спутниковые карты

Землетрясение

Внезапное сотрясение земли, когда массы горных пород меняют свое положение под поверхностью Земли, называется землетрясением. Перемещающиеся массы посылают ударные волны, которые могут быть достаточно мощными, чтобы изменить поверхность, поднимая скалы и открывая большие трещины в земле.

Землетрясения, которые ученые называют темблорами, происходят почти непрерывно. К счастью, большинство из них можно обнаружить только с помощью чувствительных приборов, называемых сейсмографами. Другие ощущаются как небольшие толчки. Некоторые из остальных вызывают крупные катастрофы.

Землетрясения вызывают такие трагические и драматические последствия, как разрушенные города, разрушенные плотины, оползни, гигантские морские волны, называемые цунами, и извержения вулканов. Очень сильное землетрясение обычно происходит по крайней мере раз в год в какой-нибудь части света.

В среднем около 10 000 человек ежегодно погибают в результате землетрясений. Человечество уже давно обеспокоено опасностью землетрясений.



Причины землетрясения

Большинство самых сильных землетрясений связано с изменением формы внешней оболочки Земли, в частности земной коры. Эти так называемые тектонические землетрясения порождаются быстрым высвобождением энергии деформации, которая хранится в породах земной коры, которые на континентах имеет толщину около 35 километров.

Небольшая доля землетрясений связана с деятельностью человека. Динамит или атомные взрывы, например, иногда могут вызвать слабые землетрясения. Закачка жидких отходов глубоко в землю и давление, возникающее в результате удержания огромного количества воды в резервуарах за большими плотинами, также могут вызвать небольшие землетрясения.

Самые сильные и разрушительные землетрясения связаны с разрывами земной коры, которые известны как разломы. Хотя разломы присутствуют в большинстве регионов мира, землетрясения связаны не со всеми из них. Давление внутри Земли деформирует тектонические плиты которые составляют кору.

Напряжение нарастает до тех пор, пока внезапно пластины не перемещаются вдоль разломов, высвобождая тем самым энергию. Плиты скользят в противоположных направлениях вдоль этой трещины в скале, сотрясая землю наверху. Массы могут двигаться вверх и вниз, в стороны или вертикально и горизонтально. На поверхности Земли смещение грунта может изменяться от нескольких от нескольких сантиметров до многих метров. На поверхности появляются линии разломов.

Тектоника плит Земли

Тектоника плит Земли

Землетрясения и извержения вулканов сосредоточены в определенных регионах мира, особенно в Огненном кольце - в основном на краях континентов, обращенных к Тихому океану.

Сейсмические волны

Смещение породы при землетрясении вызывает ударные волны, называемые сейсмическими волнами, распространяющимися по скале во всех направлениях. При сильном землетрясении толчки могут ощущаться людьми за тысячи километров от центра. Детекторные и регистрирующие устройства, называемые сейсмографами, могут улавливать волны на другом конце планеты.

Существует два широких класса сейсмических волн: телесные волны и поверхностные волны. Телесные волны распространяются внутри тела Земли. Они включают в себя P, или первичные, волны и S, или вторичные, волны. Волны Р распространяются в земной коре от точки разрыва, которая называется очагом землетрясения.

Точка на поверхности Земли непосредственно над очагом называется эпицентром землетрясения. Волны Р попеременно сжимают и расширяют породу, через которую они проходят, и вибрируют в том же направлении, в котором движутся волны. S-волны вибрируют под прямым углом к направлению движения волны. Эти вторичные волны-волны “сотрясения”, которые перемещают частицы вверх и вниз или из стороны в сторону.

Скорость S-волн всегда меньше скорости P-волн. Сравнивая время прихода как P-волн, так и S-волн в сейсмологических обсерваториях, ученые могут определить местоположение землетрясения на расстоянии многих тысяч километров.

После того, как волны P и S прошли через тело Земли, за ними следуют два типа поверхностных волн, которые движутся вдоль поверхности Земли. Из-за их большей амплитуды поверхностные волны ответственны за большую часть разрушительного сотрясения, которое происходит далеко от эпицентра. Поверхностные волны, которые движутся медленнее, чем волны тела, являются самыми мощными ударными волнами.



Последствия землетрясения

Землетрясения часто вызывают резкие изменения на поверхности Земли. В дополнение к движению грунта, другие поверхностные эффекты включают изменения в потоке грунтовых вод, оползни и селевые потоки. Землетрясения могут нанести значительный ущерб зданиям, мостам, трубопроводам, железным дорогам, насыпям, дамбам и другим сооружениям.

Подводные землетрясения

Подводные землетрясения могут вызывать гигантские волны, называемые цунами. Сильное сотрясение морского дна вызывает волны, которые распространяются по поверхности океана все расширяющимися кругами. В глубокой воде цунами может перемещаться со скоростью 800 километров в час. К тому времени, когда цунами достигает берега, оно приобретает огромные размеры и силу, достигая высот до 30 метров. Цунами может быть катастрофическим, способным уничтожить прибрежные поселения.

