ЗЕМЛЕТРЯСЕ́НИЕ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    Электронная версия

    2015 год

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Л. П. Винник

ЗЕМЛЕТРЯСЕ́НИЕ, не­об­ра­ти­мая де­фор­ма­ция зем­ных недр, свя­зан­ная с вы­сво­бо­ж­де­ни­ем уп­ру­гих на­пря­же­ний в ре­зуль­та­те раз­ры­ва сре­ды. Ино­гда об­ласть раз­ры­ва на­зы­ва­ют оча­гом зем­ле­тря­се­ния. Изу­че­ни­ем З. за­ни­ма­ет­ся сейс­мо­ло­гия.

Причины и виды землетрясений

Верх­няя жё­ст­кая обо­лоч­ка Зем­ли пред­став­ля­ет со­бой со­во­куп­ность ли­то­сфер­ных плит, на­хо­дя­щих­ся в от­но­си­тель­ном дви­же­нии со ско­ро­стя­ми по­ряд­ка не­сколь­ких сан­ти­мет­ров в год (см. Тек­то­ни­ка плит). Наи­боль­шее чис­ло З. про­ис­хо­дит в по­гра­нич­ных зо­нах ме­ж­ду пли­та­ми; та­кие З. на­зы­ва­ют меж­плито­вы­ми. Кар­та З. (см.) чёт­ко от­ра­жа­ет рас­по­ло­же­ние ли­то­сфер­ных плит на по­верх­но­сти Зем­ли. Не­пре­рыв­ное от­но­си­тель­ное дви­же­ние плит при­во­дит к на­ко­п­ле­нию энер­гии уп­ру­гих де­фор­ма­ций в кон­такт­ной зо­не за счёт тре­ния, пре­пят­ст­вую­ще­го сколь­же­нию (кри­пу). Ко­гда на­ко­п­лен­ное на­пря­же­ние пре­вос­хо­дит проч­ность пре­пят­ст­вия, отд. уча­ст­ки кон­такт­ной зо­ны взла­мы­ва­ют­ся, что вы­зы­ва­ет З. Наи­бо­лее круп­ные З. про­ис­хо­дят в тех рай­онах, где океа­нич. часть од­ной пли­ты по­до­дви­га­ет­ся под кон­ти­нен­таль­ную часть дру­гой в про­цес­се суб­дук­ции, напр. на ок­раи­нах Ти­хо­го океана (ок. 80% боль­ших З. ми­ра), в т. ч. на Ку­риль­ских островах и полуострове Кам­чат­ка. Круп­ней­шие З. обыч­но на­блю­да­ют­ся на тех уча­ст­ках кон­такт­ных зон, где их не бы­ло в те­че­ние по­след­них 150–200 лет.

Де­фор­ма­ции про­ис­хо­дят и внут­ри плит; со­от­вет­ст­вую­щие З. на­зы­ва­ют вну­т­ри­пли­то­вы­ми. К это­му ти­пу З. от­но­сят­ся, в ча­ст­но­сти, Го­би-Ал­тай­ское З. 1957, З. в рай­оне посёлка Газ­ли (пус­ты­ня Кы­зыл­кум, 1976 и 1984); на тер­ри­то­рии Рос­сии боль­шие З. та­ко­го ти­па из­вест­ны в осн. на Ал­тае и в Си­би­ри. Не­ко­то­рые внут­ри­пли­то­вые З. про­ис­хо­дят в зо­нах ко­ры, не под­вер­жен­ных боль­шим совр. де­фор­ма­ци­ям, напр. в рай­оне Бал­тий­ско­го щи­та.

