Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Землятресения, характеристики

Введение

Первое зарегистрированное историей землетрясение относится к 2050 г. до н.э. С этого времени до наших дней произошло огромное количество землетрясений. Они унесли жизни примерно 17 млн. жителей планеты Земля.

В русских летописях отмечено, что в 1091, 1107,1170 годах землетрясения были в Киеве, в 1230 г. трясло Суздаль и Новгород, в 1146 г. подземные толчки зафиксированы в Москве и Владимире, в 1546 г. от подземной стихии пострадали Нижний Новгород и Владимир.

Землетрясение в поселке Нефтегорске, которое произошло в 1995 г., считается самым страшным и разрушительным в современной России.

Ежегодно на Земле регистрируется около 150 разрушительных, почти 7 тысяч сильных, 19 тысяч умеренных, 156 тысяч слабых и несколько миллионов очень слабых землетрясений.

В 20 веке на нашей планете зарегистрировано более 80 землетрясений, в результате каждого из которых погибло более тысячи человек.

Район наибольшего числа землетрясений на планете – Чили, здесь происходит около тысячи землетрясений в год.

Начало 21 века отмечено землетрясениями в Турции, Афганистане.

На сейсмоопасных территориях, где возможны землетрясения силой 7 баллов и более, проживает половина населения нашей планеты, расположено около 70% городов.

1. Определение землетрясения

Физико-химические процессы, происходящие внутри Земли, вызывают изменения физического состояния Земли, объема и других свойств вещества. Это приводит к накапливанию упругих напряжений в какой-либо области земного шара. Когда упругие напряжения превысят предел прочности вещества, произойдет разрыв и перемещение больших масс земли, которое будет сопровождаться сотрясениями большой силы. Вот это и вызывает сотрясение Земли — землетрясение.

Если кратно, то землетрясения представляют собой движение земной поверхности, вызванные воздействием сейсмических волн (по-гречески «сейсмос» - землетрясение)

Землетрясением так же обычно называют любое колебание земной поверхности и недр, какими бы причинами оно не вызывалось – эндогенными (разрушением геологических разломов, вулканической деятельностью, оползнями) или антропогенными (событиями, вызванными людьми - взрывами месторождений и ядерными экспериментами) и какова бы ни была его интенсивность.

Сотрясения земли могут быть также вызваны обвалами и большими оползнями. Это местные обвальные землетрясения. Как правило, сильные землетрясения сопровождаются повторными толчками, мощность которых постепенно уменьшается.

Симптомы: землетрясение, как правило, происходит глубокой ночью или на рассвете и начинается с легкого дрожания земли, сопровождающегося сильным подземным гулом.

Вслед за этим, порой стремительно, возникает серия сильных толчков, способных вызвать извержение вулкана, камнепад и даже разрывы земной поверхности. Участки земли могут подниматься и опускаться, провоцируя, в свою очередь, оползни и цунами - гигантские приливные волны, внезапно обрушивающиеся на прибрежные зоны (они ещё называются сейсмическими волнами).

И наконец, в завершающей стадии землетрясения наблюдается уменьшение силы вибрации (из-за которой у многих начинается сильное недомогание и «морская болезнь на суше»).

2. Сейсмические волны и их измерение. Измерение силы и воздействий землетрясений

2.1 Основными характеристиками землетрясений являются:

глубина очага. Глубина очага землетрясения обычно находится в пределах от 10 до 30 км, в ряде случаев она может быть значительно больше. Сила проявления землетрясения на поверхности Земли в большей степени зависит от глубины очага: чем ближе очаг к поверхности Земли, тем сила землетрясения в эпицентре больше.
магнитуда. Магнитуда характеризует общую энергию землетрясения и представляет собой логарифм максимальной амплитуды смещения почвы в микронах, измеренной по сейсмограмме на расстоянии 100 км от эпицентра. Магнитуда (М) по Рихтеру изменяется от 0 до 9 (самое сильное землетрясение). Увеличение ее на единицу означает десятикратное возрастание амплитуды колебаний в почве (или смещение грунта) и увеличение энергии землетрясения в 30 раз. Так, амплитуда смещения почвы землетрясения с М=7 в 100 раз больше, чем с М=5, при этом общая энергия землетрясения увеличивается в 900 раз.
интенсивность энергии на поверхности земли. Интенсивность энергии на поверхности земли измеряется в баллах. Она зависит от глубины очага, магнитуды, расстояния от эпицентра, геологического строения грунтов и других факторов.

