Понятие и классификация землетрясений. Физические характеристики. Примеры. Защитные мероприятия

 магнитуда М амплитуда горизонтального смещения, измеряется по 9 бальной шкале Рихтера;

 интенсивность I - качественный показатель последствий землетрясения, оценивается по 12 бальной шкале MSK

 энергия землетрясения Е=10(5,24 + 1,44М), оценивается в джоулях (Дж.)

В зависимости от глубины очага землетрясения подразделяют на нормальные (h менее 70 км), промежуточные (h от 70 до 300 км) и глубокофокусные (h более 300 км).

Магнитуда характеризует общую энергию землетрясения и представляет собой десятичный логарифм максимальной амплитуды смещения почвы в микрометрах, измеренной по сейсмограмме на определенном расстоянии от эпицентра:

 

где М — магнитуда, безразмерная величина от 0 до 9; Zmax — максимальная амплитуда смещения почвы, мкм; R — эпицентральное расстояние, км.

Общее количество энергии (Е) в очаге землетрясения может быть рассчитано по формуле:

+b

где а и b — константы, имеющие значения для слабых землетрясений соответственно 1,8 и 11,0; для сильных землетрясений 1,5 и 11,8. Отсюда энергия, выраженная в эргах, составит

От глубины очага и магнитуды зависит третий показатель землетрясения — интенсивность колебаний поверхности земли:

где I — интенсивность колебаний почвы, баллы; а3, b3, с3 — константы, которые для России имеют значения, соответственно 3,0; 1,5; 3,5.

Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), восходящая к шкале Меркали-Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси-Фореля (1883), в Японии — 7-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Напр., в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик». В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый.

В 1935 г. профессор Калифорнийского технологического института Ч. Рихтер предложил оценивать энергию землетрясения магнитудой (от лат. magnitudo — величина). Сейсмологи используют несколько магнитудных шкал. В Японии шкала состоит из семи магнитуд. Именно на основе японской шкалы Ч. Рихтер предложил усовершенствованную 9-магнитудную шкалу.

Шкала Рихтера — сейсмическая шкала магнитуд, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Магнитуда самых сильных землетрясений по шкале Рихтера не превышает 9 (табл. 8).

Таблица 8 « Шкала Рихтера, характеризующая величину М (магнитуда) землетрясений»

Баллы	Последствия землетрясений
0	Слабое землетрясение,  которое может быть зафиксировано с помощью приборов
1	Не ощущается людьми
2	Ощущается на верхних этажах зданий и сооружений
2,5-3.0	Ощущается во всём здании; подвешенные предметы качаются. Ежегодно регистрируют приблизительно 100 000 таких землетрясений.
3,5	Раскрываются и закрываются двери, окна, позванивают стёкла
4-4,5	Ощущается вне помещений. Появляется рябь на поверхности луж и водоёмов. Вблизи эпицентра могут наблюдаться небольшие  повреждения.
5	Соответствует энергии одной атомной бомбы. Ощущается всеми: потеря равновесия идущими людьми, разбиваются стёкла, растрескивается штукатурка, звонят колокола
6	В ограниченной области может вызвать значительный ущерб. Ежегодно таких землетрясений происходит примерно 100. человеку трудно устоять на ногах, начинают разрушаться сейсмически нестойкие здания.
6,5	Появление трещин на земле, падают карнизы и памятники с постаментов.
7	Сильные землетрясения: всеобщая паника, серьёзные разрушения строений, разрыв трубопроводов под землёй, значительные трещины на земле
7,5	Разрушения большей части строений, оползни
8	Железнодорожные, трамвайные колеи сильно отклоняются, подземные трубопроводы полностью выходят из строя
8,6	Энергия в 1000000 раз превышает энергию  одной атомной бомбы
9	Почти полное разрушение зданий, движение больших масс, скальных пород. Различные предметы летают в воздухе

 

 В зависимости  от интенсивности колебаний землетрясения характеризуются следующим образом, баллы:

очень слабое 1 —2

слабое 3

умеренное 4

довольно сильное 5

сильное 6

очень сильное 7

разрушительное 8

опустошительное 9

уничтожающее 10

катастрофическое 11

сильно катастрофическое 12

Землетрясения интенсивностью более 5 баллов считаются опасными, а интенсивностью свыше 7 баллов — разрушительными. При землетрясениях интенсивностью 8 баллов и выше могут возникать взрывы и пожары вследствие повреждения, например отопительных систем, плавильных печей, электропроводки и т.д. Практически парализуются на длительное время все элементы системы жизнеобеспечения (электро-, тепло-, водо-, газоснабжение, транспорт, связь и т.д.), нарушается или прекращается работа объектов экономики.

Наиболее сложные ЧС природного характера возникают при землетрясениях. Количество пострадавших, масштабы разрушений зависят от их интенсивности. Разрушения зданий могут быть полными, сильными, средними и слабыми. Из-за массовых разрушений и завалов в населенных пунктах, на промышленных предприятиях, в больницах и госпиталях, в школах и вузах, в магазинах, театрах, кинотеатрах и других учреждениях гибнут множество людей. Нужно извлекать пострадавших из-под завалов, оказывать экстренную медицинскую помощь и госпитализировать их.

Таким образом, при землетрясениях складывается обстановка, в наиболее полном объеме соответствующая определению ЧС: массовые поражения и гибель людей и сельскохозяйственных животных, нарушение нормальных условий жизни и деятельности людей, огромный материальный ущерб, большие зоны распространения, привлечение большого количества сил и средств для проведения спасательных работ.

 

 

 
5. Прогнозирование и профилактические мероприятия землетрясений.

