 3 =3,0; с 3 =3,5.

– в эпицентре

, балла

– на расстоянии R от эпицентра , балла.

При 3-балльном землетрясении колебания отмечаются немногими и только в помещении; при 5-балльном – качаются висящие предметы и все люди в помещении отмечают толчки; при 6-балльном – появляются повреждения в зданиях, при 8-балльном появляются трещины в стенах, разрушение карнизов и труб. 10-балльное землетрясение сопровождается всеобщим разрушением зданий и нарушением поверхности земли, 12-балльное – приводит к изменению ландшафта.

Некоторые данные о землетрясениях приведены в таблице (4.1).

Таблица 4.1

Данные по землетрясениям

Последствия подземных толчков проявляются в двух фазах. Первая фаза характеризуется приходом продольной волны, двигающейся внутри Земли, которая, достигнув объекта, вызывает часто не разрушительные, но ощутимые толчки.

Время прихода первой волны землетрясения, с:

,

где

- скорость движения продольных волн, км/с.

Вторая фаза землетрясения характеризуется суммарным влиянием сейсмических волн на объект: продольных и поверхностных. Последние, возбуждаются продольными волнами и идут от эпицентра по поверхности Земли. Суммарная волна, которая образовывается, имеет большую амплитуду и может служить причиной значительных разрушений. Время ее прихода определяется по формуле

, с,

где

- скорость распространения поверхностных волн, км/с.

Промежуток времени, с, необходимый для осуществления экстренных мер защиты, определяется как разность:

.

4.2. Решение задач

Магнитуда – М=5;

Глубина гипоцентра землетрясения – h=4 км;

Амплитуда записи сейсмографом колебаний грунта – а=20 мм;

Расстояние от объекта «А» к эпицентру R=25 км;

Скорость продольных волн

=6,2 км/с;

Скорость поверхностных волн

=0,9 км/с.

Определить параметры землетрясения и время для принятия экстренных мер защиты.

1. Определяем интенсивность землетрясения (I).

1.1. В эпицентре.

где М – магнитуда (М=5);

а 3 – константа региона (а 3 =1,5);

b 3 – константа региона (b 3 =1,5);

c 3 – константа региона (c 3 =3,5);

h – глубина гипоцентра (h =4 км).

1.2. На расстоянии R от эпицентра

где R – расстояние от эпицентра (R = 25 км).

2. Определяем время прихода первой волны землетрясения

сек,

где

- скорость продольных волн (

= 6,2 км/с).

3. Определяем время прихода суммарной волны (второй фазы землетрясения)

где

- скорость распространения поверхностных волн (

= 0,9 км/с).

4. Определяем время для осуществления экстренных мер защиты (

)

Вывод: Для осуществления экстренных мер защиты людей от землетрясения необходимо 24,3 сек.

Оценка параметров землетрясения с использованием номограмм.

На практике для быстрого оценивания параметров землетрясения целесообразно использовать номограммы.

1. По номограмме (рис. 4.2) определяем магнитуду в эпицентре землетрясения (R) при условии размещения сейсмостанции от эпицентра на расстоянии R = 300 км.

Зная амплитуду записи сейсмограммы колебаний а = 20 мм и его расстояние от эпицентра равное 300 км, определяем магнитуду М, которая равна М= 5,3.

2. По номограмме (рис. 4.3) определяем интенсивность землетрясения (I) в эпицентре (А).

При глубине гипоцентра (глубина очага землетрясения) h = 4 км и магнитуды М = 5, интенсивность землетрясения равна I = 9 баллов.

Для определения интенсивности землетрясения на объекте, находим расстояние от эпицентра до объекта

где R = 25 км (по условию задачи), h = 4 км (по условию задачи).

При этих данных интенсивность землетрясения по номограмме будет равна

балла.

Таким образом, здание находится в зоне незначительных разрушений, которые характеризуются повреждением стен (трещин, отваливание штукатурки), дверей (перекашивание блоков, выбиты оконные стекла).

Рис. 4.1. Схема землетрясения: О – гипоцентр (очаг землетрясения); А – эпицентр; В – очаг поражения; h – глубина очага землетрясения, где h =ОА; R – эпицентральное расстояние; С – гипоцентральное расстояние

Рис. 4.2. Номограмма для определения магнитуды в эпицентре землетрясения

Рис. 4.3. Номограмма для определения интенсивности землетрясения

3. Определяем площадь центра поражения.

