Международная сейсмическая шкала

Стихийные бедствия геологического характера. Землетрясения

Землетрясение – это одна из самых страшных природных катастроф, не только по масштабам разрушений и количеству человеческих жертв, но и по охвату территорий и трудностям в проведении защитных мероприятий. В мире регистрируется 1 млн. землетрясений в год, из них сильных - 20 в год.

Известно большое количество катастрофических землетрясений, во время которых число жертв составило многие тысячи. Таньшанское землетрясение в Китае в 1976 году унесло жизни 255 тыс. человек. В Армении в декабре 1988 г. в результате Спитакского землетрясения погибло 25 тыс. человек и 250 тыс. было ранено. На севере Сахалина 27 мая 1995 г. мощным землетрясением был стерт с лица Земли городок Нефтегорск, где погибло около 2 тыс. человек.

Землетрясения – подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов земной коры или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Основными причинами землетрясений являются тектонические процессы, а также вулканическая деятельность и ядерные взрывы. Тектонические причины обусловлены деформациями внешней оболочки земли. Физико-химические процессы, происходящие внутри земли, вызывают изменения ее вещества. Это приводит к накапливанию упругих напряжений и созданию запаса упругой энергии (как в сжатой пружине) в какой-либо области земного шара. Когда упругие напряжения превысят предел прочности вещества, происходит быстрое высвобождение энергии деформации, накопленной в упругих горных породах. Возникает разрыв в каком-то участке деформированной области (фокус землетрясения) и происходит внезапная подвижка по образовавшемуся разрыву, которая распространяется по поверхности разрыва во все стороны в виде ряда беспорядочных дислокаций. Они и приводят к возникновению волн, проходящих через Землю и вызывающих сейсмические колебания. Деформированный блок породы возвращается в положение, при котором деформации частично снимаются. Скорость распространения разрыва 2-3 км/c. Сотрясения грунта от разрыва включают все виды волн – продольных, поперечных, поверхностных – с разными амплитудами и частотами.

Вулканические землетрясения обусловлены давлением на верхние слои Земли лавы и раскаленных газов, бурлящих в недрах вулканов, как пары кипящей воды. Эти землетрясения довольно слабы, но продолжаются долго: недели и месяцы. Нередко они служат предвестниками извержения вулканов. В областях крупных обвалов и громадных оползней могут наблюдаться обвальные землетрясения.

Современное техногенное воздействие человека на окружающую среду достигло такой силы, что стали возможны землетрясения, спровоцированные деятельностью человека. Появилось понятие «наведенная сейсмичность», что подразумевает существование участков земной коры в неустойчивом состоянии, небольшое воздействие на которые может вызвать землетрясение. Техногенные причины связаны с избыточной нагрузкой или, наоборот, с недостатком давления. Первые обычно характерны для крупных водохранилищ, вторые – для областей интенсивной добычи нефти и газа. Сильные землетрясения, обусловленные строительством плотин, произошли в 60-70-х годах в Калифорнии, в Индии, в Греции. Влияние добычи нефти и газа имело место в Узбекистане, в районе гигантского месторождения Газли, в Западной Туркмении, на севере Сахалина. Землетрясения могут возникать также в результате закачки внутрь пластов каких-либо жидких промышленных отходов, как это произошло в районе г. Денвер в 1962 г. Проблема наведенной сейсмичности в наши дни становится одной из важнейших. Это особенно актуально в связи с быстро растущими городскими агломерациями, колоссальным отбором нефти, газа и воды из месторождений, строительством плотин и водохранилищ, что приводит к возрастанию сейсмического риска.

Характеристики землетрясений. Основными параметрами землетрясения являются глубина очага землетрясения, сила или интенсивность сейсмического эффекта, выражаемая в баллах, и магнитуда, оцениваемая по выделяемой из очага энергии.

Очаг землетрясения- область возникновения подземного удара – представляет собой некоторый объём в толще Земли, в пределах которого происходит процесс высвобождения накапливающейся длительное время энергии. В геологическом смысле очаг - это разрыв или группа разрывов, по которым происходит почти мгновенное перемещение масс. В центре очага условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений. По поверхности Земли во все стороны от эпицентра расходятся поверхностные сейсмические волны. Большая часть очагов землетрясений залегает в земной коре на глубине около 10-30 км.

В отличие от очага землетрясения очагом поражения при землетрясении называется территория, в пределах которой произошли массовые разрушения и повреждения зданий, сооружений и других объектов, сопровождающиеся поражениями и гибелью людей, животных, растений.

Интенсивность (балльность) землетрясения оценивается по характеру повреждений, причиненных созданным людьми сооружениям, нарушений на поверхности грунта, а также человеческой реакции на сотрясения. Она оценивается в баллах согласно 12-балльной международной сейсмической шкале MSK-64 (табл. 1). Первая шкала была разработана в 1902 году итальянским сейсмологом и вулканологом Меркалли и усовершенствована в 1956 году Х. Вудом и Ф. Нойманом. Сейчас модифицированную шкалу интенсивности Меркалли (ММ) используют в США. В СССР в 1952 году была принята 12-балльная шкала С. Медведева. Впоследствии в нашей стране и ряде европейских стран стали пользоваться международной шкалой Медведева – Шпонхойера – Карника (МSK-64), которая в настоящее время еще более усовершенствована. В Японии используется своя шкала.

Таблица 1

Международная сейсмическая шкала

При землетрясениях высвобождается огромная энергия. Определение ее чрезвычайно сложно. Для оценки величины землетрясения, зависящей от начальной энергии, сейсмологи применяют условную энергетическую характеристику, называемую магнитудой. Магнитуда характеризует общую энергию землетрясения и представляет логарифм максимальной амплитуды смещения почвы в микронах, измеренной по сейсмограмме на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. Различают три вида магнитуды: рихтеровскую (локальную) ML, магнитуду по объемным продольным волнам mb и магнитуду по поверхностным волнам MS. Для оценки магнитудыиспользуют шкалу Рихтера, по которой магнитуда изменяется в пределах от 0 до 9.

Упрощенно характеризуя землетрясения разной магнитуды, можно отметить, что М = 0 – наименьший толчок, зарегистрированный вблизи эпицентра на поверхности Земли, разрушения не фиксируются; 5 – небольшие разрушения, 7 – сильные разрушения, 8,5 – 8,9 – самые сильные разрушения.

Магнитуда, интенсивность и глубина очага землетрясения связаны между собой. Для приближённого определения одной из этих величин по двум другим могут быть использованы данные таблицы 2. Между интенсивностью I₀ и магнитудой M существует связь, выраженная приближенной формулой:

I₀= -2,2 + 1,7M.

Таблица 2