Причины землетрясений

По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются:

- тектонические,

- вулканические,

- техногенные.

Тектонические землетрясениявозникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях).

Вулканические землетрясенияпроисходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясениямогут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.

Очаги землетрясений

Очаг землетрясений, т. е. место, где в земной коре и в мантии произошли смещения горных пород, вызвавшие сотрясение почвы, называется гипоцентром. Участок, расположенный на поверхности Земли непосредственно над гипоцентром, называется эпицентром.

В зависимости от глубины очага (Н) землетрясения подразделяют:

- на мелкофокусные (нормальные) – 0 < H < 70 км;

- промежуточные – 70 < H < 300 км;

- глубокофокусные – 300 < H < 700 км.

Наиболее разрушительны землетрясения, очаги которых расположены на глубине 100–300 км.

Сейсмические волны

Колебания, распространяющиеся из очага землетрясений, представляют собой упругие волны, характер и скорость распространения которых зависят от упругих свойств и плотности пород.

Г

Эп

P

S

L

Рис. 26. Распространение сейсмических волн: Г – гипоцентр землетрясения, Эп – эпицентр, P – продольные, S – поперечные, L – поверхностные волны

Различают продольные, поперечные и поверхностные сейсмические волны (рис. 26).

Продольные, или первичные, волны (Р-волны, prima – первые) приходят к поверхности земли первыми, т.к. имеют скорость почти в 1,7 раза больше, чем поперечные. При прохождении продольных волн каждая частичка среды подвергается сначала сжатию, а затем растяжению, испытывая при этом возвратно-поступательное движение в продольном направлении (т.е. в направлении распространения волны). Они распространяются во всех средах: твердых, жидких и газообразных. Скорость распространения Р-волн вблизи земной поверхности составляет около 6 км/с, а на очень больших глубинах – 13 км/с.

Поперечные, или вторичные, волны (S-волны, second – второй) являются результатом реакции среды на изменение формы при изгибе. При прохождении поперечных волн каждая частичка почвы колеблется перпендикулярно направлению распространения волны. S-волны распространяются только в твердой среде. Скорость распространения составляет 3…4,5 км/с.

На поверхности Земли, в эпицентре, на границе раздела твердой среды и газообразной возникает третий вид волн – поверхностные, или длинные, волны (L – волны,longer – длинный). В этой группе выделяют волны Рэлея и волны Лява, названные в честь ученых, разработавших математическую теорию распространения этих волн. При прохождении волн Рэлея частицы пород описывают вертикальные эллипсы, перпендикулярные плоскости распространения волн. В волнах Лява частицы пород испытывают поперечные колебания в горизонтальной плоскости. Поверхностные волны распространяются во все стороны от эпицентра вдоль поверхности Земли или параллельно ей, затрагивая лишь самый верхний слой земной коры. Амплитуда их больше, чем у других, а скорость составляет 3–3,5 км/с.

Сила землетрясений

Оценка землетрясений по величине и мощности очага ведется по величине магнитуды (М), под которой понимается безразмерная величина, характеризующая общую энергию вызванных землетрясением упругих колебаний.

Магнитуда землетрясений обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч.Ф. Рихтера, предложившего ее в 1935 г.).

Магнитуда любого землетрясения определяется как десятичный логарифм максимальной амплитуды поверхностной сейсмической волны (Z_m), выраженной в микронах, записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра. При других расстояниях от эпицентра до сейсмостанции вводится поправка к замеренной амплитуде с целью приведения ее к той, которая соответствует стандартному расстоянию:

M=lg Z_m – 1,32∙R,

где R – расстояние до эпицентра.

Нуль шкалы Рихтера (М = 0) дает очаг, при котором амплитуда сейсмической волны на расстоянии 100 км от эпицентра будет равна 1 мкм или 0,001 мм. При увеличении амплитуды в 10 раз магнитуда возрастает на единицу. При амплитуде, меньшей 1 мкм, магнитуда имеет отрицательные значения; известные максимальные значения магнитуд М = 8,5...9.

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

2 – самые слабые ощущаемые толчки;

4,5 – самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 – умеренные разрушения;

8,5 – самые сильные из известных землетрясений.

Силу землетрясений также оценивают по следующим признакам:

- по ощущению сотрясений,

- по их разрушительному эффекту,

- по максимальной величине смещения маятника сейсмографа – прибора, регистрирующего колебания, вызванные землетрясением.

На практике силу землетрясений измеряют в баллах. В России используется 12-балльная шкала: Международная шкала МSК-64, названная по фамилии авторов С. Медведева, В. Шпонхойера, В. Карника (созданная в 1964 году, уточненная и дополненная Межведомственным советом по сейсмологии и сейсмостойкому строительству в 1973 г.), табл. 13.

Таблица 13