(24,  стр. 92-100)

Заинтересованность правительственных учреждений в прогнозе землетрясений исключительно велика – тысячи человеческих жизней могут быть спасены, если предсказания окажутся точными. Целые города могут эвакуированы зря, если оно окажется ложным. Из-за многих неопределенностей, связанных с землетрясениями удачное их предсказание бывает весьма редким.

Тем не менее, возможность точного предсказания настолько заманчива, что сегодня сотни ученых, в основном в США, Японии, Китае и России, заняты исследованиями по прогнозу землетрясений.

                 В качестве возможной основы  прогноза принят целый ряд  признаков. Наиболее важны и надежны из них следующие:

  1) статистические методы,

  2) выделение сейсмически  активных зон, которые долго не  испытывали      землетрясения,

  3) изучение быстрых  смещений земной коры,

  4) исследование изменений  соотношений скорости продольных и поперечных волн,

  5) изменения магнитного  поля и электропроводности горных  пород,

  6) изменения в составе  газов, поступающих из глубин,

  7) регистрация предваряющих  толчков «форшоков»,

  8) исследование распределения  очагов во времени и пространстве.

                Статистические методы просты. Они  основаны на анализе   сейсмологической  истории района: данных о числе, размерах и частоте   повторения  землетрясений. Предполагая, что сейсмичность  района не меняется с течением  времени, можно по этим данным оценить вероятность   будущих землетрясений. Чем длиннее период времени, за который имеем   сведения о землетрясениях, тем точнее будет прогноз.  

Статистическое изучение сейсмического режима позволило  ввести понятия сейсмического цикла и так называемых зон затишья – зон в  сейсмически активных районах, где в течение длительного времени  наблюдается слабая сейсмическая активность. Средняя длительность  сейсмического цикла равна примерно 140 годам – время между сильнейшими  сейсмическими событиями в одном месте. Зоны  затишья – места накопления  максимальной упругой энергии, где возможно ожидать сильное землетрясение.

  Это явилось основой  долгосрочного сейсмического прогноза.   Если известна частота, с которой землетрясения происходили  в прошлом, можно сделать обобщенный статистический вывод о вероятности   землетрясения в будущем.                Статистические прогнозы не помогают предсказать конкретное   место и конкретное время землетрясения. Таким образом, они не очень  полезны с точки зрения предварительных мероприятий по безопасности. С другой стороны они имеют огромное значение для инженеров, которые должны   проектировать сооружения со сроком существования 50-100 лет.

                  Принцип другого метода – выделение  сейсмически активных  зон без землетрясений – логичен. В его основе определение в сейсмически  активных зонах участков, где долго не было толчков и где, следовательно,  долго не происходило разрядки энергии. Именно там можно ожидать  катастрофическое землетрясение. Этот метод правилен и проверен, однако  для точного прогноза не представляет. Он не позволяет назвать ни день, ни  неделю, ни месяц,  когда произойдет событие. Но это не означает, что  такого рода исследования не имеют значения: это обеспечит в угрожаемых местах своевременную подготовку и должно учитываться во всех нормативах  при возведении зданий и промышленных объектов.

  О готовящемся землетрясении  может свидетельствовать и  увеличение  скорости движения земной коры. Этот метод исследований  используется в России, Японии, Соединенных Штатах Америки. Перед  некоторыми землетрясениями земная поверхность быстро поднималась (быстро  в геологическом смысле, со скоростью несколько миллиметров в год), затем  движения прекращались, и происходило разрушительное землетрясение.

    Много внимания уделяют методу исследования соотношения   скорости продольных и поперечных волн. Скорость сейсмических волн зависит  от напряженного состояния горных пород, через которые волны  распространяются, а также от содержания воды и других физических  характеристик пород. В той степени, в какой изменения этих физических   характеристик являются предвестниками землетрясений, можно рассматривать  в качестве предвестников и скорости сейсмических волн. Скорости волн  измеряются с помощью небольших взрывов в скважинах; при этом возбуждаются  сейсмические волны, которые записываются близлежащими станциями. Продольные волны распространяются со скоростью приблизительно в 1,75 раза  больше, чем поперечные. Перед землетрясением скорость продольных волн  уменьшается, и это соотношение выражается цифрой 1,5. Подобное явление отмечается за несколько месяцев до сейсмического события. Непосредственно   перед  землетрясением указанное соотношение возвращается к «правильной   цифре». Этот метод проверен экспериментально.

  Перед отдельными  землетрясениями повышается  напряженность  магнитного поля и электропроводимость  пород.  Земное  магнитное поле  может испытывать локальные изменения  из-за деформации  горных пород  и движений земной коры. С целью  изменения малых вариаций  магнитного поля были разработаны  специальные магнитометры. Такие  изменения наблюдались перед землетрясениями в большинстве районов, где  были установлены магнитометры. Измерения  электропроводимости пород  проводятся с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии  нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое  сопротивление толщи земли между ними. Электропроводность обеспечивается  главным образом присутствием воды. Следовательно, сопротивление меняется,  когда изменяется содержание воды.

        Многообещающим является метод изучения состава газа в  подземных водах. Этот метод был разработан главным образом учеными,  ведущими исследования на Камчатке и Средней Азии. Газы, перед  землетрясением, оказываются сильно обогащены радоном. Но недавно группа  калифорнийских ученых установила, что это газ выделяется в больших  количествах и когда нет никакой сейсмической активности. Последние годы  этот метод был распространен и на хлор, содержание которого возрастает в 6 раз (максимальная концентрация радона перед землетрясениями превышает   нормальную в 2,7 раза). Высказано предположение, что содержание хлора  резко возрастает за 3-5 дней до землетрясения. В настоящее время объектом   исследования стало и изменения содержания гелия, ртути, серебра  и других   элементов.