Раз­рыв по­род, вы­зы­ваю­щий З., про­ис­хо­дит, как пра­ви­ло, на глу­би­не не бо­лее не­сколь­ких де­сят­ков км. Од­на­ко ино­гда эта глу­би­на мо­жет дос­ти­гать 700 км, что на­блю­да­ет­ся в зо­нах суб­дук­ции. В боль­шин­ст­ве рай­онов ми­ра темп-ра и дав­ле­ние на глу­би­нах, пре­вы­шаю­щих неск. де­сят­ков км, та­ко­вы, что ве­ще­ст­во долж­но ста­но­вить­ся пла­стич­ным. Это ис­клю­ча­ет хруп­кое раз­ру­ше­ние гор­ных по­род, со­от­вет­ст­вен­но их раз­рыв ма­ло­ве­роя­тен. Но в зо­нах суб­дук­ции на глу­би­не 100–150 км про­ис­ходит вы­де­ле­ние во­ды (де­гид­ра­та­ция), де­лаю­щее гор­ные по­ро­ды бо­лее хруп­ки­ми, что по­вы­ша­ет ве­ро­ят­ность З. При­чи­ной З. на бóльших глу­би­нах (в неск. со­тен км) счи­та­ют фа­зо­вые пе­ре­хо­ды ми­не­ра­лов в бо­лее плот­ные мо­ди­фи­ка­ции.

З. в зем­ной ко­ре обыч­но со­про­во­ж­да­ют­ся пред­ва­ряю­щи­ми и по­сле­дую­щи­ми толч­ка­ми, на­зы­вае­мы­ми со­от­вет­ст­вен­но фор­шо­ка­ми и аф­тер­шо­ка­ми. З. мо­жет из­ме­нить на­пря­же­ние в ок­ру­жаю­щей об­лас­ти и тем са­мым спро­во­ци­ро­вать по­сле­дую­щие З. Из­вест­ны рои З., ко­гда в не­боль­шом рай­оне на про­тя­же­нии не­сколь­ких ме­ся­цев ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ст­во сла­бых толч­ков. На­блю­да­ют­ся так­же се­рии боль­ших З., в ко­то­рых точ­ки раз­ры­вов мед­лен­но миг­ри­ру­ют вдоль ак­тив­ной зо­ны (напр., в 20 в. на Ана­то­лий­ском раз­ло­ме в Тур­ции).

Ино­гда ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся т. н. ти­хие З., при ко­то­рых под­виж­ка на раз­ры­ве про­ис­хо­дит бы­ст­рее, чем при обыч­ном кри­пе, но слиш­ком мед­лен­но, что­бы вы­звать ося­зае­мое со­тря­се­ние зем­ной по­верх­но­сти. З. это­го ти­па ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся толь­ко сейс­мо­гра­фа­ми, имею­щи­ми вы­со­кую чув­ст­ви­тель­ность к длин­но­пе­ри­од­ным ко­ле­ба­ни­ям. Ти­хие З. мо­гут при­во­дить к раз­ряд­ке тек­то­нич. на­пря­же­ний без ка­та­ст­ро­фич. по­след­ст­вий.

Не­боль­шие З. мо­гут вы­зы­вать­ся так­же дви­же­ния­ми маг­мы в вул­ка­нич. рай­онах. Эти З. по­зво­ля­ют пред­ска­зы­вать вул­ка­нич. из­вер­же­ния.

При­чи­ной З. мо­жет быть и дея­тель­ность че­ло­ве­ка. Та­кие З., на­зы­вае­мые на­ве­дён­ны­ми или тех­но­ген­ны­ми, на­блю­да­ют­ся, напр., при за­кач­ке во­ды в сква­жи­ны для уве­ли­че­ния до­бы­чи неф­ти или при экс­плуа­та­ции гид­ро­тер­маль­ных ме­сто­ро­ж­де­ний. Эти ра­бо­ты по­вы­ша­ют по­ро­вое дав­ле­ние во­ды и в ре­зуль­та­те умень­ша­ют проч­ность гор­ных по­род. За­пол­не­ние круп­ных во­до­хра­ни­лищ так­же, как пра­ви­ло, со­про­во­ж­да­ет­ся З. (в ред­ких слу­ча­ях боль­ши­ми). Связь боль­ших ес­те­ст­вен­ных З. и пром. взры­вов не до­ка­за­на.

