Природа землетрясений

Пт, 02/13/2015 - 22:24

Карта землетрясений в Турции с 1900 г.



Последствия землетрясения в Японии

Движения блоков

Поскольку плиты находятся в постоянном движении, они трутся друг о друга и порождают напряжения, которые разрушают верхнюю часть коры и дробят ее на блоки. Движение этих блоков и приводит в конечном счете к землетрясениям.

Механизм тут такой. Под действием напряжений, возникающих от взаимодействия плит, блоки стремятся двигаться друг относительно друга, но это получается не всегда. В остановившихся блоках возникают напряжения, а материал под их действием деформируется. Когда величина напряжений превышает прочность препятствия, оно разрушается, а накопленная в виде деформации энергия снимается, порождая сейсмические волны (вспомним струну, которую музыкант сначала деформирует, а потом отпускает, и та издает звуки). Деформация снимается не одномоментно: крупному землетрясению могут предшествовать форшоки — когда препятствие начинает ломаться и блоки приходят в движение. А за ними, как правило, следуют афтершоки, пока не закончится перераспределение напряжений во всех блоках.

Для человека землетрясение всегда проявляется в виде поверхностных волн. Однако разрядка напряжений может происходить и в виде объемных волн — так бывает, если очаг землетрясения лежит глубоко. При этом, с одной стороны, часть энергии уходит в глубь Земли и мощность поверхностных волн оказывается ниже, а с другой — объемная волна может отражаться от препятствий и интерферировать сама с собой, порождая сложное распределение амплитуд колебаний поверхности.

Для оценки силы землетрясений американский сейсмолог Чарльз Рихтер предложил в 1935 году шкалу магнитуд. Значения на этой шкале определяются десятичным логарифмом перемещения стрелки сейсмографа. Увеличение магнитуды на единицу соответствует десятикратному росту амплитуды колебаний земной поверхности и тридцатикратному — энергии землетрясения. Эта методика хорошо подходила для оценки поверхностных волн (Рихтер работал в Южной Калифорнии, где очаги землетрясений залегают неглубоко). Для учета объемных волн появились модификации шкалы Рихтера. Они тоже несовершенны, поскольку при магнитуде около 8 наступает насыщение — даже значительное различие между землетрясениями по энергии укладывается в небольшое изменение магнитуды. Помимо шкалы Рихтера есть еще и сейсмические шкалы интенсивности землетрясения, которые применяют при расчетах прочности зданий. Используемая у нас шкала Медведева-Шпанхойера-Карника насчитывает 12 баллов и перечисляет последствия толчков для поверхности планеты — от «ощущается только приборами» до «изменения рельефа и разрушения всех зданий». Соотношение между этими шкалами сложное. Вот, например, Японское землетрясение 11 марта 2011 года имело магнитуду 9,2 балла, а его интенсивность японские сейсмологи оценили по своей 7-балльной шкале как 7 баллов в городе Курихара (почти вся мебель в доме сильно двигается, летают предметы, почти во всех зданиях вылетают окна, со стен откалываются штукатурка и плитка) и более 5 баллов в Токио (с полок падает почти вся посуда и книги, иногда падают шкафы и другая тяжелая мебель, рушатся многие стены неукрепленных блочных ограждений).

Причина в том, что последствия зависят не только от магнитуды землетрясения, но и от глубины залегания очага. Кроме того, волны могут проявляться в виде как вертикальных, так и горизонтальных колебаний поверхности. В первом случае строения на ней поднимаются и опускаются, претерпевая относительно небольшие разрушения, а при значительной горизонтальной составляющей на здание будет действовать и сила, направленная вбок, тогда разрушения окажутся больше. Горизонтальные колебания приводят к появлению разрывов в поверхности, порой весьма значительных.