2.2 Также можно выделить несколько видов землетрясений:

Сейсмические явления

Сейсмические явления наблюдаемые при землетрясениях на поверхности Земли принято делить на два типа - микросейсмические и макросейсмические. Первые это те, которые обнаруживаются только по записям приборов - это и микросейсмы (сейсмический шум, колебания в прямую не связанные с землетрясениями), и слабые колебания от далеких землетрясений - расстояние до эпицентров которых может исчисляться тысячами и десятками тысяч километров. Сюда же видимо надо отнести и неощутимые микроземлетрясения. Вторые, это колебания которые непосредственно ощущаются человеком, вызывают разрушение и сильные деформации земной поверхности.

Тектонические землетрясения

Большая часть всех известных землетрясений относится к этому типу. Они связаны с процессами горообразования и движениями в разломах литосферных плит. Горные породы обладают определенной эластичностью, а в местах тектонических разломов - границ плит, где действуют силы сжатия или растяжения, постепенно могут накапливать тектонические напряжения. Напряжения растут до тех пор, пока не превысят предела прочности самих пород. Тогда пласты горных пород разрушаются и резко смещаются, излучая сейсмические волны. Такое резкое смещение пород называется подвижкой.

Значительная часть землетрясений происходит под морским дном, практически также как и на суше. Некоторые из них сопровождаются цунами, а сейсмические волны, достигая берегов, вызывают сильные разрушения.

Глубокофокусные землетрясения

Большинство землетрясений происходит на глубине до 70 километров от поверхности Земли, меньше до 200 километров. Иногда очаги землетрясения регистрируются и на большой глубине - более 700 километров.

По современным представлениям о внутреннем строении Земли на таких глубинах вещество мантии под действием тепла и давления переходит из хрупкого состояния, при котором оно способно разрушаться, в тягучее, пластическое. Везде, где глубокие землетрясения случаются достаточно часто, они "вырисовывают" условную наклонную плоскость, названную по именам японского и американского сейсмологов зоной Вадати - Беньеффа. Она начинается вблизи земной поверхности и уходит в земные недра, до глубин порядка 700 километров.

Зоны Вадати - Беньеффа приурочены к местам, где сталкиваются тектонические плиты - одна плита подвигается под другую и погружается в мантию. Очаги почти всех глубоких землетрясений расположены в зоне Тихоокеанского кольца состоящего из островных дуг, глубоководных желобов и подводных горных хребтов.

Вулканические землетрясения

Одно из самых интересных и загадочных образований на планете - вулканы (название произошло от имени бога огня - Вулкан) известны как места возникновения слабых и сильных землетрясений. Раскаленные газы и лава, бурлящие в недрах вулканических гор толкают и давят на верхние слои Земли. Эти движения вещества приводят к сериям мелких землетрясений - вулканическому тремеру (вулканическое дрожание). Подготовка и извержению вулкана и его длительность может происходить в течение лет и столетий. Вулканические землетрясения довольно слабы, но продолжаются долго: недели и даже месяцы. Замечены случаи, когда они возникают до извержения вулканов и служат предвестниками катастрофы. Вулканическая деятельность сопровождается целым рядом природных явлений, в том числе взрывами огромных количеств пара и газов, что сопровождается сейсмическими и акустическими колебаниями. Движение высокотемпературной магмы в недрах вулкана, сопровождается растрескиванием горных пород, что в свою очередь также вызывает сейсмическое и акустическое излучение.

Проявления вулканических землетрясений почти ничем не отличается от явлений, наблюдаемых при тектонических землетрясений, однако их масштаб и «дальнобойность» значительно меньше. Вулканы делятся на действующие, уснувшие и потухшие.

