Землятрясение. Характеристика. Примеры

Причины землетрясений

Хотя многочисленные исследования в данной области ведутся с давних времен, нельзя сказать, что причины возникновения землетрясений полностью изучены. По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные. Их причины были оговорены выше. Однако помимо этих, можно сказать, классических, концепцию, существует еще несколько теорий возникновения землетрясений, одну из которых мне бы отелось рассмотреть подробнее.

Детонация сжатой нефти: одна из возможных  причин сильных землетрясений.

В качестве рабочей гипотезы для объяснения причин землетрясений, официальная наука использует концепцию  “сброса энергии механических деформаций в земной коре”, согласно которой землетрясения невулканического характера обусловлены детонацией, благоприятные условия для которой могут возникать в подземных нефтяных озёрах. История нефтеразработок знает случаи, когда искусственный подземный взрыв – например, для закупорки скважины – вызывал сильное землетрясение. Подземная нефть серьёзно не рассматривалась на предмет взрывоопасности лишь из-за предпосылки о том, что для взрыва углеводородов непременно требуется окислитель – например, кислород воздуха – которого нет под землёй. Действительно, для взрыва окислитель требуется; но детонация, согласно ранее изложенной модели – это качественно иное явление: она не имеет ничего общего с окислением, являясь цепной реакцией распада резонирующих (по Полингу) молекул. Напомним, что здесь под резонансом понимается циклическое переключение конфигураций химических связей в молекуле, благодаря которому и обеспечивается стабильность такой молекулы. Остановка резонанса приводит к распаду молекулы, при этом выделяется “энергия резонанса”. Как можно видеть, резонанс возможен в тех молекулах, которые имеют не только одинарные связи, но и двойные и/или тройные. Молекулы насыщенных углеводородов, ради которых добывают нефть, содержат лишь одинарные связи; следовательно, они не резонируют и к детонации не способны.

Однако двойные связи имеются в молекулах ненасыщенных углеводородов, содержание которых в нефти может достигать 40% . Поэтому при определённых сочетаниях физических параметров, неочищенная нефть представляет собой смесь, которая способна детонировать. Следует оговорить, что вряд ли условия для детонации могут создаваться сразу во всём объёме подземного нефтяного озера. Известно, что, в отсутствие активных процессов перемешивания, в нефтегазовой каверне лёгкие фракции преобладают наверху, а тяжёлые – внизу. Ненасыщенные углеводороды принадлежат к самым тяжёлым фракциям, поэтому их концентрация максимальна в придонной области каверны.

Таким образом, условия для детонации должны создаваться, в первую очередь, именно в этой области. Главный естественный сценарий, по которому эти условия создаются, начинается с относительно быстрого повышения температуры в каверне, под воздействием которой, в ходе сложного химического преобразования молекул нефти давление и концентрация ненасыщенных углеводородов, способных к соединению во взрывоопасные гипермолекулы со множеством двойных связей, достигает своего максимума и происходит взрыв.

Данная теория, хотя и  не является безукоризненной, имеет  ряд преимуществ, в частности, в отличии от традиционных версий, она в состоянии объяснить возникновение в земной коре тех мощных сферических волн повышения давления, которые возникают при сильных землетрясениях. Помимо этого, детонационная версия даёт простое объяснение общего повышения сейсмичности в годы активного Солнца, а также ярко выраженного возрастания сейсмичности спустя несколько суток после отдельных гигантских вспышек на Солнце.

Ранние объяснения причин землетрясений

В поисках причин землетрясений  Аристотель обратился к недрам Земли. Он полагал, что атмосферные вихри  внедряются в землю, в которой  много пустот и сквозных щелей. Вихри, по его мнению, усиливаются огнем и ищут себе выход, вызывая таким образом землетрясения, а иногда и извержения вулканов. Эти представления просуществовали много веков, даже не смотря на то, что он не привел никаких аргументов в пользу своих гипотез, а просто дал волю фантазии. Аристотель также говорил, что когда воздух затягивается в землю перед землетрясением, оставшийся над землей воздух становится спокойнее и разреженней, затрудняя дыхание. Четырьмя веками позже Плиний писал: «Сотрясенья земли случаются, лишь когда море спокойно и небо столь недвижно, что птицы не могут парить, потому что нет поддерживающего их дыхания». Поскольку такие условия бывают при жаркой влажной погоде, такую погоду стали называть «сейсмоопасной погодой», полагая, что она сигнализирует о приближении землетрясений.

В мифологии разных народов наблюдается интересное сходство в представлениях о причинах землетрясений. Это будто бы движение некоего реального или мифического животного, гигантского скрытого где-то в глубинах Земли. У древних индусов это слон, у даяков Суматры – огромный вол. Древние японцы вину за землетрясения возлагали на сома, который сотрясал землю. Если бы он не был под надзором доброго бога, даймедзина

 то земля сотрясалась  бы постоянно. Однако добрый  дух время от времени  утрачивал  бдительность, и совесть злого  сома отягощалась следующим землетрясением.

