Землетрясения

Гипоцентры всех этих повторных  толчков находились на той же малой  глубине (порядка 20—30 км), что и гипоцентр  основного толчка.

Гипоцентры землетрясений могут  располагаться не только под поверхностью материков, но и под дном морей  и океанов. При моретрясениях  разрушения приморских городов бывают тоже весьма значительными и сопровождаются человеческими жертвами.

 

 

1.2. ПРИЧИНЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

 

Вопрос  о причинах землетрясений до сих  пор окончательно не изучен. Землетрясения  зарождаются в различных частях земной коры и в подкоровом слое, т. е., по-видимому, в условиях твердой среды. Большинство современных исследователей считают, что непосредственной причиной землетрясения является смещение на глубине в веществе Земли, связанное или с моментальным сдвигом, со скольжением, или с кручением вещества.

Это доказывается тем, что гипоцентры землетрясений  располагаются вдоль плоскостей ранее существовавших разрывов земной коры. Многие землетрясения на Тихоокеанском  побережье Северной Америки были связаны с известным тектоническим  разломом Сан-Андреас в Калифорнии. Гипоцентры землетрясений Крымского  полуострова располагаются в  пределах узкой зоны, наклоненной от дна Черного моря под Крымский полуостров.

Такая же картина распределения очагов наблюдается  вдоль берегов Охотского моря. Вероятно, в обоих случаях имеют  место крупные разломы, плоскости  которых наклонены в сторону  суши. По этим разломам область Крымского  полуострова и Дальневосточного побережья двигаются в сторону  моря. Эти движения вызывают напряжения, с которыми связываются повторные  разрывы вдоль ранее существовавших нарушений в земной коре, а эти  разрывы в свою очередь вызывают землетрясения.

Гипотеза  разрывного происхождения землетрясений  доказывается тем, что в целом  ряде землетрясений поперечные волны, образуемые как раз при сдвигах, оказываются более интенсивными, чем волны продольные. В случае простого сжатия и растяжения вещества без разрыва продольные волны  должны были бы быть более сильными.

Тщательный  анализ сейсмограмм способствует выяснению  причин землетрясений. Разработанная  аппаратура (экстенсометр Вешнякова, сейсмограф Кирноса) позволяет раздельно изучать продольные и поперечные волны и, вероятно, уже в ближайшее время поможет окончательно выяснить причину землетрясений.

Землетрясения поверхностного типа более разнообразны по происхождению. Они могут быть вызваны, с одной стороны, тектоническими причинами, а с другой — вулканизмом, обрушениями в пустоты, на поверхности и вблизи нее.

Некоторые ученые связывают поверхностные  землетрясения с атмосферными явлениями. Это предположение основано на том, что большинство землетрясений  в северном полушарии приходится на зимние месяцы; некоторые землетрясения  следовали за сильными грозами или  ураганами. Было установлено, что дело не в самих ураганах или грозах, а в изменениях градиента атмосферного давления.

Изменение атмосферного давления, конечно, не создавало, а только вызывало землетрясения, и  лишь в том случае, когда напряжения в земной коре уже были близки к  нарушению равновесия.

 

 

1.3.ПРИРОДА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

 

Эндогенные  землетрясения связаны с каким-то толчком или рядом толчков, происходящих в недрах Земли. Природа этих толчков  еще недостаточно ясна.

Глубину первичных толчков можно указать  довольно определенно. Наибольшее число  очагов землетрясений располагается  на небольших глубинах, порядка нескольких десятков километров. Статистические данные показывают, что, например, в  Италии 90% всех очагов располагалось  на глубине до 8 км, 8% — на глубине  от 8 до 30 км и только 2% —на больших  глубинах. В последнее время были выявлены очаги землетрясений на глубинах 700—800 км. Такие очаги были установлены на западном побережье Охотского моря и у берегов Южной Америки.

По глубине  залегания очага землетрясения  разделяются на четыре типа:

1.Поверхностные (глубина очага менее 10 км).

2.Нормальные (глубина очага 10—60 км).

3.Промежуточные (глубина очага 60—300 км).

4.Глубокофокусные (глубина очага 300—800 км).

Наибольшие  разрушения на поверхности производят промежуточные землетрясения. Очаги  подобных землетрясений установлены  по периферии Тихого океана, а также в Бирме, Иране, Румынии, Греции, Италии и южной части Атлантического океана. Энергия глубокофокусных землетрясений также очень велика, но при подходе к поверхности Земли она ослабевает; зато площадь, охватываемая таким землетрясением, максимальна.

