Лекция 1
Землетрясение - это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре и передающиеся на большие расстояния в виде колебаний. Землетрясение длится обычно от 1 до 10 секунд.
По силе землетрясения разделяются нa:
1. Мегалоземлетрясения
2. Разрушительные—катастрофические землетрясения
3. Слабые землетрясения
4. Микроземлетрясения
Мегалоземлетрясения — достаточно редкие землетрясения (1 раз в 100
лет) планетарного масштаба. По шкале Рихтера их магнитуда — более 8,5.
(Сегодня для их классификации используется специальная шкала японского
ученого Каномари). Их энергии оказывается достаточно, чтобы так «раскачать» земной шар, что чувствительной сейсмометрической аппаратурой и наклономерами начинают регистрироваться собственные колебания Земли, длящиеся несколько дней. Именно такие землетрясения приводят к изменению рельефа Земли: горообразованию, образованию озер.
Мегалоземлетрясениям обычно предшествует активизация сейсмической активности на больших территориях, и всегда они сопровождаются более слабыми землетрясениями, последующими после главного толчка. Эти (последующие) землетрясения продолжают возникать в течение месяцев, а иногда и лет‚ и могут быть достаточно опасными.
Происходя далеко от эпицентра главного толчка, но вблизи от населенных пунктов, они могут стать разрушительными-катастрофическими.
Самым разрушительным землетрясением в истории было землетрясение 1556г. В провинции Шанси (Китай), когда погибло около 830 тыс. человек.
Разрушительные-катастрофические землетрясения.
Такими землетрясениями издавна называют те, при которых рушатся города и погибают люди. Колебания от них могут ощущаться за тысячи километров от их эпицентра. По статистике землетрясение, начиная с магнитуды 6 по шкале Рихтера, может оказаться катастрофическим по
последствиям, если оно возникло вблизи от города или ответственного
сооружения. Поэтому не надо путать две разные вещи — магнитуду
землетрясения и его эффект, впоследствии измеряемый по количеству
разрушений и жертв.
В целом прослеживается общая закономерность — чем сильнее
землетрясение, тем больше человеческие жертвы и ущерб. Однако это
далеко не всегда так. Здесь вступает B силу плотность населения и степень
освоения территорий и даже сезон года, погодные условия в зоне
максимальных сотрясений. Катастрофы с большими человеческими
жертвами может и не быть даже при очень сильном землетрясении, если оно
произошло в ненаселенных районах. Тогда оно не становится катастрофичным.
К вторичным, a иногда основным поражающим факторам относятся
лавины, обвалы, цунами, сели. Ярким примером является цунами,
обрушившийся в конце 2004г нa берега юго-восточной Азии. Причиной
цунами стало землетрясение магнитудой 9 по шкале Рихтера на дне
Индийского океана. Результат: более 140 тыс. человек погибло. Это
землетрясение одновременно можно назвать и мегалоземлетрясением, и
катастрофическим (привело к большому количеству жертв; привело к смещению оси Земли).
________________________________________________
Справка
Цунами — японское слово, в переводе «морская волна». Возникает в
результате сдвига вверх или вниз крупных участков дна при сильных
подводных землетрясении, изредка - при вулканических извержениях. Высота волн в эпицентре может достигать пяти метров‚ у берегов — до 10 м, a в неблагоприятных по рельефу участках побережья - до 50 м. Они могут распространяться со скоростью до 1000 км/ч.
От цунами особенно страдают Японские и Гавайские острова. Для России цунами представляют большую угрозу нa восточном побережье Камчатки и севере Курильских островов. (В 1952г. сильное цунами привело
к полному уничтожению города Северо—Курильска).
___________________________________________________
Слабые землетрясения
Почти ежедневно где-то в мире происходят слабые землетрясения, при
которых здания дают трещины, но не разрушаются, звенит и разбивается
посуда и др. Они вызывают местный интерес, не занимают главного места в
сводках мировых новостей и быстро забываются.
Их энергии недостаточно для возбуждения опасных сейсмических
колебаний на поверхности Земли, но они способны вызывать обвалы, оползни и сели.
Особенно опасны слабые толчки в горах, где могут оказаться неустойчивые горные склоны. Тогда даже при незначительном сейсмическом колебании произойдет их обрушение.
Слабые землетрясения опасны в зонах распространения карета. Даже
незначительные колебания Земли могут привести к обвалу пород, лежащих
над карстовыми пустотами, и провалам зданий. Это очень актуально для Казани.
Микроземлетрясения
Эти землетрясения регистрируются только в пределах локальных территорий высокочувствительными приборами. Их энергии недостаточно,
чтобы возбудить интенсивные сейсмические волны, способные распространяться нa большие расстояния. Можно сказать, что происходят они непрерывно, незаметно и вызывают интерес только у ученых.