Для этого вначале находим расстояние R 5 от эпицентра, что соответствует границе с интенсивностью землетрясения 5 баллов.

Соединив на номограмме (рис. 4.3) величины на шкалах бальности (5 баллов) и магнитуды (М=5,3) получаем, что R 5 равно:

км, тогда км,

где R 5 – расстояние от А до Б при бальности 5 баллов.

Площадь зоны поражения равна

4. Определяем время прихода первой волны землетрясения

сек,

где

- скорость продольных волн (

= 6,2 км/с).

5. Определяем время прихода второй волны землетрясения (разрушительной)

где

- скорость распространения поверхностных волн (

= 0,9 км/с).

6. Определяем время для принятия экстренных мер защиты (

)

Вывод: Для принятия экстренных мер защиты людей от землетрясения необходимо 24,3 сек.

Варианты заданий для самостоятельного решения задач студентами предложены в «Приложении 1».

4.3. Оказание помощи пострадавшим

При крупных землетрясениях люди могут оказаться в завалах. В условиях длительного сдавливания мягких тканей отдельных частей тела, нижних или верхних конечностей может развиться очень тяжелое поражение, получившее название синдрома длительного сдавливания конечностей или травматического токсикоза. Оно обусловлено всасыванием в кровь токсических веществ, являющихся продуктами распада сдавленных мягких тканей.

Пораженные с травматическим токсикозом жалуются на боли в повреждённой части тела, тошноту, головную боль, жажду. На повреждённой части видны ссадины и вмятины, повторяющие очертание выступающих частей давивших предметов. Кожа бледная местами синюшная, холодная на ощупь. Повреждённая конечность через 30-40 минут после ее освобождения начинает быстро отекать.

В течение травматического токсикоза различают 3 периода:

Промежуточный;

Поздний.

В раннем периоде сразу же после травмы и в течение 2 часов сознание у пораженного сохранено, он возбуждён, пытается освободиться из завала, просит о помощи. После пребывания в завале в течение двух часов наступает промежуточный период. Возбуждение проходит, пораженный становится относительно спокойным, подаёт о себе сигналы, отвечает на вопросы, периодически может впадать в дремотное состояние, у него отмечается сухость во рту, жажда, общая слабость. В поздний период общее состояние пострадавшего резко ухудшается: появляется возбуждение, неадекватная реакция на окружающее, возникает бред, озноб, рвота, зрачки сначала сильно суживаются, а затем расширяются, пульс слабый и частый. В тяжелых случаях наступает смерть.

Обнаружив человека в завале, прежде всего, нужно осмотреть это место и принять меры к освобождению пострадавшего. Завал разбирают осторожно, чтобы он не обрушился. Из завала можно извлекать человека только после полного освобождения от сдавливания.

При оказании первой медицинской помощи на раны и ссадины накладывают стерильную повязку. Если у пораженного холодные, синюшного цвета, сильно поврежденные конечности, на них накладывают выше места сдавливания жгут. Это приостановит всасывание токсических веществ из раздавленных мягких тканей в кровеносное русло. Жгут надо накладывать не очень туго, чтобы полностью не на­рушить притока крови к поврежденным конечностям.

В случаях, когда конечности тёплые на ощупь и повреждены не сильно, на них накладывают тугую бинтовую повязку. После наложения жгута или другой бинтовой повязки шприц-тюбиком вводят противоболевое средство, а при его отсутствии назначают прием 50 грамм водки. Поврежденные конечности, даже при отсутствии переломов, иммобилизуют шинами.

С первых же минут оказание первой медицинской помощи пораженному показаны горячий чай, кофе, обильное питьё с добавлением питьевой соды по 2-4 грамма на приём (до 20-40 грамм в сутки). Сода способствует восстановлению кислотно- щелочного равновесия внутренней среды организма, обильное питьё - выведению токсических веществ с мочой.

Пораженных с травматическим токсикозом как можно быстрее и бережнее на носилках доставляют в медицинское учреждение.

