Землетрясения

Линии, соединяющие пункты одновременного прихода волны, носят название гомосейст. Гомосейсты минимального значения располагаются ближе к эпицентру, а с наибольшим значением – на периферии. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2 РЕГИСТРАЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

 

2.1.РЕГИСТРАЦИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

 

Все приборы, записывающие волны землетрясений, основаны на принципе маятника. Эти приборы называются сейсмографами. Сейсмические волны выводят из равновесия подставку маятника, колебания маятника записываются на бумаге или на пленке, находящейся под острием маятника. Наиболее совершенные сейсмографы были впервые сконструированы акад. Голицыным, крупнейшим русским сейсмологом.

Схема строения и принцип действия электродинамического сейсмографа  конструкции Б.Б.Голицына:

1 - инерционный вертикальный маятник,  стремящийся сохранить состояние  покоя при колебаниях грунта  и основания прибора; для регистрации  горизонтальной составляющей колебаний  используются горизонтальные маятники;  

2 - проволочная рамка на подвижном  конце маятника в поле постоянного  магнита, в которой индуцируется  электрический сигнал, по форме  подобный механическим колебаниям  грунта;

3 - гальванометр, преобразующий электрический  сигнал, поступающий от рамки  маятника и оснащенный пером  для регистрации на бумагу  или зеркальцем - в случае фотобумаги;

4 - рулон бумаги (или фотобумаги) на барабане с записью сейсмограммы.

Для получения трёхмерного представления  о пространственных сейсмических колебаниях грунта используется трёхкомпонентная установка сейсмографов (один - вертикальный и два взаимно-перпендикулярных горизонтальных маятника, обычно ориентированных  по странам света).

До создания Б.Б.Голицыным электродинамических  сейсмографов на конце маятника вместо проволочной рамки непосредственно  крепилось механическое перо.

 

 

Сейсмографы бывают двух типов — с вертикальным и горизонтальным расположением  маятника.

Каждый  из них состоит из маятника, стержня, на котором укреплен маятник, проволочного подвеса, записывающего колебания устройства, теперь обычно заменяемого световым лучом, вращающегося барабана с бумагой или фотобумагой, на которой фиксируется запись.

Сейсмографы монтируются на массивных подставках, которые укрепляются прочно на грунте. Обычно сейсмографы устанавливаются  в подвалах обсерваторий, вдали от местных возбудителей колебаний (транспорт, грохочущие машины и т. п.).

В обычных  условиях записывающий прибор маятника сейсмографа прочерчивает на барабане прямую линию. Как только подходят волны, штатив вместе с почвой сдвигается в сторону или поднимается  вверх, маятник в силу инерции  отстает от этого движения, и на барабане появляется первая черта вверх  или вниз от срединной линии, затем  маятник начинает раскачиваться  вследствие колебательных движений штатива. Эти колебания фиксируются  на барабане в виде ломаной линии.

Полученная  запись называется сейсмограммой. В  сейсмографах старых систем запись производилась  непосредственно концом маятника, что  создавало трение, хотя и очень  небольшое, и несколько изменяло характер записи. В большинстве современных  сейсмографов на конце маятника имеется  приспособление, отбрасывающее свет на зеркало, от которого он в виде узкого луча отражается на барабан с фотобумагой.

Барабан вращается посредством часового механизма с определенной скоростью, поэтому на сейсмограмме можно определить интервалы времени между отдельными колебаниями. Период собственного колебания  маятника должен быть в 3— 5 раз больше периода сейсмической волны, в противном случае появляются искажения в записи сейсмической волны, которые особенно велики, когда периоды колебания маятника и волны одинаковы (явления резонанса). Для уменьшения искажения необходимо, чтобы маятник качался с некоторым затуханием. Для этого к маятнику прикрепляют медную пластинку, помещенную между полосами магнита. При колебаниях маятника в пластинке возникают вихревые электрические токи, которые взаимодействуя с полем магнита, тормозят движение маятника.