Землетрясения часто  рассматривали как наказание, ниспосланное рассерженными богами. В греческой  мифологии землетрясения вызывает разъяренный Посейдон, владыка морей. Нептун, его аналог в римских мифах, мог не только вселять страх в людей, вызывая землетрясение, но и насылать на землю потопы, а на берега – огромные волны. В Европе ХVIII в. духовенство пыталось привить людям моралистический взгляд на землетрясения. Вот что можно прочесть в одной лондонской газете за 1752 год:”Землетрясения обычно случаются в больших городах. Карающий бич направлен туда, где есть жители, т.е. цель для предостережения, а не на голые утесы и необитаемые берега”. Знаменитое Лиссабонское землетрясение 1755г. произошло в День Всех Святых, в момент,  когда люди были в церкви. Огромное число жертв было вызвано серией из некоторых толчков и гигантским цунами, обрушившимся на набережную. Положение усугубили пожары, разбушевавшиеся по всему городу. Те, кто верил в божью кару за грехи, видели в этом возмездие.

Современные объяснения причин землетрясений

Современная наука о землетрясениях, сейсмология, разрабатывает  теорию землетрясений как геофизического процесса. Хотя в исследованиях такого рода ныне широко используется физическое и математическое моделирование, познание различных природных феноменов, связанных с землетрясениями, в значительной мере основывается на наблюдениях на земной поверхности.

Научная геология (ее становление  относится к ХVIII в.) сделала правильные выводы о том, что сотрясаются главным образом молодые участки земной коры. Во второй половине ХIХ в. уже была выбрана общая теория, согласно которой земная кора была подразделена на древние стабильные щиты и молодые, подвижные горные сооружения. Выяснилось, что молодые горные системы – Альпы, Пиренеи, Карпаты, Гималаи, Анды – подвержены сильным землетрясением, в то время как древние щиты ( к ним относится Чешский массив) являются областями где сильные землетрясения отсутствуют. Помимо этого, причины землетрясений сегодня во многом обуславливаются динамичным характером Земли и теми медленными движениями, которые происходят в ее коре – литосфере

Зона землетрясений  окружающая Тихий океан, называется Тихоокеаническим поясом: здесь происходит около 90% всех землетрясений  земного шара. Другой район высокой сейсмичности, включающий 5-6% всех землетрясений, - это Альпийский пояс, протягивающийся от Средиземноморья на восток через Турцию, Иран и Северную Индию. Остальные 4-5% землетрясений происходят вдоль срединно-океанических хребтов или внутри плит.

Регистрация землетрясений

Прибор, записывающий сейсмические колебания, называется сейсмографом, а сама запись - сейсмограммой. Сейсмограф состоит из маятника, подвешенного внутри корпуса на пружине, и записывающего устройства.

Одно из первых записывающих устройств представляло собой вращающийся  барабан с бумажной лентой. При  вращении барабан постепенно смещается  в одну сторону, так что нулевая  линия записи на бумаге имеет вид  спирали. Каждую минуту на график наносятся  вертикальные линии — отметки времени; для этого используются очень точные часы, которые периодически сверяют с эталоном точного времени. Для изучения близких землетрясений необходима точность маркировки — до секунды или меньше.

Во многих сейсмографах для преобразования механического сигнала в электрический используются индукционные устройства, в которых при перемещении инертной массы маятника относительно корпуса изменяется величина магнитного потока, проходящего через витки индукционной катушки. Возникающий при этом слабый электрический ток приводит в действие гальванометр, соединенный с зеркальцем, которое отбрасывает луч света на светочувствительную бумагу записывающего устройства. В современных сейсмографах регистрация колебаний ведется в цифровом виде с использованием компьютеров.

Магнитуда землетрясений  обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала  известна под названием шкалы  магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени  американского сейсмолога Ч.Ф.Рихтера, предложившего ее в 1935). Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения и некоторого стандартного землетрясения. Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине. Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

2 — самые слабые  ощущаемые толчки;

41/2 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 — умеренные разрушения;

81/2 — самые сильные  из известных землетрясений.

В последние десятилетия  широкое развитие получили детально разработанные методы статистического анализа землетрясений. С их помощью составляются карты сейсмической активности и карты сотрясаемости (средней частоты землетрясения того или иного энергетического класса в данном пункте), а также графики повторяемости (зависимость частоты землетрясений от их магнитуды)..

Тщательный анализ механизма возникновения подземного удара показывает, что землетрясения 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 емлетрясеня, 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 землетрясения на здания и др. инженерные сооружения. В будущем, вероятно, удастся разрешить и проблему прогноза землетрясений Основной путь к решению этой проблемы - тщательная регистрация "предвестников" землетрясений - слабых предварительных толчков (форшоков), деформации земной поверхности, изменений параметров геофизических полей и др. изменений состояния и свойств вещества в зоне будущего очага землетрясения.

В сейсмологии получили развитие физические и математические методы, с помощью которых изучаются не только землетрясения, но и внутреннее строение Земли, а также ведутся поиски месторождений полезных ископаемых. Наблюдения над землетрясений Осуществляются специальной сейсмической службой.

Информация, полученная при регистрации землетрясений, очень важна, она дает сведения как об очаге землетрясения, так и о строении земной коры в отдельных областях и Земли в целом. Примерно через 20 мин после сильного землетрясения о нем узнают сейсмологи всего земного шара. Для этого не нужно ни радио, ни телеграфа.

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:

• статистические методы,
• выделение сейсмически активных зон, которые долго не испытывали землетрясения,
• изучение быстрых смещений земной коры,
• исследование изменений соотношений скорости продольных и поперечных волн,
• изменения магнитного поля и электропроводности горных пород,
• изменения в составе газов, поступающих из глубин,
• регистрация предваряющих толчков «форшоков»,
• исследование распределения очагов во времени и пространстве.