Землетрясения
Землетрясения, подземные удары и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами). В некоторых местах Земли З. происходят часто и иногда достигают большой силы, нарушая целостность грунта, разрушая здания и вызывая человеческие жертвы. Количество З., ежегодно регистрируемых на земном шаре, исчисляется сотнями тысяч. Однако подавляющее их число относится к слабым, и лишь малая доля достигает степени катастрофы. До 20 в. известны, например, такие катастрофические З., как Лисабонское в 1755, Верненское в 1887, разрушившее г. Верный (ныне Алма-Ата), З. в Греции в 1870-73 и др. Сильнейшие З. 20 в. показаны в табл. 3. По своей интенсивности, т. е. По проявлению на поверхности Земли, З. разделяются, согласно международной сейсмической шкале MSK-64, на 12 градаций - баллов (см. табл. 1).
Область возникновения подземного удара - очаг З. - 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 - плейстосейстовая область. Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний (в баллах), называются изосейстами.
Зависимость между количеством подземных толчков N и их интенсивностью в эпицентре I0 приближённо выражается формулой: lgN=a+bI0, где a и b - некоторые постоянные величины. От очага З. во все стороны распространяются упругие сейсмические волны, среди которых различают продольные Р и поперечные S. По поверхности Земли во все стороны от эпицентра расходятся поверхностные сейсмические волны Рэлея и Лява. Очаги З. возникают на различных глубинах (h). Большая часть их залегает в земной коре (на глубине порядка 20-30 км). В некоторых районах отмечается большое число толчков, исходящих из глубин в сотни км (верхняя мантия Земли).
З. - мощное проявление внутренних сил Земли. При каждом З. в очаге выделяется огромное количество кинетической энергии Е. Так, в Ашхабаде в 1948 Е ~1015 дж, в Сан-Франциско в 1906 E~1016 дж, на Аляске в 1964 E~1018 дж. На всей Земле за год освобождается упругая энергия (в форме З.) порядка 0,5Ї1019 дж, что составляет, однако, менее 0,5% всей энергии эндогенных (внутренних) процессов Земли.
Интенсивность З., измеряемая в баллах, характеризует степень сотрясения на поверхности Земли, что зависит от глубины залегания очага З. Мерой общей энергии волн служит магнитуда З. (М) - некоторое условное число, пропорциональное логарифму максимальной амплитуды смещения частиц почвы, эта величина определяется из наблюдений на сейсмических станциях и выражается в относительных единицах. Самое сильное З. имеет магнитуду не более 9.
Табл. 1. - Сейсмическая шкала (схематизировано)?
Балл
Название землетрясения
Краткая характеристика 1 Незаметное
Отмечается только сейсмическими приборами 2
Очень слабое
Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя 3
Слабое
Ощущается лишь небольшой частью населения 4
Умеренное
Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен 5
Довольно сильное
Общее сотрясение зданий, колебание мебели. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих 6
Сильное
Ощущается всеми. Картины падают со стен. Откалываются куски штукатурки, лёгкое повреждение зданий.? 7
Очень сильное
Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные постройки остаются невредимыми. 8
Разрушительное
Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. 9
Опустошительное
Сильное повреждение и разрушение каменных домов. 10
Уничтожающее
Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных построек. Искривление ж.-д. рельсов. 11
Катастрофа
Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные? дома совершенно разрушаются 12
Сильная катастрофа
Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает
Табл. 2. - Примерное соотношение магнитуды и балльности в зависимости от глубины очага h,? км Магнитуда 5 6 7 8 10 7 8 - 9 10
11 - 12 ü??? I0 20 6 7 - 8 9
10 - 11 ý? Баллы? 40 5 6 - 7 8
9 - 10?? þ
Табл. 3. Сильнейшие землетрясения 20 в. Дата по новому стилю (согласно времени по Гринвичу) Местоположение эпицентра (страна, район, горная система) Маг-нитуда Сила, баллы Примечание ЕВРОПА
1908, 28 декабря
Остров Сицилия (Италия) 7,5 -
Разрушен г. Мессина и ряд др. населённых пунктов на Ю. Италии. Волны цунами достигали 14 м высоты; погибло 100-160 тыс. чел.