Признаками ушиба поверхностно расположенных мягких тканей являются боль, припухлость, кровоподтек. При оказании первой медицинской помощи пострадавшему накладывают давящую повязку, применяют холод, создают покой. Сильные ушибы груди или живота могут сопровождаться повреждением внутренних органов: лёгких, печени, селезёнки. Необходимо на место ушиба положить холодный компресс и срочно доставить пораженного в медицинское учреждение.

При травмах головы возможно повреждение головного мозга: ушиб или со­трясение. Признаками ушиба головного мозга являются головные боли, подташни- вание, а иногда и рвота, сознание у пострадавшего сохранено. Сотрясение головного мозга сопровождается потерей сознания, тошнотой и рвотой, сильными головными болями, головокружением. Первая медицинская помощь при ушибе и сотрясении головного мозга заключается в создании полного покоя пораженному и применении холода на голову.

Растяжение связок происходит при неудачном прыжке, падении, поднятии тяжести. В поврежденном суставе появляются боли, образуется припухлость, ограни­чиваются движения. При оказании первой помощи производят тугое бинтование, применяют холод на поврежденный сустав, обеспечивают покой поврежденной конечности.

Вывихи возникают при смещении суставных поверхностей костей. При этом нарушается целостность суставной сумки, иногда разрываются связки. Вывихи могут быть в нижнечелюстных и межпозвонковых суставах. Основные признаки вывихов суставов конечностей: боль в суставе, нарушение движений в нём, изменение формы сустава, укорочение конечности и вынужденное её положение.

Оказывая первую медицинскую помощь при вывихе, не следует пытаться его вправить - этот обязанность врача. При вывихах сустава создают покой конечности, а при вывихах в крупных суставах наряду с покоем рекомендуется ввести обезболивающее средство.

Приложение 1

Варианты решения задач по определению параметров землетрясения и принятия экстренных мер защиты людей

Продолжение приложения 1

Литература

Л.В. Порядочний, В. М. Заплатинський. Безпека в надзвичайних ситуаціях та ци­вільна оборона. Навчальний посібник. - Київ: 2003. - 300 с.

В.М. Шоботов. Цивільна оборона. - К.: 2004. - 439 с.

Е.П. Шубин Гражданская оборона. Учебное пособие. - М: Просвещение, 1991. - 223 с.

О.П. Депутат та інші. Цивільна оборона. Навчальний посібник. - Львів: Афіша, 2000.-336 с.

Произошло глубоко под Охотским морем 24 мая 2013 года. Сейсмологи до сих пор так и не нашли объяснение этому явлению. Ведь на глубине около 609 километров интенсивное давление расположенных выше слоёв должно было препятствовать появлению такого большого разлома.

Энергия, выделенная землетрясением в Охотском море, произвела вибрации, которые были зафиксированы несколькими тысячами сейсмических станций по всему миру. Авторы исследования определили, что оно высвободило в три раза больше энергии, чем упомянутое Боливийское землетрясение. Как установили исследователи, площадь и скорость разрыва также были больше. В длину разрыв составил около 180 километров, что на сегодняшний день является самым высоким показателем для любого глубинного землетрясения. Породы также раскалывались с необычно высокой скоростью (4 километра в секунду) и сдвинулись на 2-10 метров к моменту прекращения толчков, что более характерно для обычных землетрясений, происходящих вблизи поверхности.

"Совершенно непонятно, как происходят такие землетрясения, - комментирует профессор Лэй. – Как на такой глубине и при таком давлении плита может скользить по другой плите с такой высокой скоростью? Возможно, первоначальный толчок повлёк за собой какие-то трансформации в минералах, но мы не смогли напрямую зафиксировать это. Единственное, что можно сказать об Охотском землетрясении, − по своим параметрам оно очень напоминает те землетрясения, что происходят ближе к поверхности земной коры".

Глубинные землетрясения происходят в переходной зоне между верхней мантией и нижней мантией Земли , на глубине от 400 до 700 километров под поверхностью планеты. Они возникают из-за деформаций в глубокой погружающейся в недра планеты плите, когда одна пластина земной коры ныряет под другую. Такие землетрясения обычно не способны вызвать сильную тряску на поверхности и почти не представляют опасности. Зато они очень интересны научному сообществу.

Исследователи объясняют столь разительные несовпадения между охотским и боливийским землетрясениями различиями в возрасте и температуре погружающейся плиты.