Техногенные - антропогенные землетрясения

Эти землетрясения связаны с воздействием человека на природу. Проводя подземные ядерные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек, сам того не желая, может вызвать подземные удары. Повышение гидростатического давления и наведенная сейсмичность вызываются закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры.

Слабые и даже более сильные «наведенные» землетрясения могут вызывать крупные водохранилища. Накопление огромной массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, снижению сил трения на контактах земных блоков.

Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины.

Быстрая разгрузка или нагрузка территорий, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, связанной с деятельностью человека может совпасть с их естественным сейсмическим режимом, и даже, спровоцировать ощутимое людьми землетрясение.

3. Измерительные приборы. Сейсмограф

Землетрясения регистрируются с помощью сейсмометра, также известного как сейсмограф - с силой 3 или меньше являются главным образом незначительными, с силой 7 - вызывают серьезные разрушения на больших территориях.

Сейсмология, содержащая в себе научное исследование всех аспектов землетрясений, дала возможность ответить на давно возникшие вопросы о том, в результате каких причин и как именно происходят землетрясения.

4. Сейсмические волны

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается. Когда очаг землетрясения находится под морским дном, на море могут возникнуть огромные волны — цунами, которые иногда приносят разрушений больше, чем само землетрясение.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Во время землетрясений блоки земной коры смещаются, но это может происходить по-разному. В соответствии с этим могут возникать и разные типы волн, которые распространяются от очага землетрясения.

Самыми первыми при землетрясении обычно проходят продольные волны, их называют Р-волнами (первичные волны). Каждая частичка твёрдой породы при прохождении этих волн сначала начинает сжиматься, затем растягиваться по направлению всей волны. При сжатии и разрежении среды образуются продольные волны. Они быстро следуют одна за другой, их скорость в твердых породах может доходить до нескольких километров в секунду. Такие волны – это последствия изменений объема, поэтому они распространяются как в твердых телах, так и в жидких и газообразных средах. Начинаясь в эпицентре, колебания распространяются в направлении движения волны.

После первичных волн на сейсмографе фиксируются поперечные волны, их называют S-волны (вторичные волны). Они являются реакцией среды на изменения формы, поэтому распространяются только в твердых телах. При поперечных волнах частицы начинаются колебаться в направлении, которое поперечно к направлению движения сейсмических волн. Расширение и сокращение частиц в поперечном направлении считаются их характеризующим фактором.

После первичных и вторичных волн может наблюдаться диффузия волн на поверхности. Их называют L- волны. Они делятся на волны Рэлея и волны Лявы.

Волны Релея возникают там, где проходит граница двух различных сред, например, твердого ела и газа, или поверхностные волны. Их инициируют колебания, которые идут от эпицентра землетрясения к стыку сред с разным агрегатным состоянием. Они имеют наименьшую скорость распространения и затухают быстрее остальных, но они очень опасны в очаге землетрясения, так как могут приводить к значительным разрушениям.

При прохождении волны Рэлея наблюдаются колебания в плоскости, которая перпендикулярна курсу волны. Во время прохождения волны Лявы, частицы начинают колебаться по эллипсообразной траектории.

4.1 Типы сейсмических волн.

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).
Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

4.2 Причина возникновения сейсмических волн.

Сейсмические волны возникают, когда некоторая форма энергии, хранящейся в земной коре, неожиданно освобождается, обычно - когда массы пород, создающие друг в друге напряжение, вдруг ломаются и начинают «скользить». Большая часть естественно происходящих землетрясений связана с тектонической природой Земли. Такие землетрясения называют тектоническими землетрясениями. Литосфера Земли – мозаика плит, которые медленно, но постоянно движутся. Это движение вызвано выходом тепла из мантии и ядра Земли. Границы плит соприкасаются при движении плит друг относительно друга, создавая фрикционное напряжение. Когда фрикционное напряжение превышает критическое значение, происходит внезапное разрушение. Границу тектонических пластин, вдоль которых происходит разрушение, называют плоскостью разлома. Когда разрушения в плоскости разлома вызывают сильное смещение земной коры, энергия выделяется как комбинация энергии излученных сейсмических волн, фрикционного нагревания поверхности разлома и ломки пород, таким образом вызывая землетрясение. Считается, что только 10 процентов или меньше полной энергии землетрясения излучается как сейсмическая энергия. Большая часть энергии землетрясения используется на увеличение разлома или преобразуется в тепло производимое трением. Поэтому землетрясения понижают доступную упругую потенциальную энергию Земли и поднимают ее температуру, хотя эти изменения незначительны по сравнению с проводящим и конвективным потоком тепла из глубокого внутренней части Земли.