Оцен­ка сейс­мич. опас­но­сти рай­она ба­зи­ру­ет­ся на дан­ных о ра­нее про­ис­хо­див­ших в этом рай­оне З. Ка­та­ло­ги З., опи­раю­щие­ся на ин­ст­ру­мен­таль­ные дан­ные, ве­дут­ся с 20 в. Све­де­ния о З. древ­но­сти со­дер­жат­ся в ис­то­рич. ис­точ­ни­ках. Сле­ды па­лео­зем­ле­тря­се­ний об­на­ру­жи­ва­ют ме­то­да­ми гео­ло­гии. Древ­ней­шие из них про­ис­хо­ди­ли ок. 100 тыс. лет на­зад.

Измерение характеристик землетрясений

Точ­ка, в ко­то­рой на­ча­лось З., на­зы­ва­ет­ся ги­по­цен­тром З., а точ­ка на по­верх­но­сти зем­ли над ги­по­цен­тром – эпи­цен­тром зем­ле­тря­се­ния. По­ло­же­ние ги­по­цен­тра оп­ре­де­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те ана­ли­за вре­ме­ни ре­ги­ст­ра­ции сейс­ми­че­ских волн, до­шед­ших до разл. сейс­ми­че­ских стан­ций. При боль­ших З. сейс­мич. вол­ны мо­гут ре­ги­ст­ри­ро­вать­ся на всех стан­ци­ях Зем­ли. Раз­рыв, на­чав­ший­ся в ги­по­цен­тре, мо­жет рас­про­стра­нять­ся на сот­ни ки­ло­мет­ров. Глу­би­на ги­по­цен­тра по­зво­ля­ет от­ли­чать взры­вы от зем­ле­тря­се­ний.

Лишь не­боль­шая часть (по­ряд­ка 1%) энер­гии, вы­сво­бо­ж­дае­мой при З., рас­хо­ду­ет­ся на воз­бу­ж­де­ние уп­ру­гих волн. Од­на­ко б. ч. на­ших зна­ний о при­ро­де З. по­лу­че­на имен­но в ре­зуль­та­те ана­ли­за этих волн. Ин­тер­пре­та­ция за­пи­си сей­с­мич. волн по­зво­ля­ет, в ча­ст­но­сти, оп­ре­де­лить ме­ха­низм З. (т. е. ори­ен­та­цию плос­ко­сти раз­ры­ва и нап­рав­ле­ние сме­ще­ния по­род вдоль этой плос­ко­сти), что чрез­вы­чай­но важ­но для ис­сле­до­ва­ний совр. де­фор­ма­ций ли­то­сфе­ры.

Фи­зич. ве­ли­чи­ной, ха­рак­те­ри­зую­щей З., яв­ля­ет­ся ска­ляр­ный сейс­мич. мо­мент $M_0$, оп­ре­де­ляе­мый со­от­но­ше­ни­ем $M_0 = μAu$, где $μ$ – мо­дуль сдви­га гор­ных по­род, $A$ – пло­щадь раз­ры­ва, $u$ – ср. сме­ще­ние вдоль раз­ры­ва. Оцен­ки ве­ли­чи­ны $M_0$ слу­жат ос­но­вой для вы­чис­ле­ния ве­ли­чи­ны $M_w$ – маг­ни­ту­ды зем­ле­тря­се­ния. Уве­ли­че­ние $M_w$ на две еди­ни­цы со­от­вет­ст­ву­ет уве­ли­че­нию энер­гии уп­ру­гих волн в 1000 раз. Сред­ст­ва мас­со­вой ин­фор­ма­ции обыч­но ха­рак­те­ри­зу­ют маг­ни­ту­ду З. в бал­лах по Рих­те­ра шка­ле – в этом слу­чае речь идёт о др. маг­ни­ту­де, обо­зна­чае­мой $M$, ко­то­рая про­пор­цио­наль­на де­ся­тич­но­му ло­га­риф­му ам­пли­ту­ды волн с по­прав­кой на рас­стоя­ние от ги­по­цен­тра З. Воз­рас­та­ние $M$ на еди­ни­цу оз­на­ча­ет уве­ли­че­ние ам­пли­ту­ды ко­ле­ба­ний в 10 раз. Са­мые сла­бые З., ре­ги­ст­ри­руе­мые наи­бо­лее чув­ст­ви­тель­ны­ми сейс­мо­гра­фа­ми, име­ют $M$ ок. –3, а силь­ней­шие из ко­гда-ли­бо про­ис­хо­див­ших – ок. 9. Энер­гия волн $E$ (в эр­гах), вы­де­лив­шая­ся при З., вы­ра­жа­ет­ся че­рез $M$ как $\text{lg}\,E = 9,9 + 1,9M – 0,024M^2$. В год на Зем­ле про­ис­хо­дит св. 1 млн. З. разл. маг­ни­ту­ды, но по­дав­ляю­щее боль­шин­ст­во из них – сла­бые. В ча­ст­но­сти, ср. го­до­вое чис­ло З. с $M$ = 4 со­став­ля­ет ок. 6000, с $M$ в диа­па­зо­не от 6,0 до 6,9 – ок. 120 и толь­ко од­но З. име­ет $M ⩾$ 8. Энер­гия волн З. с $M$ = 4 при­мер­но со­от­вет­ст­ву­ет взры­ву 1 ки­ло­тон­ны тро­ти­ла. Сейс­мич. энер­гия, вы­де­ляю­ща­я­ся при З. с $M$ = 8 при­мер­но со­от­вет­ст­ву­ет энер­гии трёх мил­лио­нов З. с $M$ = 4. По­это­му боль­шое чис­ло сла­бых З. не при­во­дит к раз­ряд­ке на­пря­же­ний, спо­соб­ных вы­звать боль­шое З. Ве­ли­чай­шие З. 2-й пол. 20 – нач. 21 вв. име­ли сле­дую­щие маг­ни­ту­ды: Чи­ли 1960 – $M_w $= 9,5; Аля­ска 1964 – $M_w$ = 9,2; о. Су­мат­ра – Ан­да­ман­ские острова 2004 – $M_w$ = 9,3.

