Землетрясения

Землетрясе́ния

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=α+βI0, где α и β — 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 ~1015дж, в Сан-Франциско в 1906 E~1016дж, на Аляске в 1964 E~1018дж. На всей Земле за год освобождается упругая энергия (в форме З.) порядка 0,5∙1019дж, 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)

Табл. 2. — Примерное соотношение магнитуды и балльности в зависимости от глубины очага

Табл. 3. Сильнейшие землетрясения 20 в.

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 ~ 1017дж, 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 (См. Срединно-океанические 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 (См. Сейсмическое районирование). 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 (См. Сейсмология).

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 (См. Сейсмическая служба).

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).,

Разрыв, образовавшийся при Гоби-Алтайском землетрясении (Монголия) 4 декабря 1957.

Разрушения на о. Сицилия при землетрясении 15 января 1968 (9 баллов).