Большинство тектонических землетрясений зарождаются на глубине не более десятков километров. В зонах субдукции (где одна тектоническая плита пододвигается под другую), где старшая и более холодная океанская кора спускается ниже другой тектонической плиты, землетрясения могут происходить на значительно больших глубинах (до семисот километров). Эти сейсмически активные области субдукции известны как зоны Wadati-Benioff. Это - землетрясения, которые происходят на глубине, на которой пододвинутая литосфера больше не должна быть ломкой из-за высокой температуры и давления. Возможный механизм образования землетрясений с глубоким центром – образование разрывов, вызванное оливином, подвергающимся фазовому переходу в структуру шпинели.

Землетрясения также часто происходят в вулканических областях и вызываются там одновременно и тектоническими разломами, и движением магмы в вулканах. Такие землетрясения могут быть ранним предупреждением о вулканических извержениях.

5. Локализация землетрясений

Землетрясения происходят на Земле не повсеместно. Они концентрируются в сравнительно узких поясах, приуроченных в основном к высоким горам или глубоким океаническим желобам. Землетрясения чаще всего происходят вдоль геологических разломов - узких зон, где большие массы пород земной коры перемещаются друг относительно друга. Линии основных разломов Земли расположены по краям огромных тектонических плит, которые составляют земную кору, самые большие землетрясения на Земле происходят в основном в поясах, совпадающих с границами тектонических плит.

Наиболее важным поясом сейсмической активности является Тихоокеанский пояс, который затрагивает многие густонаселенные прибрежные регионы вокруг Тихого океана, такие как Новая Зеландия, Новая Гвинея, Япония, Алеутские острова, Аляска и западное побережье Северной и Южной Америки. Считается, что 80 процентов энергии, освобождённой при землетрясениях, приходится на те, чьи эпицентры находятся в этом поясе. Сейсмическая активность не является одинаковой на всём протяжении пояса, и во многих его точках существуют ответвления. Поскольку во многих местах Тихоокеанский пояс связан с активной вулканической деятельностью, его часто называют «Тихоокеанским огненным кольцом».

Второй пояс, известный как Альпийский (Средиземноморский), проходит через Средиземноморский регион в восточном направлении через Азию и соединяется с Tихоокеанским поясом в Восточной Индии. Энергия, освобождённая при землетрясениях в этом поясе, составляет приблизительно 15 процентов от общемирового количества. Там также есть пояса сейсмической активности, действующие главным образом вдоль океанских горных хребтов Северного Ледовитого, Атлантического океанов, на западе Индийского океана и вдоль Восточно-Африканской зоны разломов.

Дело в том, что высочайшие горы или глубокие океанические желоба в геологическом масштабе являются молодыми образованьями, находящимися в процессе формирования. Земная кора в таких областях подвижна. Подавляющая часть землетрясений связана с процессами горообразования. Такие землетрясения называют тектоническими.

6. Способы защиты населения

В России, США и Японии в 1940-1950 годы созданы службы предупреждения о цунами. Они используют, для извещения населения, опережающую распространение морских волн регистрацию колебаний от землетрясений береговыми сейсмическими станциями.

Ученые в Японии и Станфордского университета США сообщили, что они нашли путь для прогноза вулканических извержений. По данным изучения изменения топографии местности вулканической деятельности в Японии (1997) можно точно определять момент наступления извержения. Метод базируется также на регистрации землетрясений и наблюдениях со спутников. Землетрясения контролируют возможность прорыва лавы из недр вулкана.

Так как области современного вулканизма (например - Японские острова или Италия) совпадают с зонами, где возникают и тектонические землетрясения всегда трудно их отнести к тому или ному типу. Признаками вулканического землетрясения является совпадение его очага с местом нахождения вулкана и сравнительно не очень большая магнитуда.