Каждый  маятник записывает движение только определенного направления, поэтому  сейсмические станции оборудуются  тремя сейсмографами, два из которых  записывают горизонтальные колебания (маятник одного из сейсмографов колеблется в меридиональном направлении, а  другого — в широтном), а третий сейсмограф записывает вертикальные колебания земной коры.

Для регистрации  сильных и катастрофических землетрясений  употребляются сейсмографы конструкции  советского ученого Д. П. Кирноса. Период свободных колебаний маятника в этом приборе составляет 5 секунд. Масса маятника равна 20 кг. Для регистрации удаленных или слабых землетрясений пользуются приборами, в которых механическая энергия колеблющегося маятника преобразуется в электрическую. Это электродинамические и электромагнитные сейсмографы.

Сейсмограммы. Все сейсмограммы обладают общими чертами. В начале сейсмограммы обозначаются колебания небольшой амплитуды, в средней части ее зигзаги достигают наибольшей величины, в конце размах снова становится небольшим. Это связано с разновременным приходом различных волн. Начало колебаний, обозначаемое Р (от латинского слова «прима» — первые), свидетельствует о приходе продольных волн. Затем через некоторое время, которое определяется удаленностью данной сейсмической станции от эпицентра землетрясения, появляются резкие колебания, свидетельствующие о приходе поперечных волн. Начало прихода поперечных волн обозначается S (от латинского слова «секунда» — вторые).

После нескольких резких зигзагов на сейсмограмме вновь  отмечаются небольшие колебания  кривой, но вскоре они сменяются  очень правильными колебаниями  большой амплитуды и периода. Эти колебания характеризуют  приход поверхностных волн L (от латинского слова «лонга»—длинные). Часть сейсмограммы, отражающая поверхностные волны, является наиболее растянутой. Момент прихода поперечных волн бывает не всегда четко выражен, и тогда на сейсмограмме отчетливо фиксируются только моменты прихода продольных и длинных волн. Сейсмограмма позволяет судить о длительности землетрясения, о количестве, амплитуде и периоде отдельных колебаний. По соотношению времени прихода продольных и поперечных волн можно определить расстояние сейсмической станции от эпицентра. Скорость прохождения волн от эпицентра до сейсмической станции не является одинаковой на всех этапах землетрясения. Для выяснения характера движения волны составляются графики кривых времени пробега — годографы. На таком графике по вертикали откладывается время в минутах (T), а по горизонтали — расстояние в градусах меридиана.

Годограф  главнейших сейсмических волн. Сплошные линии соответствуют наблюденному и вычисленному времени пробега, пунктирные — только вычисленному; Д — эпицентральное расстояние в градусах меридиана; волны: Р — продольные, S — поперечные, РР, SS, РРР. РS, SР — отраженные от земной поверхности, РСР, SсS — отраженные от земного ядра, РСРС, SсРсS — дважды преломленные у ядра.

По годографу  и разности времени прихода продольных и поперечных волн можно легко  определить расстояние до эпицентра. Местоположение эпицентра определяется методом засечек с различных станций. Этот метод состоит в том, что на большом глобусе из пунктов расположения сейсмических станций проводятся окружности, радиусы которых равны эпицентральным расстояниям. В точке пересечения этих окружностей и находится эпицентр. 

Эпицентр  можно определить и путем сравнения, показаний нескольких сейсмографов на одной станции. Наиболее верную амплитуду  колебаний запишет только тот  сейсмограф, колебания маятника которого совпадают с направлением сейсмического  луча. Амплитуда (смещение) записи волн сейсмографами, расположенными в других направлениях, будет тем меньше, чем больше угол а между направлением луча и колебанием маятника. Этот угол можно определить по формуле:   tgα = X₂/X₁,  где Х₁ и Х₂ — амплитуды колебания продольных волн, записанных двумя взаимно-перпендикулярно расположенными сейсмографами. Определив таким образом направление сейсмического луча продольной волны и отложив на нем эпицентральное расстояние, получим точку эпицентра.