1927,
11 сентября
Южный берег Крыма, к Ю. от Ялты (СССР) 6,5 До 8
Повреждены многие постройки (от Севастополя до Феодосии)
1953, 12 августа
Ионические острова (Греция) 7,5 -
Разрушены населённые пункты острова Кефалиния; часть острова погрузилась под уровень моря
1963, 26 июля
Город Скопле (Скопье, Югославия) 6 9 - 10
Почти 80% зданий города разрушено или повреждено; погибло свыше 2 тыс. чел.
1969, 8 февраля
У юго-западных берегов Португалии 8 -
Пострадали города Лисабон, Касабланка и др. поверхность земли покрылась трещинами
1969, 27 октября
Юго-западная часть Югославии 6,4 9
Катастрофическое. Город Баня-Лука превращён в развалины АЗИЯ
1902, 16 декабря
Ферганская долина,
г. Андижан (СССР) - 9
Погибло более 4,5 тыс. чел.
1905, 4 апреля Гималаи 8 -
1905, 23 июля
Хребет Болнай (МНР) 8,2 -
В районе озера Сангийн-Далай-Нур- хребта Хан-Хухэй образовалась трещина длиной в 400 км
1907, 21 октября
Южный склон Гиссарского хребта (СССР) - 9
Разрушен Каратаг и около 150 др. населённых пунктов; погибло 1,5 тыс. чел.
1911, 3 января
Долина р. Кебин, южный склон хребта Заилийский Алатау (СССР) 8 9
Разрушен г. Верный (ныне Алма-Ата); обвалы, запруды на горных реках
1911, 15 июня
Острова Рюкю (Япония) 8,2 -
Огромные оползни и обвалы; погибло 100 тыс. чел.
1923, 1 сентября
Остров Хонсю (Япония) 8,2 -
Катастрофическое. Опустошены Токио, Йокохама; погибло около 150 тыс. чел. В бухте Сагами волны цунами достигали 10 м высоты
1927, 7 марта
Остров Хонсю (Япония) 7,8 -
Катастрофическое. Город Минеяма превращён в руины; погибло около 1 тыс. чел.
1938, 1 февраля
Море Банда (Индонезия) 8,2 -
1939, 26 декабря
Горы Внутренний Тавр (Турция) 8,0 -
Катастрофическое; погибло около 30-40 тыс. чел. На побережье Чёрного моря вода отступила на 50 м, а затем залила его на 20 м дальше обычного
1941, 20 апреля
Долина р. Сурхоб, посёлок Гарм (СССР) 6,5 8 - 9 Разрушено более 60 населённых пунктов
1946, 2 ноября
Северная часть Чаткальского хребта (СССР) 7,5 9
Повреждены сотни зданий в Ташкенте и др. городах; деформация земной коры
1948, 5 октября
Ашхабад (СССР) 7 9
Катастрофическое. В течение 20 сек разрушена значительная часть города
1949, 10 июля
Гиссаро-Алайская горная система, Хаит (СССР) 7,5 Св. 9 Пострадало более 150 населённых пунктов
1952, 4 ноября
Курильские острова к
Ю.-В. от полуострова Шипунский (СССР) 8,2 -
Катастрофическое. Цунами высотой до 18 м причинили крупные повреждения на берегах Камчатки и северной части Курильских островов
1957, 27 июня
Забайкалье, Муйский хребет (СССР) 7,5 9 - 10
Разрушения в Чите, Бодайбо и др. населённых пунктах
1958, 6 ноября
Курильские острова к
Ю.-В. от острова Итуруп (СССР) 8,7 9
Цунами
1960, 24 апреля
Лар (Иран) 6 -
Город сильно разрушен; погибло 3 тыс. чел.