Наблюдения за сейсмичностью в районах вулканов являются одним из параметров для мониторинга их состояния. Помимо всех других проявлений вулканической деятельности микро землетрясения этого типа позволяют проследить и смоделировать на дисплеях компьютеров движение магмы в недрах вулканов, установить его структуру.

Во времена СССР на карте сейсмического районирования указаны зоны и возможная в них сила будущих сотрясений. Предсказать же, когда произойдут они, ученые пока еще не могут. Это трудно, потому что землетрясения зарождаются в недоступных глубинах Земли, а силы, вызывающие их, накапливаются очень медленно. Несомненно, в будущем ученые научатся предсказывать время наступления землетрясений. Сейчас можно только ослабить последствия землетрясений. Для этой цели в районах, которым они угрожают, строительство ведется по специально разработанным правилам. Применяются особые строительные материалы и конструкции. Возводятся устойчивые, прочные здания, рассчитанные на возможную балльность землетрясения в данной зоне. Так, Ташкент по сейсмическому районированию находится в 8-балльной зоне, и сейсмические здания, построенные с учетом этого, во время землетрясений 1966 г. почти не пострадали. В настоящее время на земном шаре постоянно действует около 1000 сейсмических станций, оборудованных различными системами сейсмографов и непрерывно регистрирующих землетрясения.

На центральной сейсмической станции «Москва» при Институте физики Земли АН СССР создана специальная Служба срочных донесений о сильных землетрясениях. Она сообщает о месте, времени и силе случившегося землетрясения. На Камчатке и Курильских островах в 1960 г. была организована Служба предупреждения цунами, которая работает в ч и связанных с ними явлениях природы.

Соблюдая некоторые правила, можно свести до минимума возможный ущерб. Использовать дополнительные крепления для конструкции дома, связывать стены с опорами и делать крыши и потолки более легкими, насколько позволяет климат, мебель нужно прочно прикрепить к стенным стойкам и т.д. Людям, живущим в зонах сейсмической активности, можно страховать свое имущество от землетрясений.

Землетрясение - бедствие, которое пока не поддается точному предсказанию, поэтому нужно быть готовым вести себя в чрезвычайных ситуациях адекватно, не паниковать и уметь оказывать необходимую помощь посторонним людям.

В случае оповещения об угрозе землетрясения или появления признаков его необходимо действовать быстро, но спокойно, уверенно и без паники.

Помещение. Не поддавайтесь панике (от момента, когда Вы почувствовали первые толчки, до опасных для здания колебаний у Вас есть 15 – 20 секунд). Быстро выйдите из здания, взяв документы, деньги и предметы первой необходимости. Покидая помещение, спускайтесь по лестнице, а не на лифте. Оказавшись на улице – оставайтесь там, но не стойте вблизи зданий, а перейдите на открытое пространство.

Если Вы вынужденно остались в помещении, то если есть хотя бы небольшой запас времени, необходимо погасить огонь, закрыть кран подачи газа, отключить электричество. Встаньте в безопасном месте: в любом здании необходимо держаться ближе к внутренним капитальным стенам и подальше от окон. Если возможно, спрячьтесь под стол – он защитит вас от падающих предметов и обломков. Держитесь подальше от окон и тяжелой мебели. Если с Вами дети – укройте их собой.

Не пользуйтесь свечами, спичками, зажигалками – при утечке газа возможен пожар. Держитесь в стороне от нависающих балконов, карнизов, парапетов, опасайтесь оборванных проводов.

Автомобиль. Если Вы находитесь в автомобиле, оставайтесь на открытом месте, но не покидайте автомобиль, пока толчки не прекратятся. Будьте в готовности к оказанию помощи при спасении других людей.

Школа. Школьникам, если они в момент толчков находятся в классе, следует выполнять указания администрации, но если нет возможности выбраться из школы, то необходимо забраться под парты, закрыть лицо и голову руками и отвернуться от окон. Учащиеся старших классов школ должны помочь дирекции и учителям в поддержании порядка среди школьников младших классов.