 

2.2.СИЛА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

 

Для борьбы с вредными последствиями землетрясения  очень важно определить его силу. Первые попытки классифицировать землетрясения  по силе были сделаны еще в XVI в. До изобретения приборов, оценивающих  интенсивность землетрясений, сила землетрясений определялась по характеру  разрушений, главным образом в  населенных пунктах, и по ощущениям, испытываемым человеком. Землетрясения  подразделялись различными исследователями  на 10 или 12 групп.

Сила  землетрясения в каждой группе оценивалась  баллом. Одной из широко известных  классификаций землетрясений была 10-балльная шкала Росси-Фореля, предложенная в 1883 г. Согласно этой шкале, основанной главным образом на ощущениях человека, землетрясения подразделялись следующим образом:

1 -балльные  толчки людьми не ощущаются,  а отмечаются только приборами;

2-балльные  сотрясения ощущаются немногими  людьми, наводящимися в состоянии  покоя;

3-балльные  сотрясения ощущаются многими  лицами, находящимися в состоянии  покоя;

4-балльные  землетрясения ощущаются людьми, занятыми обычной деятельностью,  дребезжат оконные стекла, скрипят  полы, раскачиваются предметы, подвешенные  к потолку;

5-балльные  сотрясения ощущаются всеми; движется  мебель, звенят колокола;

при 6-балльных — пробуждаются спящие, останавливаются  маятники часов, начинают раскачиваться  деревья, многие жители в испуге покидают дома;

при 7-балльных — опрокидываются отдельные предметы, падает штукатурка, общий ужас охватывает население;

при 8-балльных — падают дымовые трубы, образуются трещины в стенах зданий;

при 9-балльных — частично или полностью разрушаются  некоторые здания;

при 10-балльных — происходит всеобщее разрушение, образование трещин в земле, горные обвалы.

Подобное  разделение, конечно, весьма субъективно. Более объективной является классификация, основанная на изменениях ускорения  колебаний почвы. Выяснено, что сотрясение с ускорением колебаний менее 2,5 мм/сек людьми не ощущаются. При наиболее сильных землетрясениях колебания почвы превышают 5000 мм/сек.

Ограничиваться  в классификации землетрясений  только показаниями приборов невозможно; многие данные, характеризующие силу землетрясений, можно получить только от очевидцев. Поэтому современная  шкала землетрясений должна учитывать  как показания приборов, так и  данные непосредственных наблюдений над  разрушениями, вызываемыми сотрясениями.

Как указывалось  выше, в пределах одной изосейсмальной зоны сила землетрясения повсеместно одинакова. Однако в той же изосейсмальной зоне даже в одном городе некоторые дома подвергаются разрушению, а соседние с ними — сохраняются. Эти местные колебания силы землетрясений в пределах одной изосейсмальной зоны объясняются тем, что местами подходят две или три сейсмические волны сразу. Они интерферируют между собой, увеличивая или уменьшая силу сотрясения. При увеличении силы сотрясения создаются своего рода узлы, где землетрясение является наиболее разрушительным.

 

 

 

 

 

 

 

2.3.ПРЕДСКАЗАНИЕ  ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

 

 

Одной из самых важных, но в то же время  и трудных проблем современной  сейсмологии является предсказание времени начала землетрясения. Если бы удалось узнавать о землетрясении  хотя бы за несколько часов, то можно  было бы вывести все население  в безопасные места и полностью  предотвратить человеческие жертвы, так как люди обычно погибают не непосредственно от толчков землетрясения  или от колебания почвы, а под  развалинами зданий, застигнутые  врасплох.

Предсказание  времени землетрясения — вопрос еще не решенный, но пути к его  разрешению сейсмологи и геофизики  усиленно ищут, основываясь на изучении тех явлений, которые предшествуют и сопутствуют землетрясению.

С давних пор были известны факты «предчувствия» землетрясений некоторыми животными. Наблюдалось, что за несколько часов  до землетрясения коровы, собаки и  другие животные вели себя очень возбужденно. Особенно сильно проявлялось волнение у животных, живущих под землей: кроты и мыши вылезали из нор и  бежали. Это возбуждение животных раньше казалось необъяснимым. В настоящее  время его пытаются связывать  с появлением электромагнитных волн, предшествующих землетрясению, но это  только одно из предположений.