Что такое землетрясение

Иногда ценой познания выступают природные катаклизмы, как в случае с землетрясениями. Ведь только благодаря этому явлению, человек смог получить представление о размере земного шара и его структуре.

Наука, которая описывает, что такое землетрясения, называется сейсмологией. Помимо получения новых знаний о недрах земли, важнейшей задачей сейсмологов является предсказание катаклизмов. Для планеты возникновение землетрясений является естественным процессом, однако для человечества за ними следуют разрушения и гибель людей.

Что такое землетрясение?

Землетрясение представляет собой разломы или сдвиги земной коры, из-за чего происходят колебания на ее поверхности. Подземные толчки, или сейсмические волны — явление достаточно частое. Каждый год количество зафиксированных землетрясений превышает показатель в сотни тысяч.

Большая часть подземных толчков связана с подвижностью тектонических плит, из которых состоит вся поверхность Земли, включая сушу и океаны. Именно в месте соприкосновения плит происходят разломы, вследствие чего случаются землетрясения, извержения вулканов и цунами. Тектонические плиты находятся в постоянном движении, что провоцирует постепенное изменение рельефа поверхности планеты.

Ученые с помощью сейсмографов могут достаточно точно определить силу, местоположение и причину явления. Однако пока не существует эффективных механизмов для точного прогнозирования опасного природного явления.

Основные характеристики землетрясений

Каждое землетрясение зарождается на определенной глубине. У геологов принято различать такие величины локализации подземных толчков:

• до 70 км: стандартные (нормальные);
• до 300 км: средние (промежуточные);
• более 300 км: глубокие.

Место, где происходит столкновение или трение литосферных плит, является очагом или гипоцентром землетрясения. Именно отсюда, подобно звуковым волнам, происходят колебания. Эпицентром сейсмических волн является точка на поверхности земной коры, спроецированная по вертикали из очага.

Под влиянием землетрясений происходит деформация горных пород, они могут вибрировать, сжиматься и растягиваться. В зависимости от плотности жидкостей и видов пород, через которые проходят колебания, увеличивается или уменьшается скорость волны, а также ее класс. По направленности волны бывают двух видов:

1. Продольные (первичные) объемные: имеют высокую скорость и мощное воздействие. Особенностью Р-волн является возможность прохождения сквозь любой материал, в том числе жидкость и газ. Именно поэтому человек слышит продольные волны в виде гула, шума или скрежета.
2. Поперечные (вторичные) объемные: S-волны сдвига могут проходить только через твердые материи. Особенность движения — из стороны в сторону.

Поверхностные волны медленнее объемных и затухают по мере удаления от эпицентра землетрясения.

Для оценки природы землетрясений (их разрушительного потенциала и способности изменять рельеф местности) существуют такие основные параметры:

• магнитуда;
• интенсивность.

Что такое магнитуда?

Столкновение или трение тектонических плит приводит к образованию энергии, которая высвобождается через землетрясение. Количество высвобождаемой энергии учеными классифицируется с помощью шкалы магнитуд. Именно магнитуду подземного толчка фиксирует в первую очередь сейсмограф.

Для определения количества выделяемой энергии из очага толчка применяется магнитуда Рихтера (шкала Рихтера). Конечная оценка включает в себя целый комплекс величин (поверхностные колебания, значения объемных волн, глубина залегания очага и многое другое). Полученные сведения базируются на данных, полученных при колебании сейсмографа. Аппарат, в свою очередь, пропорционально отражает, насколько сдвинулись частицы почвы в зоне катаклизма.

Американский сейсмолог Рихтер выделял всего 7 делений шкалы, основываясь на информацию о землетрясениях в США. Подземные толчки этой местности характеризуются высоким залеганием, поэтому постепенно ученые усовершенствовали шкалу, учтя и очаги с локализацией на уровне более 600 км. Современная шкала кратко выглядит так:

• От 0 до 2,5 баллов: неощутимые человеком и фиксируемые только приборами.
• До 3,5: слегка ощущаются человеком как секундная вибрация грунта (пола, основания).
• До 5 баллов: видимые колебания (раскачиваются плафоны, теряют устойчивость некоторые предметы, позвякивают стекла).
• 5-6 баллов: разрушительная энергия в эквиваленте одной атомной бомбы. В зданиях, даже на нижних этажах, падают и разбиваются предметы, а люди могут терять равновесие.
• До 7 баллов: на земле появляются трещины, могут разрушаться здания, даже сейсмически стабильные, опрокидываются памятники. Это опасная ситуация, когда возможны жертвы среди населения.
• До 8 баллов: вероятны оползни, движение грунтов нарушаются наземные и подземные коммуникации. Начинается коллапс.
• Свыше 8 баллов: воздушные потоки поднимают массив грунта и камней, любые постройки разрушаются. Во время землетрясения высвобождается энергия в миллион раз больше, чем атомная бомба.