Землетрясения также могут привести к разрушительным пожарам. Пожар привел к наибольшей потере имущества после землетрясения 1906 года в Сан-Франциско, когда 521 квартал в центре города горел бесконтрольно в течение трех дней. Пожар также последовал за токийским землетрясением 1923 года, причинившим большой ущерб и страдания гражданам.

Сейсмический монитор

Сейсмограф фиксирует картину ударных волн, вызванных землетрясением. Сейсмографы оснащены электромагнитными датчиками, которые преобразуют движение грунта в электрические изменения, которые обрабатываются и регистрируются прибором. Запись, полученная сейсмографом на экране дисплея или бумажной распечатке, называется сейсмограммой.

Большинство сейсмографов используют маятник. Как земля движется во время землетрясения, так и маятник. Сейсмограф фиксирует движение маятника относительно движения земли. Ранние механические сейсмографы имели тяжелый маятник и записывали волновые паттерны, царапая линию на вращающемся барабане бумаги.

Более поздние приборы использовали зеркало, которое приводилось в движение маятником. Свет, отраженный зеркалом, прослеживал волновые узоры на светочувствительной бумаге, обернутой в барабан. Технологические достижения в области электроники привели к появлению высокоточных маятниковых сейсмографов, которые широко используются сегодня. В этих приборах электрический ток, создаваемый движением маятника, пропускается через электронные схемы, чтобы усилить и оцифровать движение земли для более точных показаний.

Сила землетрясения

Сила землетрясения может быть измерена либо по величине нанесенного ущерба, либо путем расчетов с использованием различных показаний приборов. Модифицированная шкала интенсивности Меркалли обычно используется для определения количества разрушений, вызванных землетрясением. Он определяет 12 уровней силы землетрясения.

Шкала Рихтера

Шкала величин Рихтера основана на количестве энергии, высвобождаемой движением горных пород. Определение магнитуды по шкале Рихтера - это “логарифм, до основания 10, максимальной амплитуды сейсмической волны [в тысячных долях миллиметра], записанной на специальном сейсмографе под названием Вуд-Андерсон, на расстоянии 100 километров от эпицентра.” Это определение было расширено, чтобы позволить использовать любой калиброванный сейсмограф на любом расстоянии.

Землетрясение с магнитудой Рихтера 2 - это самое маленькое землетрясение, которое может ощущаться людьми без инструментальной помощи. Увеличение шага на одну величину примерно соответствует увеличению в 30 раз количества энергии, выделяемой в виде сейсмических волн.

Дно мирового океана с хребтами:

Дно мирового океана с хребтами

Где происходят землетрясения

Большинство землетрясений происходит на одном из двух больших поясов землетрясений, которые опоясывают мир. Пояса совпадают с более поздними горными хребтами и поясами вулканической активности. Один пояс землетрясений огибает Тихий океан вдоль гористого западного побережья Северной и Южной Америки и проходит через островные районы Азии. Подсчитано, что 80% энергии, высвобождаемой в настоящее время при землетрясениях, поступает из этого пояса, который называется Околоокеанским поясом или Огненным кольцом.

Второй, менее активный пояс проходит между Европой и Северной Африкой в Средиземноморском регионе. Затем он проходит на восток через Азию и присоединяется к Огненному Кольцу в Ост-Индии. Энергия, высвобождаемая при землетрясениях в этом поясе, составляет около 15 % от общей мировой энергии. Есть также поразительные связанные пояса сейсмической активности, в основном вдоль срединно-океанических хребтов - в том числе в Северном Ледовитом океане, Атлантическом океане и западной части Индийского океана - и вдоль Великой рифтовой долины Восточной Африки.

Очаг землетрясения

Очаг землетрясения может располагаться достаточно близко к поверхности земли и достигать максимальной глубины около 700 километров. Однако более 75% сейсмической энергии, вырабатываемой ежегодно, высвобождается мелкофокусными землетрясениями - то есть землетрясениями с очагами глубиной менее 60 километров.

В большинстве стран мира происходят, по крайней мере, случайные землетрясения с мелким фокусом. Около 12 % всей энергии, выделяемой при землетрясениях, поступает от промежуточных землетрясений - тех, которые имеют очаги глубиной от 60 до 300 километров. Около 3% всей энергии поступает от более глубоких землетрясений.

Роль тектоники плит

Теория тектоники плит не оставляет сомнений в том, что существует прямая связь между границами тектонических плит мира и географическим распределением землетрясений. Земная кора распадается на ряд отдельных плит, края которых редко совпадают с континентальными береговыми линиями. Ученым давно известно, что эти границы плит чрезвычайно важны при изучении землетрясений. Крупные землетрясения, расположенные вдоль активных окраин плит, связаны с геофизическими процессами, известными как экструзия, субдукция и переопределение, а также транскурсия.