Погружающаяся тихоокеанская литосферная плита под Охотским морем (расположенная между полуостровом Камчатка и материковой частью России) намного холоднее, чем та, из-за которой произошёл катаклизм 1994 года. Там теплота плиты привела к более пластичному процессу деформации.

Глубинное землетрясение в Охотском море может также быть связано с повторным разрывом пласта, произошедшем в то время, когда океаническая плита наклонилась в Курило-Камчатской зоне субдукции . Но, как именно началась деформация под огромным сдерживающим давлением, по-прежнему остаётся неясным. Можно было бы предположить, что на процесс повлияли жидкие составляющие (в частности, ускорили движение), но все они должны были покинуть плиту по ходу её движения вглубь планеты. Породы могли также расплавиться из-за трения, но тогда что-то всё равно должно было инициировать начало скольжение.

"Какие-то трансформации минералов могли бы запустить этот процесс, но мы не в состоянии их зафиксировать. Единственное, что мы можем сказать с уверенностью: нынешнее землетрясение похоже на те, что происходят ближе поверхности", - сообщает Лэй.

Cтраница 1




Очаг землетрясения - это некоторый объем в толще Земли, в пределах которого происходит высвобождение энергии. Центр очага - условная точка, именуемая гипоцентром или фокусом.  

От очага землетрясения сейсмическая волна распространяется во все стороны и будет принята многими сейсмографами, установленными в разных городах и странах. О каждом подземном толчке сведения будут доставлены трижды, так как все три типа волн, о которых только что шла речь, отправятся в путешествие от места землетрясения. Первой к наблюдателю придет продольная волна, за ней - поперечная и последней прибудет поверхностная волна.  

В очагах землетрясений возбуждаются упругие продольные (Р) и поперечные (S) сейсмические волны, распространяющиеся во все стороны.  

Глубина расположения очагов землетрясений находится в диапазоне от нескольких километров до многих сотен километров. Так, в Крыму очаги землетрясений располагаются на глубине от 10 до 40 км, а очаги землетрясений по берегам Тихого океана имеют глубокое расположение - до 700 км.  

Распространяясь от очага землетрясения, первыми на регистрирующую (сейсмическую) станцию приходят продольные волны, спустя некоторое время - поперечные.  

Рассматривая распределение очагов землетрясений Средней Азии по глубинам, можно отметить, что на глубину 30 - 40 км приходятся единичные очаги землетрясений, с глубиной 20 - 30 км связано большое количество очагов, на глубине 5 - 15 км сосредоточивается основная часть очагов землетрясений.  




Геологическая обусловленность: очаги землетрясений с магниту-дами М 7 - 8 приурочены к глубинным неоднородностям земной коры, а с магнитудами М 5 - 6 приурочены к менее крупным неоднородностям, которые могут проявиться в рельефе поверхности Земли. Пересечение зон неоднородности земной коры с зонами влияния активных в четвертичное время разломов выделяет области с наибольшими тектоническими напряжениями.  

По глубине расположения очага землетрясения выделяют поверхностные, или обыкновенные (до 70 км), промежуточные (от 70 до 300 км) и глубокие (глубже 300 км) землетрясения. Большинство землетрясений являются поверхностными. Глубже 720 км землетрясений зарегистрировано не было. Свыше 75 % энергии, выделенной при землетрясениях, принадлежит поверхностным и только 3 % - глубоким.  

Точное определение местоположения очагов землетрясений стало возможным, когда была открыта местная сеть из 14 постоянных сейсмических станций.  

Если используется модель очага землетрясения в виде трещины в упругом теле, то диссипация может быть учтена путем введения сухого трения между бортами трещины.  

Большой разброс глубин очагов землетрясений в субдук-тируемых плитах дает возможность обнаружить периодичность в распределении гипоцентров во времени и пространстве Подобные построения приводят к поразительному выводу о реальности ряда периодических процессов, включающих землетрясения.  

Что происходит в очаге землетрясения. В общих чертах мы уже дали ответ на этот вопрос: там происходит разрыв подземных пород. В данном случае геологи используют специальный термин - разлом. Разлом возникает, когда породы по обе стороны от разрыва смещаются относительно друг друга настолько, что нарушается соответствие слоев.