Примерно такие общие соображения о механизме землетрясений и лежат в основе практической деятельности геофизиков, которые должны решать три задачи. Первая — дать научно обоснованные рекомендации по нормам строительства, то есть определить, с какой вероятностью в данной местности произойдет землетрясение той или иной силы, вторая — предсказать землетрясение с точностью хотя бы до недели, а лучше до дня, третья — предотвратить особо сильное землетрясение.
Из трех задач лишь первая решается более или менее удачно. Это неудивительно: расположение блоков земной коры известно неплохо, направления и скорости их движения — тоже, тем более что сейчас за ними можно следить с помощью спутниковых систем навигации, поэтому предположить место и силу будущего землетрясения, накопив достаточную статистику наблюдений, можно. Другое дело — указать время. Эта задача пока не решена.

Карта сейсмической опасности

Для предотвращения крупных катастроф составляют карты сейсмической опасности. Самую свежую карту такого рода для РФ отечественные геофизики составили в 2007 году. Она вобрала в себя новейшие научные данные и существенно отличается от последней советской карты, принятой в
1975 году. На территории РФ проходит несколько активных в сейсмическом отношении разломов: одни из них образовались от современных движений литосферных плит, другие представляют собой реликты древности.

Большая часть нашей страны лежит на Евразийской плите. Восточная часть, примерно за Верхоянским хребтом или линией, соединяющей Магадан и устье Лены в районе Тикси, принадлежит Северо-Американской плите (эта граница далее уходит в море Лаптевых и тянется в Арктику). Южная часть Камчатки, Сахалин и Курилы расположены на Охотоморской плите, а область от Забайкалья до Удской губы Охотского моря — на Китайской. Как нетрудно догадаться, по этим границам и расположены наши основные сейсмо- и вулканоопасные районы. Особенно сильные напряжения на востоке создает Тихоокеанская плита, прижимающая Охотоморскую плиту к Китайской, — отсюда частые землетрясения на Курилах, Сахалине и Камчатке. Китайская плита, двигаясь на северо-запад, в свою очередь создает мощные сейсмически активные районы в Забайкалье, на Алтае и в Средней Азии. Еще один такой район — на Кавказе, где Аравийская плита, подталкиваемая Африканской и Иранской, сталкивается с Евразийской.

В европейской части страны наибольшую опасность представляют собой реликты древних плит в Карпатах. Там расположена и зона древних вулканов, и вполне современные очаги мощных землетрясений в румынском районе Вранча, волны от которых время от времени доходят даже до равнинных центральных районов страны. Оттуда в 1977 году до Москвы докатились волны, устроившие землетрясение силой чуть больше четырех баллов.

Строение коры, лежащей под нами, в конечном счете определяет и сейсмическую опасность, и нормы строительства, которые должны обеспечить устойчивость зданий. Что бывает, когда нормы не соблюдены, — видно на примере землетрясения в Спитаке в 1986 году (25 тысяч жертв, 6,8 баллов) или на Гаити в 2010 году (222 тысячи погибших, 7,0 баллов). А вот землетрясение в Чили спустя полтора месяца после гаитянского унесло 570 жизней при силе 8,8 баллов; на счету одного из сильнейших землетрясений за всю историю наблюдений — 11 марта 2011 года в Японии, основные толчки чудовищной силы, многочисленные афтершоки и разрушительное цунами — 28 тысяч жертв, причем даже огромные токийские небоскребы не потеряли устойчивости. Это значит, что современные технологии строительства вполне могут обеспечить безопасность конструкций, если правильно оценить уровень опасности. Поэтому карты сейсмической опасности — документы государственной важности. Но создавать такие карты могут только развитые государства, с разветвленной системой сейсмических станций и большим штатом геофизиков, способных строить математические модели явления и вести наблюдения за потенциальными очагами землетрясений.