Энергия крупного землетрясения в очаге  достигает больших значений. П. М. Никифоров подсчитал, что во время  Кебинского землетрясения 1911 г, выделилась энергия в количестве 4.1 * 10²⁴ эргов. Чтобы получить такую энергию, Днепрогэс должен непрерывно работать на полную мощность в течение 325 лет. Энергия самого сильного (12-балльного) землетрясения опредедается в 1025 эргов, что соответствует 1 триллиону лошадиных сил. В результате землетрясений на земном шаре в целом освобождается значительное количество энергии, в среднем равное 1017 эрг/се к.

Вследствие  освобождения энергии в гипоцентре создается огромное давление на окружающие горные породы, происходит сжатие пород  и затем их расширение, которое  и вызывает колебательное движение частиц — сейсмическую волну, —  распространяющуюся от гипоцентра.

По мере удаления от гипоцентра сейсмическая волна постепенно затухает, так как  амплитуда колебания более удаленных  частичек пород будет последовательно  уменьшаться. Вот почему глубокофокусные  землетрясения, первоначальная энергия  которых равна энергии среднефокусных землетрясений, на поверхности Земли проявляются слабее. Максимальное колебание частиц происходит в плоскости распространения волны.

При землетрясениях возникают волны двух основных типов. Первый из них — продольные волны (Р), которые называют также волнами сжатия и разрежения. Вызывают периодическое изменение объема той среды, через которую проходят.

Второй  тип волн - поперечные волны (S), связанные с изменением формы вещества без изменения объема. Эти волны вызываются периодическими сдвигами или кручением вещества в противоположные стороны. Направление колебаний частиц в волнах этого типа перпендикулярно направлению распространения волны, поэтому эти волны и называются поперечными.

 

 

Скорость  распространения продольных волн относится  к скорости распространения поперечных волн, как √ 3 : 1. Таким образом, поверхности Земли сначала достигают продольные волны, а несколько позже – поперечные. Волны распространяются по всем направлениям. Отдельное взятое направление, по которому распространяются волны, называется сейсмическим лучом. Абсолютная скорость распространения сейсмических волн зависит от физических свойств вещества, в котором они проходят. Чем больше упругость среды, тем быстрее распространяются сейсмические волны. В стали продольная волна идет со скоростью 5,8 км/сек, в глине — 2,1 — 2,5 км/сек, в гравии и песке — 0,5 — 1,0 км/сек. Продольная волна пробегает через весь земной шар за 22 минуты.

Скорость распространения волн по мере приближения к поверхности (к менее упругой среде) в общем убывает, но так как глубинные оболочки неоднородны, то это убывание идет далеко не равномерно.

Продольные волны распространяются быстрее поперечных, а следовательно, чем больший путь проходят сейсмические волны до поверхности Земли, тем больше запаздывает приход поперечной волны. На основании этого по разности прихода продольной и поперечной волн можно выявить глубину гипоцентра. Сейсмические волны, так же как и световые, на границе сред с различными свойствами преломляются и отражаются, образуя соответственно преломленные и отраженные сейсмические волны. Именно на основании изменения скоростей сейсмических волн и их преломления или отражения отчетливо выявляются оболочки земного шара, обладающие различными упругими свойствами. Ядро земного шара с глубины 2900 км поперечные волны не пропускает, а скорость продольных волн на границе ядра резко уменьшается. Изменения скорости прохождения волн происходят также на глубинах 900 и 400 км и у нижней границы земной коры.

На границе различных сред возникает  еще один тип волн — поверхностные  волны (L), характеризующиеся наибольшей длиной и наименьшей скоростью по сравнению с продольными и  поперечными волнами.

Наибольшее различие в среде  наблюдается на границе литосферы  и атмосферы, а поэтому именно здесь, на поверхности Земли, и возникают  наиболее интенсивные поверхностные  волны. Амплитуда этих волн велика, и с расстоянием они затухают слабо. Поверхностные волны сильных  землетрясений могут два раза обойти поверхность земного шара.

Движение этих волн удается не только ощущать, но иногда и видеть, так  как под их действием в рыхлых породах могут образоваться валы и впадины, подобные волнам на воде. Частица среды под действием  этих волн описывает движение по эллипсу  в вертикальной плоскости.

При переходе из одной среды в  другую сейсмический луч искривляется. Это связано с преломлением луча на поверхности сред. Таким образом, большинство сейсмических лучей преодолевает путь от гипоцентра к эпицентру не по прямой, а по ломанной линии.