Сте­пень ущер­ба от З. в оп­ре­де­лён­ном мес­те на­зы­ва­ет­ся ин­тен­сив­но­стью зем­ле­тря­се­ния и из­ме­ря­ет­ся в бал­лах. Ин­тен­сив­ность за­ви­сит от маг­ни­ту­ды З., его ме­ха­низ­ма, рас­стоя­ния до ги­по­цен­тра и грун­то­вых ус­ло­вий. Од­на из ши­ро­ко при­ме­няе­мых макросейсмических шкал ин­тен­сив­но­сти З. – шка­ла Мер­кал­ли. В со­от­вет­ст­вии с этой шка­лой З. на­чи­на­ет ощу­щать­ся боль­шин­ст­вом лю­дей при ин­тен­сив­но­сти 4–5 бал­лов, зна­чи­тель­ные по­вре­ж­де­ния зда­ний на­чи­на­ют­ся при 7–8 бал­лах, при 11–12 бал­лах про­ис­хо­дит все­об­щее раз­ру­ше­ние.

Последствия землетрясений и возможности их смягчения

Разрыв горных пород при Спитакском землетрясении (Армения, 7.12.1988). Фото Л. Дорбата

При З. на­блю­да­ют­ся тре­щи­ны (рис.), ополз­ни, ла­ви­ны, се­ли, раз­жи­же­ние и про­се­да­ние грун­та, цу­на­ми. Про­ис­хо­дит раз­ру­ше­ние зда­ний, мос­тов, пло­тин, воз­ни­ка­ют по­жа­ры. Не­ко­то­рые З. со­про­во­ж­да­ют­ся мас­со­вы­ми че­ло­ве­че­ски­ми жерт­ва­ми. Так, при Лис­са­бон­ском З. 1755 по­гиб­ло ок. 100 тыс. чел., при З. 1556 в Шэнь­си (Ки­тай) – ок. 830 тыс. чел. Сре­ди З. 20 – нач. 21 вв. (табл.) наи­боль­ши­ми жерт­ва­ми со­про­во­ж­да­лись З. на рав­ни­не Кан­то 1923 (Япо­ния, бо­лее 140 тыс. по­гиб­ших в То­кио и ок­ре­ст­но­стях), неск. З. в Ки­тае, в т. ч. Тан­шань­ское 1976 (св. 240 тыс. по­гиб­ших по офиц. ста­ти­сти­ке, по не­кото­рым оцен­кам – на­мно­го боль­ше), Су­мат­ра-Ан­да­ман­ское 2004 (Ин­до­не­зия, бо­лее 229 тыс. жертв). При срав­ни­мой ин­тен­сив­но­сти З. в раз­ви­ваю­щих­ся стра­нах обыч­но со­про­во­ж­да­ют­ся бóль­шим чис­лом жертв, чем в раз­ви­тых стра­нах. Это объ­яс­ня­ет­ся в осн. низ­ким ка­че­ст­вом строи­тель­ст­ва в раз­ви­ваю­щих­ся стра­нах. Сейс­мо­стой­кое строи­тель­ст­во, опи­раю­щее­ся на ре­зуль­та­ты сейс­ми­че­ско­го рай­они­ро­ва­ния, яв­ля­ет­ся хо­тя и до­ро­гим, но са­мым эф­фек­тив­ным спо­со­бом за­щи­ты лю­дей от З. Боль­шой эф­фект да­ют про­фи­лак­тич. ме­ро­прия­тия и под­го­тов­ка на­се­ле­ния к пра­виль­но­му по­ве­де­нию при зем­ле­тря­се­ни­ях.

Некоторые крупнейшие землетрясения 20 – начала 21 вв.