Почему?
Считается, что Микроземлетрясения не только свидетельствуют о сейсмической опасности территорий, но служат и важным предвестником момента возникновения более сильного землетрясения. Их изучение, особенно в местах, где нет достаточных сведений о сейсмической активности в прошлом (как, например, для Татарстана), дает возможность, не дожидаясь десятки лет сильного землетрясения, рассчитать потенциальную опасность территорий.
На исследовании микроземлетрясений построены многие методы оценки сейсмических свойств грунтов при застройке территорий.
Учеными Японии было отмечено, что эпицентры слабых и микроземлетрясений закономерно совпадают с местами, где происходили и происходят сильные землетрясения.
Причины землетрясений
1. Тектоническая деятельность Земли;
2. Деятельность вулканов;
3. Обвалы;
4. Техногенная деятельность человека.
1. Тектоническая деятельность Земли
Существует несколько теорий о причинах землетрясений. Это:
· Пульсационная теория
· Конвекционная теория
· Теория дрейфа материков
· Теория тектоники плит
Пульсационная теория: земная кора подвергается попеременно сжатию и растяжению, вследствие чего на поверхности образуются складки и разрывы.
Конвекционная теория: согласно этой теории, происходит перемещение масс в земной коре, вызванное неравенствам t° в-в с различными физическими свойствами (плотностью), что приводит к передвижению континентов и горообразованию.
Теория дрейфа материков: в какой-то момент в процессе развития земного шара произошли разрывы земной коры и образовавшееся пространство заполнилось водой, которая вызывает движение материков и, как следствие, деформацию земной коры.
Теория тектоники плит: согласно этой теории, верхняя оболочка разделена на несколько огромных тектонических плит толщиной 60-100 км, которые под действием тепловых потоков, поднимающихся из высокотемпературной мантии, перемещаются (плавают) на поверхности расплавленного пастообразного вещества, называемого магмой. Места, где плиты соприкасаются друг с другом, называются разломами.
1. Одни плиты двигаются навстречу друг другу (например, в районе
Красного моря). При этом часто образуются хребты и желоба.
Выделяют три основных типа границ плит:
· Дивергентные — на них плиты раздвигаются, там образуется новая океаническая кора;
· Трансформные - по этим границам плиты скользят друг относительно друга в противоположных направлениях;
· Конвергентные — у этих границ плиты сходятся, причем одна из них подвигается под другую и погружается в мантию.
Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и раздвигаются (такой процесс называется спредингом).
2. Другие плиты расходятся в стороны.
3. Третьи скользят друг относительно друга в противоположных направлениях, образуя трансформный разлом.
Горные породы обладают определенной эластичностью, a в местах тектонических разломов, где действуют силы сжатия и растяжения, постепенно могут накапливаться тектонические напряжения. Напряжения растут до тех пор, пока не превысят прочности самих пород. Тогда пласты горных пород разрушаются и резко смещаются относительно друг друга, излучая сейсмические волны. Происходит подвижка плит.
Обычно смещение составляет лишь несколько сантиметров, но энергия, выделяемая при движениях горных пород весом в миллиарды тонн даже на малое расстояние, огромна. При подвижке происходит высвобождение этой энергии. Распространяясь в разные стороны, это вызывает колебания Земли.
Место, где расположено разрушение породы, обычно расположено нa некоторой глубине и носит название очага или гипоцентра землетрясения. При значительной области разрушения называется областью очага.
2. Вулканические землетрясения
Вулканы — (название произошло от имени бога Огня — Вулкан) —известны как места возникновения слабых и сильных землетрясений. Раскаленные газы и лава, бурлящие в недрах вулканических гор, толкают и давят на верхние слои Земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Эти движения приводят к сериям мелких землетрясений — вулканическому тремору (вулканическому дрожанию).
Подготовка к извержению вулкана и его деятельность может происходить в течение многих лет и столетий. Вулканическая деятельность сопровождается взрывом огромных количеств пара и газов, что вызывает сейсмические и акустические колебания. Движение высокотемпературной магмы в недрах вулкана сопровождается растрескиванием горных пород, что в свою очередь также вызывает сейсмическое излучение.
3. Обвальные землетрясения
Чаще всего такие землетрясения происходят в районах, где грунты сложены карбонатными породами (известняком и доломитами), способными растворяться в воде. Из-за вымывания этих пород подземными водами образуются кареты. Более тяжелые породы давят нa образующиеся пустоты и они иногда обрушаются, вызывая землетрясения. Чем больше масса обрушившейся породы и высота обвала, тем сильнее ощущается сейсмический эффект. В некоторых случаях зa первым ударом следует другой или несколько ударов с промежутком в несколько дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Подобные землетрясения называют еще денудационными.