Причины и виды

Возникновение большинства зафиксированных землетрясений связано с активностью тектонических плит. Верхний слой плиты состоит из земной коры и верхнего слоя мантии. Толщина литосферы в самых тонких местах под океанами и некоторыми островами составляет не более 5 км. Под этой твердой, но хрупкой субстанцией находится астеносфера, горячая и полужидкая часть мантии с постоянно циркулирующими внутри потоками.

Благодаря конвекции в астеносфере, тектонические плиты находятся в постоянной динамике, что регулярно приводит к столкновениям, расхождениям, а также такому явлению, когда одна плита движется под другую. В месте соприкосновения и трения границ плиты накапливается энергия, которая затем высвобождается в виде землетрясения. Для планеты это процесс является естественным.

Помимо тектонических существуют и другие виды землетрясений, обычно менее катастрофические в отношении инфраструктуры и населения:

• вулканические;
• техногенные;
• подводные;
• космические и др.

География явления

В течение года в мире фиксируется порядка ста сильных разрушительных землетрясений, но в реальности их количество гораздо больше. Локализуются подземные толчки неравномерно по планете, а преимущественно на границах тектонических плит. Сейсмологи выделяют три особенно активных зоны геологической активности:

1. Огненное кольцо Тихого океана проходит по периметру водного бассейна. На эту зону приходится около 90 % всех землетрясений и 80% самых разрушительных. Тихоокеанское кольцо затрагивает Камчатку, Курильские острова, Филиппины, Новую Гвинею, Новую Зеландию, Антарктиду, Анды, Кордильеры. Вдоль сейсмически нестабильной зоны находятся около 330 действующих вулканов. Здесь регулярно происходит сдвиг плит, при котором область под океаном продвигается под континент.
2. Пояс землетрясений в Средиземноморье. Затрагивает районы вблизи Явы и Гималаев. 17% самых сильных землетрясений происходит именно здесь.
3. Атлантический океан, на дне которого находится место встречи тектонических плит. Отдаляясь друг от друга, они рождают сейсмические колебания. Несмотря на то, что разлом проходит по дну океана, некоторые его фрагменты располагаются над уровнем моря. Яркий пример этому — Исландия, страна гейзеров, фьордов и вулканов.

Распределение по странам

Спрогнозировать время и точное место возникновения землетрясения практически невозможно. Одновременно с этим сейсмология дает представление о тех странах, где возникновения данного стихийного бедствия является наиболее вероятным.

• Китай является одной из стран, где землетрясение является частым источником бед местного населения. Чуть более чем за 100 лет здесь произошло свыше 150 ощутимых сейсмических катаклизм. Большая их часть зафиксирована на юго-западе. Здесь гористый ландшафт, суровый климат, сложные условия для проживания людей, поэтому провинции не отличаются высокой численностью населения. В Китае произошло одно из самых разрушительных землетрясений за всю историю. В XVI веке его жертвами стали порядка 850 тысяч человек.
• Индонезия расположена в злосчастном Тихоокеанском огненном кольце, поэтому за сотню лет пережила столько же сейсмических катаклизм. Страна богата действующими подводными и поверхностными вулканами, а сама расположена на стыке литосферных плит. Острова Ява и Суматра, ранее являвшиеся единым целым, являются наглядным доказательством сейсмической активности в регионе. Жители страны не раз становились жертвами природных стихий: цунами, вулканов и землетрясений.
• Иран географически расположен в месте, где соприкасаются группы арабских и евроазиатских тектонических плит. Образование горной системы Загрос обязано аравийской плите, которая двигается навстречу и под Евразийскую. Площадь Ирана составляет более 1,6 миллионов км² и практически вся подвержена сейсмическим катаклизмам. Ежегодно в стране фиксируется минимум одно землетрясения с магнитудой от 5 до 7 баллов.
• Большая часть территории Турции расположена на Анатолийской плите. Это небольшая по размеру плита, на которую оказывают постоянное воздействие другие плиты: Евразийская, Арабская и Африканская. Наиболее подверженные землетрясениям северное побережье страны (Черноморское), где проходит Северо-Анатолийский разлом, и западные регионы из-за активности Восточно-Анатолийского разлома. В ХХ-ХХI веках одними из самых разрушительных в Турции были землетрясения в курортном городе Измире: в 2020 году здесь зафиксировали толчки магнитудой 7 баллов (погибло более 100 человек), а в 1999 — толчки магнитудой 7,6 баллов. В последнем случае землетрясение спровоцировало мощный цунами в Мраморном море, были затоплены жилые кварталы, объекты военно-морской и нефтеперерабатывающей инфраструктуры. Погибло более 17 тысяч человек.
• Причиной частых и разрушительных землетрясений в Японии является расположение страны на соприкосновении сразу четырех тектонических плит: Тихоокеанской, Североамериканской, Евразийской и Филиппинской. На территории страны регулярно происходят подземные толчки магнитудой 7 и более баллов. Результатом такой сейсмической активности являются множественные человеческие жертвы во время разрушений строений, цунами и извержений вулканов, которых в Японии насчитывается свыше 450. Одна из самых значительных катастроф произошла в 2011 году в марте. Подземные толчки с моментальной магнитудой 9,1 балл с эпицентром около острова Хонсю (регион Тохоку) спровоцировали цунами с высотой волн в 40 метров. Погибло порядка 20 тысяч человек, а без места жительства остались сотни тысяч.
• Наличие мощной горной системы на западе Соединенных Штатов подсказывает, что землетрясения здесь также довольно часто угрожают безопасности местных жителей. Регион расположен на границе, где в направлении друг от друга в постоянной динамике находятся Тихоокеанская и Североамериканская плиты. Аляска, Северная Каролина, Невада, Орегон и Калифорния в первую очередь подвержены сейсмической нестабильности, так как находятся непосредственно на маршруте Тихоокеанского огненного кольца.