ДатаМестоположениеМРазрушительные последствия и жертвы
18.4.1906  Город Сан-Франциско (штат Калифорния)83 тыс. жертв; самое разрушительное в США
17.8.1906  Город Вальпараисо (Чили)8,220 тыс. жертв
28.12.1908  Город Мессина (Сицилия)7,570 тыс. жертв
3.1.1911  Кеминское (Кебинское; Тянь-Шань)8,2Разрушен город Верный (ныне Алма-Ата)
18.2.1911  Озеро Сарезское (Памир)7,4Образовались Усойский завал и Сарезское озеро
16.12.1920  Провинция Ганьсу (Китай)8,6200 тыс. жертв
1.9.1923  Равнина Канто (Япония)8,2Свыше 140 тыс. жертв в Токио и его окрестностях
22.5.1927  Провинция Цинхай(Китай)7,9200 тыс. жертв
27.12.1939  Город Эрзинджан (Турция)7,833 тыс. жертв
6.10.1948  Город Ашхабад (Туркмения)7,3Свыше 100 тыс. жертв; разрушен город Ашхабад
4.11.1952Полуостров Камчатка8,5Протяжённость разрыва ок. 500 км; цунами
22.5.1960  Чили9,5 (Mw)Величайшее в современной истории; 5,7 тыс. жертв;
 высота цунами достигала 10,7 м на расстоянии 10 тыс. км от эпицентра
27.3.1964  Полуостров Аляска9,2 (Mw)Третье по величине в современной истории; цунами
31.5.1970Перу7,966 тыс. жертв
4.2.1975  Город Хайчэн (Китай)710 тыс. жертв; необычные предваряющие явления побудили эвакуировать
 ок. 1 млн. жителей за день до землетрясения
27.7.1976  Город Таншань (Китай)7,6Свыше 240 тыс. жертв; самое разрушительное землетрясение 20 в.
19.9.1985  Штат Мичоакан (Мексика)8Великое Мексиканское; несколько десятков тысяч жертв
7.12.1988  Город Спитак (Армения)6,825 тыс. жертв
28.5.1995  Город Нефтегорск (Сахалин)7,52 тыс. жертв
26.1.2001  Штат Гуджарат (Индия)7,9Свыше 20 тыс. жертв
26.12.2003  Город Бам (Иран)6,6Свыше 30 тыс. жертв
26.12.2004  Остров Суматра9,3 (Mw)Второе по величине в современной истории; свыше 229 тыс. жертв; цунами;
 суммарная длина разрыва  более 1000 км, разрыв распространялся с юга на север со скоростью 23 км/с
8.10.2005  Пакистан7,6Великое Пакистанское; свыше 80 тыс. жертв
12.5.2008   Провинция Сычуань (Китай)7,9 (Mw)Свыше 87 тыс. жертв
12.1.2010Гаити7 (Mw)316 тыс. жертв
11.3.2011у побережья острова Хонсю (Япония)9 (Mw)Около 21 тыс. жертв; цунами
25.4.2015Непал7,8 (Mw)Около 8,8 тыс. жертв