Для долгосрочного прогноза нужно знать многое: статистику прежних землетрясений в этом и соседних районах, расположение и направление движения блоков земной коры, строение очагов, влияние антропогенной нагрузки, например появление искусственных полостей и поверхностных водоемов. И к каждому опасному району нужен свой подход.
Ученые расходятся во мнениях о том, как надо строить долговременный прогноз землетрясений и на какой теории следует остановиться. Одни полагают, что напряжения постепенно накапливаются примерно в одном и том же месте и нужно тщательно изучать строение каждого конкретного очага. Другие — что в первую очередь надо следить за движениями блоков земной коры. Третьи обращают основное внимание на статистику землетрясений. Есть мнение, что землетрясения надо рассматривать в динамике как закономерные перемещения одного очага.

В качестве примера приведем анализ сейсмической обстановки в районе Кавказа, выполненный главным научным сотрудником Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, доктором геолого-минералогических наук В.И. Уломовым с коллегами.

На Кавказе землетрясения не редкость, кроме того, есть еще и возможность извержения Эльбруса. Понятно, что сейсмичность и вулканизм этих гор связаны с движениями Аравийской, Иранской и Евразийской плит. Но какие именно напряжения при этом возникают и как они снимаются?

Здесь помогает геодинамика — теория, рассматривающая земную кору как постоянно изменяющееся образование. Одна из основных ее идей применительно к землетрясениям — это представление о геоне, уединенной волне деформации, распространяющейся вдоль разлома. Механика твердого тела, вообще говоря, не позволяет блоку земной коры смещаться как единому целому — для этого нужно слишком много энергии. Однако такой сдвиг можно осуществить не одномоментно, а растянуть его во времени — смещать отдельные участки, как это делает ползущий червяк, который в одном месте сжимается, а в другом расширяется. Область уплотнения или разуплотнения размером в десятки, а то и сотни километров, идущая вдоль разлома, — это и есть геон. Там, где он прошел, блок сместился.

Именно геоны срезают препятствия, тормозящие движения блоков, и вызывают землетрясения, а их периодическая генерация — причина периодических землетрясений в одном и том же районе. Обнаружив геон, определив направление и скорость его движения (а она измеряется несколькими километрами или десятками километров в год), можно предсказать район и силу будущего землетрясения. Время же удается определить с точностью до десятилетий.
Выявлять геоны помогает история землетрясений. В районе Кавказа можно выделить три траектории движения геонов: Кипр — Кавказ, Анатолия — Эльбурс (это горы на юго-восток от Каспийского моря) и Крым — Копетдаг. Ширина каждой полосы — около 200 км.

Первый геон совпадает с Восточно-Анатолийским разломом и упирается в гору Казбек. В VII-XII веках в юго-восточной части полосы, на Кипре и в Леванте случилось четыре землетрясения силой более 7,8 баллов. Потом — затишье на семь веков. В конце XIX века землетрясения силой 6,8 баллов случались уже в Турции. В XX веке в Турции было шесть землетрясений силой более 6,8 баллов. А в конце века землетрясения перебрались в Армению (Спитак) и Грузию (Рача-Джава).
На линии Анатолия — Эльбрус с 742 года можно выделить три периода миграции сейсмических событий с юго-востока на северо-запад, каждый из которых продолжался примерно 400 лет и заканчивался наиболее сильным из всей серии землетрясением. В последний раз это случилось в 1939 году в турецком городе Эрзинджан (8 баллов), где эта линия пересекается с линией Кипр — Кавказ.

На линии Крым — Копетдаг движение начинается в Иране, где с 940 по 1402 год случилось несколько сильных землетрясений. После 266 лет затишья (которое могло быть и мнимым, связанным с утратой документов) очень сильное, 8-балльное, землетрясение случилось уже в Азербайджане, в Шемахе. Спустя еще 227 лет, в 1895 году, землетрясение в 8 баллов произошло на Туркменском берегу, в Красноводске, в 1902 — опять в Шемахе, в 1905 — в Теберде, в 1927 — в Ялте, в 1946 — снова в Туркмении (Казанджик), в 1991 — в Грузии (Рача), в 2000 — еще раз в Туркмении (Балхан).