1962, 1 сентября
Среднеиранские горы (Иран) 7,8 -
Разрушительное. Полное разрушение населённого пункта Рудак; погибло 12 тыс. чел.
1966, 25 апреля Ташкент 5,3 8
Разрушения в центральной части города. Толчки повторялись в мае-июле 1966
1970, 28 марта
Западная Турция 7 -
Катастрофическое. Ряд населённых пунктов превращён в развалины; погибло более 1 тыс. чел.
1970, 14 мая Дагестан 6,5 8
Большой ущерб нанесён населённым пунктам Буйнакского, Гумбетовского, Казбековского, Кизилъюртовского и др. районов
1971, 22 мая
Восточная Турция 6,8 -
Разрушены города Бингёль и Генч; погибло более 1 тыс. чел.
1971, 5 октября
Японское море 7,3 -
Одно из самых сильных землетрясений в истории острова Сахалин
Австралия и Океания
1906, 14 октября
Впадина? Бугенвиль 8,1 -
1931, 2 февраля
Новая Зеландия (Северный остров) 7,8 9
Катастрофическое. Разрушения и пожары
1966, 31 декабря
Острова Санта-Крус (британские) 8 - АФРИКА
1960,
29 февраля
Город Агадир (Марокко) 6 11
Полностью разрушен г. Агадир; погибло 12-15 тыс. чел. СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА
1906, 18 апреля
Береговые хребты Кордильер (Калифорния, США) 8,2 -
Разрушена значительная часть г. Сан-Франциско
1964, 28 марта
Залив Принс-Уильям (США) 8,6 10-11
Цунами высотой до 9 м достигли побережья Канады, США, Гавайских островов и Японии
1971, 9 февраля
Калифорния (США) 6,7 -
Сильнейшее за последние 40 лет землетрясение в Лос-Анджелесе ЮЖНАЯ АМЕРИКА
1906, 17 августа
Береговая Кордильера (Чили) 8,4 -
В г. Вальпараисо сопровождалось поднятием береговой линии; цунами пересекли океан, достигли Японии и Гавайских островов
1960, 22 мая
Район г. Консепсьон (Чили) 8,8 -
Разрушительное. Цунами достигли США, Гавайских и Курильских островов, Австралии и Японии; погибло около 10 тыс. чел.
1961, 19 августа Бразилия 8 -
1970, 10 декабря
Побережье Перу 7,3 -
Разрушено около 5 тыс. домов. Свыше 20 тыс. чел. осталось без крова
Между числом З. (N) и их магнитудой (М) существует зависимость, которая приближённо выражается формулой: lgN = a - bM, где а и b - постоянные. Энергия З. (Е) связана с магнитудой соотношением вида: lgE = a1 + b1M. Для коэффициентов a1 и b1 даются различные значения, но наиболее подходящими следует считать a1 близкое к 4, а b1 - к 1,6. Величина? K = lg Е иногда называется энергетическим классом З. При З., для которого М = 5,из очага выделяется энергия ~1012дж, К = 12; при М = 8, О Е ~ 1017 дж, К = 17.Магнитуда (М), интенсивность (Io) и глубина очага (h) связаны между собой. Для приближённого определения одной из этих величин по двум другим можно пользоваться табл. 2.