Чем меньше угол между сейсмическим лучом и преломляющей поверхностью, тем сильнее преломление, и только лучи, приходящие под углом 90°, не преломляются.

Особенно сильное искривление  сейсмических лучей наблюдается  на границе ядра Земли, в связи с чем в пределы определенных участков Земли, находящихся в противоположной (по отношению к эпицентру) части земного шара, сейсмические лучи не распространяются. Это явление носит название сейсмической тени, как бы отбрасываемой ядром Земли. Так, например, сейсмические волны землетрясений Японии не проникают в пространство Центральной Америки и Западной Африки. Поле сейсмической тени располагается в интервале 13—16 тыс. км по поверхности Земли от эпицентра.

Итак, в результате сейсмического  толчка из гипоцентра на поверхность  Земли приходят волны двух типов: продольные и поперечные, а на самой  поверхности возникают еще поверхностные  волны. Все эти волны вызывают движение частиц трех типов: вертикальное, горизонтальное и вращательное.

Вертикальные движения возникают  в случае, когда сейсмические лучи пересекают земную поверхность под  углом от 80 до 90°, т. е. они имеют  место в области эпицентра  и на участках, непосредственно прилегающих  к эпицентру. В связи с этим только здесь испытывается ощущение подбрасывания вверх. Горизонтальные движения четко выявляются в резком наклоне деревьев, башен, колоколен и т.п.

Особенно отчетливо проявляются вращательные движения. Во время Алма-Атинского землетрясения 1887 г. каменная колонна была повернута на 7°; в г. Беллуно во время землетрясения 1873 г. на верхушке 60-метрового собора была повернута на 20° фигура 5-метрового ангела; в Сан-Стефано, в Калабрии при землетрясении 1783 г. была повернута верхняя часть обелиска.

Движения, которые испытывает любая  частица на поверхности Земли  во время землетрясения, обычно очень  сложны, так как в одну и ту же точку поверхности приходят различные  по силе и направлению волны, заставляющие частицы хаотически двигаться во всех направлениях. 
     Сила землетрясения в различных частях земной поверхности неодинакова, она прямо пропорциональна интенсивности первичного толчка, т.е. интенсивности колебаний в гипоцентре, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра землетрясения. Сила землетрясения зависит также от свойств пород, через которые проходит сейсмическая волна.

При прохождении через рыхлые породы и через породы с различными коэффициентами упругости сейсмическая волна ослабевает быстрее, чем когда она проходит по однородным породам.

Учитывая, что наикратчайший путь — путь от гипоцентра до эпицентра, можно теоретически предположить, что  наибольшей силы землетрясение достигает  в эпицентре. По мере удаления от эпицентра  сила его ослабевает, и если в  эпицентре землетрясение имеет  разрушительную силу, то где-то на периферии  становится едва ощутимым, а еще  далее может быть зафиксировано  только точными приборами.

Линии, соединяющие пункты с одинаковой силой землетрясений, называются изосейстами. Изосейсты разделяют изосейсмальные области т. е. области с одинаковой силой землетрясения. Эти области представляют собой концентрические пояса неправильной формы, расположенные вокруг эпицентра. Если эпицентр изображается в виде точки, то изосейсты близки к кругу, а если он вытянут — образуют эллипс.

Область, ограниченная изосейстой наибольшего значения, т. е. область, непосредственно окружающая эпицентр, называется плейстосейстовой областью. В плейстосейстовой области разрушительная сила данного землетрясения максимальна.

Ширина изосейсмальных областей находится в прямой зависимости от глубины гипоцентра: чем он глубже, тем эти области шире и площадь, охваченная землетрясением, больше. Так, например, крымские поверхностные и нормальные землетрясения не выходили за пределы Крымского полуострова, а румынское землетрясение промежуточного типа ощущалось на территории почти всей Украины.

Землетрясение начинается в различных  пунктах земной поверхности неодновременно, что связано с неодновременностью подхода волн, и хотя это запаздывание волн очень мало, его все же иногда удается заметить. Так, при землетрясении 26 марта 1872 г. в Северной Америке  первый толчок ощущался вдоль восточной  окраины хребта Сьерра-Невада на линии  дли¬ной 400 км. К западу от этой линии в долине Иоакинда толчок ощущался на 2—3 минуты позднее, на западной окраине  Сьерры-Невады — через 3—4 минуты, а на побережье Тихого океана, между Лос-Анжелесом и Сан-Франциско, — через 4—5 минут.