Поскольку вычислить периодичность землетрясений разной силы вдоль той или иной линии не столь уж трудно, можно дать долгосрочный прогноз. Так, четкое движение очагов вдоль линии Кипр — Кавказ подсказывает, что с каждым годом растет вероятность сильного землетрясения на востоке Северного Кавказа, и, скорее всего, аналогичное Спитакскому или Рача-Джавскому землетрясение (около 7 баллов) случится здесь в период 2013–2036 год. А вот восьмибалльного землетрясения стоит ждать не раньше 2739 года. На линии же Анатолия — Эльбрус оно может случиться в любой момент на протяжении ближайших ста лет. Скоро надо ожидать землетрясения силой семь баллов в Иране. Поскольку на линии Крым — Копетдаг сильные землетрясения случались недавно (в 1991 и 2000 году) и по обе стороны Каспийского моря, в ближайшие 40-50 лет там, вероятно, ничего не произойдет.

Та же группа ученых предложила другой метод построения долгосрочного прогноза. Известно, что уровень Каспийского моря с конца XIX века понижался, в конце XX века рос, а в начале XXI опять началось понижение. Этот феномен — следствие взаимодействия древней плиты под дном моря с ее соседями. Сначала плита, сдавленная с запада и востока, выгибается вверх, повышая уровень. Затем происходит субдукция, деформации снимаются и плита опускается. Очевидно, что все это должно сопровождаться землетрясениями, а значит, уровень моря может выступать в качестве индикатора. И действительно, в начале понижения было восьмибалльное Красноводское землетрясение 1895 года. После Иранского землетрясения 1930 года (7,5 баллов) произошло быстрое снижение уровня моря, закончившееся в 1948 году Ашхабадским землетрясением той же силы. После серии из трех событий 1976–1979 года уровень моря стал подниматься, и сильные землетрясения прекратились на 12 лет. Затем — разрушительное Рудбарское землетрясение (1990); уровень начал опять снижаться, а в 2000 году последовало Балханское землетрясение силой 7,5 баллов. Поскольку море так и не поднялось до уровня, предшествовавшего восьмибалльному Красноводскому землетрясению, скорее всего, столь сильного события здесь в ближайший век не случится.

Другие материалы рубрики


  • Как утверждают «авторитетные источники», прошедший 2012 год был объявлен древними майя годом конца света. Вскоре после «крайних» новогодних праздников приятель моего сына решил получить по этому вопросу дополнительную информацию и нашел в Интернете хронологическую табличку: список дат предсказанных кем-либо когда-либо апокалипсисов. Как выяснилось, редкий год в ней пропущен. Сладострастное предвкушение собственной гибели — одно из любимейших развлечений человечества. В качестве причины катастрофы может называться пожирание Солнца мифическим волком Фенриром или мифическим псом Гармом, превращение Солнца в сверхновую, свершение Последнего Греха, столкновение Земли с неведомой планетой, ядерная война, глобальное потепление, глобальное оледенение, одновременное извержение всех вулканов, одновременное обнуление всех компьютеров, одновременное сгорание всех трансформаторов, пандемия СПИДа, свиного, куриного или кошачьего гриппа. Некоторые из этих мрачных прогнозов не имеют ничего общего с наукой, другие отчасти основываются на научных фактах. Есть и такие, которые имеют шанс оказаться реальностью, ибо, никуда не денешься, наша планета действительно пылинка в бесконечной Вселенной, игрушка огромных космических сил.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • ...Итак, кимберлиты и лампроиты позволили нам заглянуть в верхнюю мантию Земли, на глубины 150-200 км. Оказалось, что и на таких глубинах, как и на поверхности, состав Земли неоднороден. Вариации состава мантии вызваны, с одной стороны, многократным выплавлением магматических горных пород (обедненная мантия), с другой — ее обогащением глубинными флюидами и коровым материалом (обогащенная мантия). Эти процессы достаточно сложны и зависят от многих факторов: состава привносимых флюидов и осадков, степени плавления вещества мантии и др. Как правило, они накладываются один на другой, вызывая сложные многостадийные преобразования. А интервалы между этими стадиями могут составлять сотни миллионов лет...