В последние десятилетия широкое развитие получили детально разработанные методы статистического анализа З. С их помощью составляются карты сейсмической активности и карты сотрясаемости (средней частоты З. того или иного энергетического класса в данном пункте), а также графики повторяемости (зависимость частоты З. от их магнитуды). З. распространены по земной поверхности весьма неравномерно (см. карту*). Они связаны с участками земной коры, в которых проявляются новейшие дифференцированные тектонические движения. Известно 2 главных сейсмических пояса мира - Средиземноморский, простирающийся через юг Евразии от берегов Португалии на З. до Малайского архипелага на В., и Тихоокеанский, кольцом охватывающий берега Тихого океана. Эти пояса включают молодые складчатые горные сооружения, т. е. эпигеосинклинальные орогены (Альпы, Апеннины, Карпаты, Кавказ, Гималаи, Кордильеры, Анды и др.), а также подвижные зоны подводных окраин материков, которые многими исследователями интерпретируются как современные геосинклинальные области или складчатые системы в начальной стадии развития (западная периферия Тихого океана с островными дугами Алеутской, Курильской, Японской, Малайской, Новозеландской и др.; Карибское, Средиземное и др. моря). За границами указанных поясов в пределах материков эпицентры З. приурочены к областям новейшей тектонической активизации (эпиплатформенные орогены типа Тянь-Шаня), а также к рифтовым зонам, сопровождающимся образованием систем разломов (рифты Восточной Африки, Красного моря, Байкальская система рифтов и др.). В пределах океанов значительной сейсмической активностью отличаются срединноокеанические хребты. На платформах и на большей части дна океанов З. Происходят редко и большой силы не достигают.
Тщательный анализ механизма возникновения подземного удара показывает, что З. представляют реакцию вещества земной коры или мантии Земли на тектонические напряжения, постоянно накапливающиеся в недрах Земли. При этом преобладают напряжения сжатия, хотя местами наблюдаются напряжения растяжения.
Анализ сейсмических, геологических и геофизических данных позволяет заранее наметить те области, где следует ожидать в будущем З., и оценить их максимальную интенсивность. В этом состоит сущность сейсмического районирования. В СССР карта сейсмического районирования - официальный документ, который обязаны принимать в расчёт проектирующие организации в сейсмических районах. Строгое соблюдение норм сейсмостойкого строительства позволяет значительно снизить разрушительное воздействие З. на здания и др. инженерные сооружения. В будущем, вероятно, удастся разрешить и проблему прогноза З. Основной путь к решению этой проблемы - тщательная регистрация "предвестников" З. - слабых предварительных толчков (форшоков), деформации земной поверхности, изменений параметров геофизических полей и др. изменений состояния и свойств вещества в зоне будущего очага З.
З. начали описываться с древнейших времён. В 19 в. были составлены каталоги З. для всего мира (Дж. Мили, Р. Малле), для Российской империи (И. В. Мушкетов, А. П. Орлов) и др., опубликованы монографии, посвященные наиболее сильным и хорошо изученным З. (особенно в Италии). В начале 20 в. Основное внимание уделялось геологической стороне З. (работы К. И. Богдановича, В. Н. Вебера, Д. И. Мушкетова и многие др. в России; Ф. Монтессю де Баллора, А. Зиберга и многие др. за рубежом), разработке сейсмометрической аппаратуры и созданию сейсмических станций (Б. Б. Голицын, П. М. Никифоров, А. В. Вихерт, Д. А. Харин, Д. П. Кирнос и др.). З. стали объектом изучения специальной отрасли знания - сейсмологии.
В сейсмологии получили развитие физические и математические методы, с помощью которых изучаются не только З., но и внутреннее строение Земли, а также ведутся поиски месторождений полезных ископаемых. Наблюдения над З. Осуществляются специальной сейсмической службой.
? Лит.: Гутенберг Б. и Рихтер К., Сейсмичность Земли, пер. с англ., М., 1948; Саваренский Е. ф., Кирнос Д. П., Элементы сейсмологии и сейсмометрии, М., 1955; Атлас землетрясений в СССР, М., 1962; Сейсмическое районирование СССР, М., 1968.
? Г. П. Горшков, В. И. Ковригина (сост. табл. 3).
*При составлении карты использованы материалы Н. Н. Николаева (современная структура земной коры), Д. Д. Дормана и М. Баразанги (сейсмичность) и А. В. Введенской (векторы напряжений).,