Прогнозирование землетрясений

Пред­ска­за­ния землетрясений на срок по­ряд­ка нес­коль­ких лет (с точ­но­стью то­го же по­ряд­ка) ос­но­вы­ва­ют­ся гл. обр. на про­стран­ст­вен­но-вре­мен­ны́х из­ме­не­ни­ях чис­лен­но­сти не­боль­ших З. Воз­мож­ные ко­ор­ди­на­ты эпи­цент­ров прог­но­зи­руе­мых З. оце­ни­ва­ют­ся в луч­шем слу­чае с точ­но­стью по­ряд­ка со­тен км. По­доб­ные пред­ска­за­ния мо­гут сти­му­ли­ро­вать про­фи­лак­тич. ме­ро­прия­тия: ук­реп­ле­ние вет­хих строе­ний, тре­ни­ров­ку спа­са­тель­ных ко­манд и т. п. Од­на­ко прак­ти­чес­ки по­лез­ный прог­ноз, поз­во­ляю­щий эва­куи­ро­вать на­се­ле­ние или пре­ду­пре­дить его о над­ви­гаю­щей­ся опас­но­сти, дол­жен быть крат­ко­сроч­ным и с боль­шой ве­ро­ят­но­стью ука­зы­вать точ­ную маг­ни­ту­ду, вре­мя и ме­сто зем­ле­тря­се­ния.

Крат­ко­сроч­ное прог­но­зи­ро­ва­ние З. ос­но­вы­ва­ет­ся на на­блю­де­ни­ях т. н. пред­вест­ни­ков З., к ко­то­рым от­но­сят­ся из­ме­не­ния уров­ня во­ды в глу­бо­ких сква­жи­нах, ано­маль­ные на­кло­ны зем­ной по­верх­но­сти, из­ме­не­ния со­дер­жа­ния ра­до­на в под­зем­ных во­дах, ано­маль­ные элек­тро­маг­нит­ные яв­ле­ния и т. п. (око­ло сот­ни яв­ле­ний). Не­смо­тря на оби­лие пред­вест­ни­ков, за пос­лед­ние де­ся­ти­ле­тия из­ве­стен лишь один слу­чай ус­пеш­но­го крат­ко­сроч­но­го прог­но­за боль­шо­го З. (город Хай­чэн, Ки­тай, 1975). В этом слу­чае на­блю­да­лись нео­быч­но силь­ные и ча­стые фор­шо­ки, поз­во­лив­шие эва­куи­ро­вать ок. 1 млн. жит. за день до З. Аф­тер­шо­ки прог­но­зи­ру­ют­ся нес­коль­ко луч­ше. Низ­кая эф­фек­тив­ность крат­ко­сроч­ных прог­но­зов объ­яс­ня­ет­ся сла­бым по­ни­ма­ни­ем фи­зи­ки про­цес­сов в оча­гах боль­ших З. Ряд ис­сле­до­ва­те­лей счи­та­ет крат­ко­сроч­ное прог­но­зи­ро­ва­ние З. в прин­ци­пе не­воз­мож­ным. Ана­лиз сейс­мич., гео­ло­гич. и гео­фи­зич. дан­ных по­зво­ля­ет лишь на­ме­тить те об­лас­ти, где З. наи­бо­лее ве­ро­ят­ны, и оце­нить их макс. ин­тен­сив­ность.

Лит.: Аки К., Ри­чардс П. Ко­ли­че­ст­вен­ная сейс­мо­ло­гия: Тео­рия и ме­то­ды. М., 1983. Т. 1–2; Гир Дж., Шах Х. Зыб­кая твердь: Что та­кое зем­ле­тря­се­ние и как к не­му под­го­то­вить­ся. М., 1988.

  • ЗЕМЛЕТРЯСЕ́НИЕ необратимая деформация земных недр, связанная с высвобождением упругих напряжений в результате разрыва среды (2008)
Вернуться к началу