Виды землетрясений

К колебаниям земной коры могут привести различные факторы, как естественного происхождения, так и спровоцированные человеком.

Тектонические

Большинство землетрясений, произошедших в мире с тех пор, как их начали фиксировать, произошли по причине сейсмической активности тектонических плит. Даже небольшое воздействие соседних плит друг на друга провоцирует высвобождение мощной силы. Спроецированные на поверхность земли, такие разломы выглядят как огромные провалы.

Техногенные

Основным фактором, который приводит к техногенным катаклизмам, можно назвать деятельность человека. Разработка ископаемых, исследовательские работы, масштабное строительство на значительную глубину или сооружение обширных водохранилищ — все это оказывает влияние на сейсмическую ситуацию в регионе. Масса воды или сооружений может с критической силой давить на поверхность земной коры. Из-за этого происходит деформация и, как следствие, землетрясение.

Вулканические

Подземные толчки, которые обусловлены действием рядом находящегося вулкана, называются вулканическими землетрясениями. Эпицентр в таком случае находится поблизости от кратера, а очаг чаще всего расположен неглубоко от поверхности земной коры.

Землетрясения, вызванные активностью магмы в вулкане, обычно не бывают очень сильными, при этом могут продолжаться длительный период, вплоть до месяца. Одно из самых сильных вулканических землетрясений произошло в Индонезии на острове

Кракатау, расположенном в Зондском заливе. Землетрясение буквально раскололо на части небольшой остров, смыв все признаки жизни. Даже сегодня части острова считаются опасным местом для туризма.

Обвальные

Сотрясения земли могут быть вызваны естественными процессами размывания грунта. В результате деятельности грунтовых или подземных вод образуются пустоты. Обвал происходит, когда масса земли и камней сверху становится критичной.

Это приводит к землетрясениям небольшой магнитуды. Однако в непосредственной близости от эпицентра могут быть погребены под землей жилье, коммуникации, инфраструктура.

Подводные

Когда сдвиг тектонических плит происходит на глубине океана, на побережье обрушивается огромная масса волн. Такое явление называется цунами. В эпицентре моретрясения явление представляет собой длинные волны, однако ближе к берегу они становятся выше. В истории были случаи, когда высота волны превышала 40 метров, а территория воздействия — 1000 км от берега.

Искусственные

Отчасти искусственные землетрясения сходны по сути с техногенными. Они также являются результатом деятельности человека. При этом созданные искусственно, подземные толчки могут служить определенной цели:

• снимать напряжение с других участков сейсмической активности, предупреждая более мощные толчки;
• разведка месторождений полезных ископаемых.
• испытание ядерного оружия (тектонического).

От удара космических тел

Столкновение небесного тела с планетой Земля может вызвать наиболее катастрофические последствия не только для местности, но и в целом для населения земного шара. Согласно исследованиям ученых, за время существования жизни на Земле именно падение астероидов, метеоритов или других небесных тел становилось причиной резкого изменения климата, вымирания и других катаклизмов.

В момент удара о поверхность земли или при взрыве в атмосфере следует ударная и звуковая волна огромной силы, сопоставимой с ядерным взрывом. Попадая в океан, комический объект вызывает цунами, разрушительное для местности на площади в тысячи километров.

Сила землетрясений

Землетрясение можно оценить по его внутренним проявлениям (магнитуде) и по тому уровню разрушений, к которым приведут колебания. Если первый параметр можно оценить в момент сейсмической активности с помощью приборов, то интенсивность определяется только после землетрясения.