  • ...Современные морские геоморфологи, развивая концепцию шельфа, пополнили запас географических терминов еще одним, детализирующим прежние представления о подводных «каменных полках» континентов. В рамках шельфов они выделяют береговую зону — участок морского дна, ограниченный со стороны суши линией максимального, ежегодно повторяющегося заплеска прибойного потока, а со стороны моря  — глубиной, соответствующей 1/3 длины наиболее крупной штормовой волны в данном месте. Именно до такой глубины проникает активное волнение в открытом море. Если принять ее за 60 м, то площадь береговой зоны Мирового океана оказывается равной 15 млн км2, или 10% поверхности земной суши.
    Некоторые ученые в последние годы определяют береговую зону как контактную зону механического взаимодействия движущихся масс воды и донного материала между собой и с неподвижным дном. ..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Несмотря на успехи в синтезе искусственных драгоценных камней, в том числе и алмазов, спрос на природные камни не падает. Кристаллы, рожденные миллионы лет назад в земных глубинах, становятся гордостью музеев и частных коллекций, их используют в качестве банковских активов… И самое главное, как и в древности, алмазы остаются самым желанным и дорогим женским украшением. Но современные «охотники за сокровищами» надеются не только на удачу: они стремятся проникнуть в саму тайну происхождения кристаллического углерода, чтобы получить в руки надежную путеводную нить в своих нелегких поисках…
    Однажды мой учитель Збигнев Бартошинский, профессор кафедры минералогии Львовского университета, сказал с оттенком раздражения: «Скоро алмазы дома за печкой находить будут». Речь шла об открытии в 1980 г.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Общие сведения о цунами. Чаще всего цунами возникает в результате подводного землетрясения. Для сильнейших землетрясений в энергию цунами переходит около 1% энергии землетрясения. Интересно, что энергия цунами растет пропорционально квадрату высоты волн [13, 17].
    Длина фронта цунами примерно равна длине очага землетрясения, а длина волны — ширине очага. Высота в очаге не превосходит высоту поднятия пород, т. е. 10-2-10 м для энергии землетрясений около 1014-1020 Дж. Из-за малой высоты и большой длины волны (10-100 км) цунами в океане остается практически незаметным. Высота цунами значительно увеличивается при подходе к берегу, т. е. на мелкой воде. Обычно высота водяного холма не превышает 60-70 м.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...В разработках Гидроэнергопроекта (под руководством М.М. Давыдова) забор воды из Оби и ее переброска в республики Средней Азии предполагались в районе с. Белогорье. Здесь намечалось соорудить плотину высотой 78 м с электростанцией мощностью 5,6 млн кВт. Образованное плотиной водохранилище с площадью зеркала более 250 км² распространялось по Иртышу и Тоболу до водораздела. За водоразделом трасса переброски проходила по южному склону Тургайских ворот по руслам современных и древних рек до Аральского моря. Из него она должна была по Сарыкамышской котловине и Узбою попасть в Каспий. Общая протяженность канала от Белогорья до Каспийского моря равнялась 4000 км, из которых около 1800 км составляли естественные акватории и водохранилища. Переброску воды планировалось осуществить в три этапа: на первом — 25 км³, на втором — 60 км³, на третьем — 75-100 км³, наращивая объемы забора воды из Оби...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В 1868 году экспедиция шведского полярного исследователя Нильса Норденшельда на судно «София» подняла со дна Карского моря темные камни, оказавшиеся железомарганцевыми стяжениями (конкрециями). Затем океанографическая экспедиция Великобритании на корвете «Челленджер» (1872-1876) похожие конкреции обнаружила на дне Атлантики в районе Канарских островов. Внимание геологов привлек тот факт, что кроме железа и марганца в них было заметно некоторое количество цветных металлов. Впоследствии подводные фотосъемки показали, что дно иногда напоминает булыжную мостовую: оно сплошь покрыто конкрециями размером 4-5 см. Конкреции выступают из ила или образуют слой толщиной до полуметра в верхней части грунта. Количество руды достигает 200 кг/м2.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • После трагических событий 26 декабря 2004 г. в Юго-Восточной Азии о цунами заговорило едва ли не все население нашей планеты. После водяного вала на нас с вами обрушилось информационное цунами.
    Достаточно было посмотреть заголовки газет-журналов, послушать анонсы теле- и радиопередач или обратиться к Internet. Например, такие. «Козни високосного года». «Цунами — месть Земли за процветающий разврат в странах Юго-Восточной Азии». «Что творится с погодой?». «Что случилось? Насколько это уникально?». «Ураган и наводнение в Европе». «Небывалая оттепель в Москве». Добавим от автора — и в Харькове, и в Украине в целом такая же оттепель в январе 2005 г. «Землетрясение в Донбассе». «Помаранчевая революция и цунами — звенья одной цепи». «Небывалые снегопады в Африке, Америке…». «Цунами — дело рук евреев». Цунами — «результат тайных испытаний атомного оружия США, Израиля и Индии».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Землетрясения, происходящие тихо и медленно, таят в себе опасность. Они могут порождать цунами или сильные толчки, потрясающие земную кору.
    Гигантский оползень, произошедший в результате тихого землетрясения, может вызвать цунами высотой в сотни метров.