Когда поток расплавленного материала из верхней мантии поднимается вдоль стыка двух соседних пластин, пластины расходятся от центра распространения. Это создает рифтовую долину, заполненную расплавленным материалом. Этот тип тектонического движения известен как экструзия. Рифтовая долина обычно ассоциируется с образованием вулканов. Одним из лучших примеров такой границы плиты является та, которая образует Срединно-Атлантический хребет. Он отмечает зону, где Африка была ранее соединена с Южной Америкой и где Европа отделилась от Северной Америки около 200 миллионов лет назад. Срединно-океанические хребты являются местами многочисленных землетрясений.

Хотя некоторые пластины расходятся, некоторые движутся навстречу друг другу или сходятся. По береговой стороне океанических траншей лежат островные дуги, как на примере Алеутских и Курильских островов. Эти островные цепи связаны с наиболее активными сейсмическими зонами Земли.

Тип тектонического движения, известный как транскурсия, возникает, когда две соседние плиты скользят друг мимо друга вдоль так называемого трансформного разлома. Лучшим примером такого типа соединения является то, где Тихоокеанская плита проходит поперечно мимо Североамериканской плиты, в основном вдоль хорошо известного разлома Сан-Андреас в Калифорнии.

Разлом Сан - Андреас виден над землей на многие километры. Это почти непрерывная трещина, простирающаяся на 1050 километров от южной Калифорнии до Пойнт-Арены на побережье северной Калифорнии. За Пойнт-Ареной она продолжается под Тихим океаном. Великое землетрясение в Сан-Франциско в 1906 году произошло на этом разломе.

Даже если ученые в целом согласны с тем, что области наибольшей тектонической нестабильности совпадают с краевыми зонами медленно движущихся плит, не следует предполагать, что крупные землетрясения происходят только по краям плит. Сильные землетрясения происходят в редких случаях с одинаковой разрушительной силой в зонах слабости плит.

В Соединенных Штатах три землетрясения магнитудой по Рихтеру 7,5 и выше произошли вдоль Нью-Мадридского разлома в долине реки Миссисипи в течение зимы 1811-1812 гг. Они входят в число самых крупных, когда-либо зарегистрированных в Соединенных Штатах. Величины землетрясений были сопоставимы с крупнейшими калифорнийскими землетрясениями и ощущались на гораздо больших площадях. Сильные землетрясения также произошли в стабильных массивах суши.

Предсказание землетрясения

Сейсмологи обнаружили, что крупным землетрясениям часто предшествуют определенные измеримые физические изменения в окружающей среде вокруг их эпицентров. Эти изменения включают в себя степень деформации земной коры в зонах разломов, возникновение дилатансии, то есть увеличение объема горных пород, и повышение концентрации радона в скважинах.

Ожидается, что постоянный мониторинг и тщательное изучение этих изменений улучшат возможности прогнозирования. Карты риска могут быть составлены для некоторых сейсмоопасных регионов, например в Калифорнии, где можно отслеживать поверхностные разломы. Хотя этот метод полезен в зонах транскурсии, например вдоль разлома Сан-Андреас, он не применим к зонам субдукции, где сейсмическая активность, генерируемая глубоко в зоне Бениоффа, лишь смутно коррелирует с поверхностными структурами.

Снижение опасности землетрясений

Хотя землетрясения могут привести к гибели людей и разрушениям в результате таких вторичных эффектов, как оползни, цунами, пожары и разрывы разломов, наибольшие потери с точки зрения как человеческих жизней, так и имущества обычно возникают в результате разрушения искусственных поверхностных и подземных структур во время сильного сотрясения земли.

Сейсмологи регулярно собирают значительные объемы данных, чтобы объяснить характеристики зарегистрированных движений земли, которые происходят во время землетрясений. Такие знания необходимы для прогнозирования движения грунта при будущих землетрясениях, чтобы можно было спроектировать сейсмостойкие сооружения.

Наиболее эффективным способом снижения разрушительности землетрясений является проектирование и строительство зданий и других сооружений, способных выдерживать сильные сотрясения. Когда предлагается участок для строительства офисного здания, например, необходимо учитывать такие факторы, как геометрия и фрикционные свойства близлежащей линии разлома, прохождение сейсмических волн через окружающие подповерхностные породы, а также состояние грунта и пород, которые будут окружать здание.

Во многих случаях для определения пригодности участка для безопасного строительства зданий используется акселерограмма -диаграмма, показывающая ускорение, скорость и смещение, вызванные имитацией землетрясения. Во многих странах экономические реалии требуют, чтобы здания строились не для полного предотвращения всех повреждений, а для минимизации ущерба от умеренных землетрясений и обеспечения отсутствия серьезных разрушений во время самых сильных землетрясений.