Такие землетрясения вполне возможны в нашем регионе (в Казани очень сильно распространены карстовые процессы).
Сами по себе обвалы, обрушение кровли пустот могут подготавливаться и возникать под воздействием различных достаточно естественных факторов:
1. В первую очередь это следствие недостаточного отвода воды, вызывающее размывание основания. Вода просачивается вниз, образует пустоты и, замачивая окружающие породы, изменяет их плотность и способствует их обвалу.
2. Немаловажно воздействие вибраций, которые всегда присутствуют в жизни: движение автотранспорта, поездов, метро, проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов, разработка месторождений полезных ископаемых. Эти незаметные, но постоянно существующие микроколебания могут привести к разрушениям.
3. Техногенные (наведенные) землетрясения
Эти землетрясения связаны с воздействием человека на природу.
1. Подземные ядерные взрывы. Ученые сопоставили статистику ядерных взрывов и статистику землетрясений и пришли к выводу, что даже испытательный подземный взрыв способен вызвать землетрясения в радиусе не только до 1500 км, но и вызвать цепочки последовательных землетрясений, которые продвигаются на гораздо большие расстояния. Проведение ядерных взрывов запрещено договором 1996г. Сейчас стали говорить o «тектоническом оружии», когда специально произведенный взрыв определённой мощности в определенном месте может вызвать направленное землетрясение на территории противника. Разработки по тектоническому оружию проводили у нас еще в Советское время. Со временем в связи с финансовыми трудностями работа в этом направлении прекратилась. Но результатами наших усилий заинтересовались все разведки мира. Сейчас, несмотря нa конвенцию ООН, как информирует пресса, B секретных геофизических лабораториях Японии, США и ЮАР идет планомерная работа по разработке ТО.
2. Закачка в недра или извлечение оттуда большого количества воды, нефти, газа. Одна быстрая разгрузка и нагрузка территорий может привести е больших массивов пород. Ученые провели исследования и сделали вывод, что в местах разработки полезных ископаемых активизация сейсмической активности может наступить уже через 2 года (это наблюдалось при разработке газовых месторождений в Канаде). Территория Ромашкинского месторождения (Татарстан) стала сейсмически активна через 39 лет.
3. Создание водохранилищ. Накопление огромной массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, смещению сил трения на контактах земных блоков. Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Так, для плотин высотой более 10 м наведенную сейсмичность вызывали только 0,63 из них, при строительстве плотин более 140 м — уже 21%.
Магнитуда наведенных землетрясений может достигать 6—7. Если еще накладываются тектонические силы, может произойти очень сильное землетрясение. Например, в Нефтегорске (1995г.).
B последнее время появилась гипотеза: причиной землетрясения может быть детонация (взрыв) нефти в недрах Земли.
В зависимости от глубины расположения гипоцентра от поверхности Земли землетрясения делятся на 3 категории:
1. Нормальные — на глубине очага до 70 км (большинство землетрясений);
2. Промежуточные — 70-300 км;
3. Глубокофокусные - > 300 км.
Максимальная глубина гипоцентра фиксировалась — 720 км (Индонезия 1933, 1934, 1943г.).
Типы сейсмических волн
Движение Земли при землетрясении носит характер волн. Землетрясение можно сравнить с камнем, брошенным в воду. Круги на воде напоминают сейсмические волны, разбегающиеся от центра во всех направлениях.
Различают несколько типов сейсмических волн:
1. волны сжатия;
2. волны сдвига;
3. поверхностные волны.
1. Волны сжатия — (Р—волны или продольные волны) — первичные волны, которые заставляют частицы пород колебаться подобно спиральной пружине. Они вызывают колебания частиц в породах‚ чередования участков волн путем сжатия и растяжения по направлению движения волн. Это наиболее часто встречающиеся волны. Они имеют наибольшую скорость распространения (8 км/сек) и приходят первыми к поверхности Земли. По этой причине их и называют первичными. Несмотря на большую скорость, эти волны вызывают не очень высокие ускорения. Р-волны могут проникать в любое место земного шара.
2. Волны сдвига — (S—волны или поперечные волны) — заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны подобно вибрирующей гитарной струне. Проходя через толщи грунтов, они вызывают деформации сдвига. При этом, несмотря на меньшую по сравнению с Р-волнами скорость распространения (ок. 5 км/сек.), они вызывают большие ускорения нa поверхности Земли и поэтому являются наиболее опасными для зданий и сооружений.
3. Поверхностные волны - (волны Лява и Релея) — Они распространяются по земной поверхности подобно морским волнам. Поверхностные волны движутся примерно в 2 раза медленнее, чем S—волны‚ но отличаются наибольшей амплитудой. Распространяются они только на поверхности Земли и вызывают большие смещения на поверхности Земли при низких ускорениях. Именно они являются главной причиной разрушения сооружений.