    В ноябре 2000 г. на острове Гавайи произошло самое крупное за последние десять лет землетрясение. При магнитуде 5,7 около 2 тыс. куб. км южного склона вулкана Килауэа дало крен в сторону океана. Часть подвижек произошла в том месте, где каждый день останавливаются сотни туристов.
    Каким образом столь знаменательное событие прошло незамеченным? Оказывается, содрогание присуще не всем землетрясениям. Произошедшее на Килауэа было впервые определено как проявление тихого землетрясения — мощного тектонического движения, ставшего известным науке лишь несколько лет назад. Мои коллеги из Гавайской вулканической обсерватории Геологической службы США, проводившие наблюдения за вулканической деятельностью, обнаружили сотрясение. Заметив, что южный склон Килауэа сдвинулся на 10 см вдоль тектонического разлома, я обнаружил, что перемещение масс продолжалось около 36 часов — для обычного землетрясения скорость черепашья. Как правило, противоположные стенки разлома вздымаются за считанные секунды, порождая сейсмические волны, вызывающие гул и сотрясение поверхности.



  • ...Дело в том, что на побережье государства находится самое большое в мире сообщество птиц (до 30 млн особей), интенсивно производящих лучшее из естественных удобрений, содержащее 9% соединений азота и 13% фосфора. Основными поставщиками этого богатства являются три вида птиц: перуанский баклан, пестрая олуша и пеликан. За многие века они произвели «сугробы» удобрений высотой до 50 м. Чтобы добиться такой производительности, птицам приходится съедать 2,5 млн тонн рыбы в год — 20…25% мирового улова анчоусовых рыб. Благо апвеллинг обеспечивает в этом районе скопление несметных запасов основной птичьей пищи — перуанского анчоуса. В годы Ла-Нинья его количество у берегов Перу так велико, что пищи хватает не только птицам, но и людям. До недавнего времени уловы рыбаков этой относительно небольшой страны достигали 12,5 млн тонн в год — в два раза больше, чем добывают все остальные страны Северной и Центральной Америки. Неудивительно, что доход рыбной промышленности Перу составляет одну треть валового внешнеторгового дохода страны.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5