Балльная шкала интенсивности землетрясения

Шкала интенсивности основана на количественных показателях разрушений и ощущениях человека, находящегося в зоне стихийного бедствия. Существует три системы:

1. США: шкала Меркалли;
2. Россия: шкала Медведева-Шпонхойера-Карника;
3. ЕС: Европейская макросейсмическая шкала.

Все три шкалы имеют 12-балльную систему и незначительно отличаются по оценке разрушений:

• 1 балл: толчки фиксируются только сейсмографами.
• 2 балла: подергивания могут чувствовать люди в неподвижном состоянии и животные.
• 3 балла: колебания ощущаются преимущественно теми, кто находится на верхних этажах. Может проявляться в виде звяканья стекла и покачивания потолочных светильников.
• 4 балла: большинство людей явственно ощущают колебания. Присутствует дребезжание стекол и кухонного фарфора.
• 5 баллов: люди могут просыпаться, раскачиваются предметы, двери и окна открываются-закрываются. На улицах видны раскачивающиеся деревья, столбы. Штукатурка на стенах начинает трескаться.
• 6 баллов: падают и ломаются предметы, обваливаются сегменты штукатурки или кирпичной кладки. Могут лопаться стекла в оконных и дверных проемах.
• 7 баллов: разрушается отделка зданий, обваливаются некоторые сегменты построек. Вода в водоемах начинает волноваться.
• 8 баллов: многие здания получают существенные разрушения, памятники и деревья падают. На грунте могут появляться трещины.
• 9 баллов: перекрытия в зданиях обваливаются. Нарушается целостность подземных коммуникаций.
• 10 баллов: почти все строения разрушены. На грунте видны разломы шириной до метра. Вероятен риск оползня.
• 11 баллов: все здания разрушены. Наблюдаются обвалы в гористой местности, оползни. Разрушены мосты. На грунте множество трещин разного размера.
• 12 баллов: рельеф местности полностью меняется. В воздухе присутствуют части предметов, обломки веток, куски грунта.

Последствия землетрясений

Для планеты землетрясения являются естественным процессом изменения рельефа. Таким образом когда-то были образованы горы, водопады и многие водоемы. Опускаясь или поднимаясь над уровнем моря, суша сразу же меняла свои качества. Из-за землетрясений в регионе может значительно поменяться флора и фауна.

Для человеческой цивилизации сейсмические катастрофы наносят много вреда: подтопления, оползни, разрушения жилья, городов и смерти людей.

Может ли от землетрясения закачать землю?

Ученые попытались смоделировать ситуацию, при которой бы энергия землетрясения смогла бы расколоть земной шар. При подсчетах было установлено, что в недрах земли в результате трения тектонических плит потребовалось бы накопление энергии, в 50 раз больше, чем от самого сильного из известных человечеству землетрясений.

Сейсмические волны такой силы, действительно, могли бы существенно повлиять на траекторию движения земного шара, драматически изменив условия жизни на нем. В считанные секунды с поверхности земли испарилась бы влага, уничтожив все паром.

При этом в истории были землетрясения, которые смогли слегка “качнуть” голубую планету. Великое восточно-японское землетрясение с магнитудой 9,1 (11 марта 2011 года, Хонсю) отклонили планету на несколько градусов от земной оси, из-за чего сутки сократились на 1,8 микросекунды.

Отголоски землетрясения почувствовали на себе жители 11 стран: России, США, Эквадора, Гуама, Индонезии, Мексики, Перу и др.

Можно ли предупредить гибель людей?

На сегодня не существует 100% эффективных методов предсказания главных характеристик землетрясения: локализации, временного фактора и магнитуды. При этом сейсмологи крупных стран (США, Японии, России) работают над решением проблемы комплексными методами. Среди них анализ статистических данных и определенных признаков, предшествующих стихийному бедствию:

• Анализ сейсмической активности по регионам. Чем более продолжительный период берется в расчет, тем точнее получится результат статистики. Этот метод незаменим при проектировании зданий, рассчитанных на колебания с определенной магнитудой.
• Наблюдение за динамикой земной коры. Если после постоянного движения наступает период затишья, можно предполагать накопление энергии в недрах для всплеска.
• Анализ изменения магнитного поля в сейсмически опасной зоне. Для этого используются приборы, магнитометры.
• Наблюдение за имеющимися очагами землетрясений. Большая часть из них постоянно мигрирует, иногда с определенной закономерностью движения. Если сейсмологам и геологам удается установить максимально точно место будущего землетрясения, его нейтрализуют путем сбрасывания энергии (скважины, искусственные землетрясения).
• Фиксация форшоков (небольших по магнитуде толчков в районе сейсмической активности)
• Анализ выделяемых из недр газов. Часто накануне катастрофы состав газов может меняться.
• Наблюдение за поведением животных, некоторые их них могут достаточно чутко реагировать на малейшие изменения в магнитном поле или давлении.