Землятрясение. Характеристика. Примеры

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.

В Калифорнии сведения о  землетрясениях собраны примерно за 200 лет, а в Китае имеются данные более чем за 2000 лет.

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.

Некоторым сильным землетрясениям предшествуют более слабые толчки, так называемые форштоки. Установлена  последовательность событий, предшествовавших нескольким сильным землетрясениям в Новой Зеландии и  Калифорнии. Во-первых, это тесно сгруппированная серия толчков примерно равной магнитуды, которая называется «предваряющим роем». За ним следует период, названный «предваряющим перерывом», в течение которого нигде в окрестностях сейсмических толчков не наблюдается. Затем следует «главное землетрясение», сила которого зависит от величины роя землетрясений и продолжительности перерыва. Предполагается, что рой вызывается раскрытием трещин. Возможность прогнозирования землетрясений на основе этих представлений очевидна, однако имеются определенные трудности в выделении предваряющих роев  из других сходных по характеру групповых землетрясений, и каких – либо бесспорных успехов в этой области не достигнуто.  Положение и число землетрясений различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. В Японии исследования этого явления признаны заслуживающими доверия, но  надежным на 100% этот метод не станет никогда, ибо многие катастрофические землетрясения происходили без каких-либо предварительных толчков.

Известно, что очаги  землетрясений не остаются на одном  и том же месте, а перемещаются в пределах сейсмической зоны.   Зная направления этого перемещения  и его скорость, можно было бы предположить будущее землетрясение. К сожалению, такого рода перемещение очагов не происходит равномерно. В Японии скорость миграции очагов определена величиной 100 км в год. В районе Мацуширо в Японии регистрировалось множество слабых толчков – до 8000 в день. Через несколько лет оказалось, что очаги приближаются к поверхности и смещаются в южном направлении. Было вычислено вероятное место –положение очага следующего землетрясения и непосредственно к нему была пробурена скважина. Толчки прекратились. 

Наблюдение за необычным  поведением животных перед землетрясением признано очень важным, хотя отдельные специалисты утверждают, что речь идет о случайности. В ответе на вопрос, что же, воспринимают животные ученые не пришли к согласию. Представляются разные возможности: может быть с помощью органов слуха животные слышат подземные шумы или улавливают ультразвуковые сигналы перед толчками, либо организм животных реагирует на незначительные изменения барометрического давления или на слабые изменения магнитного поля. Возможно животные воспринимают слабые продольные волны, в то время как человек ощущает только поперечные.

Уровень грунтовых вод  перед землетрясениями часто  повышается или понижается, по-видимому, из-за напряженного состояния горных пород. Землетрясения могут влиять на уровень воды. Вода в скважинах  может колебаться при прохождении сейсмических волн, даже если скважина находится далеко от эпицентра. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в     других – ниже.

Трудности прогноза.

Проблема предсказания землетрясения в настоящее время  привлекает и ученых, и общественность как одна из серьезнейших и вместе с тем весьма актуальных. Мнения исследователей о возможности и  путях решения проблемы далеко не однозначны.

Принципиальная основа решения проблемы прогноза землетрясений состоит в установленном лишь в последние30 лет фундаментальном факте, что перед землетрясением меняются физические ( механические и электрические в первую очередь) свойства горных пород. Возникают аномалии разного рода геофизических полей: сейсмического, поля скоростей упругих волн, электрического, магнитного, аномалии в наклонах и деформациях поверхности, гидрогеологическом и газохимическом режиме и т.д. В сущности, на этом и основано проявление большинства предвестников. Всего сейчас известно свыше 300 предвестников, из них 10-15 неплохо изучены.

Прогноз землетрясения  можно считать полным и практически  значимым, если  заблаговременно  предсказываются три элемента будущего события: место, интенсивность (магнитуда) и время толчка. Карта сейсмического районирования, даже самая надежная, в лучшем случае дает сведения о возможной максимальной интенсивности землетрясений и средней частоте их повторения в какой-то зоне.  Она содержит необходимые элементы прогноза, но самого прогноза обеспечить не в состоянии, так как не говорит о конкретных ожидаемых событиях. В ней отсутствует главнейший элемент прогноза – предсказания времени события.

Трудности в отношении  прогноза времени землетрясения  огромны. Да и предвидение места и интенсивности будущих подземных бурь – тоже еще далеко не решенная задача. До сих пор не разработаны принципиальные возможности и конкретные способы предвидения землетрясений в любой части сейсмически опасного региона с заданной точностью места и интенсивности в заданный отрезок времени. Поэтому долгое время идеальной будет, по-видимому, такая схема: в пределах сейсмогенного региона выделяется некая достаточно обширная область, где в течение нескольких лет или десятилетий можно ожидать крупное сейсмическое событие. Предшествующими исследованиями область ожидаемого события снижается, уточняются возможная сила толчка или его энергетическая характеристика – магнитуда и опасный период времени На следующей стадии разработок определяется место предстоящего толчка, а время ожидания события сокращается до нескольких дней и часов. В сущности, схема предусматривает три последовательные стадии прогноза – долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный.

Сейсмическая служба

Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой. Современная мировая сеть насчитывает св. 2000 стационарных сейсмиче-ских станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедици-онные сейсмографы, в т. ч. устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну (где 5 сейсмографов ежегодно регистри-руют до 3000 лунотрясений), а также на Марс и Венеру.

Прогноз землетрясений

Для повышения точности прогноза землетрясений необходимо лучше представлять механизмы накопления напряжений в земной коре, крипа и деформаций на разломах, выявить зависимости между тепловым потоком из недр Земли и пространственным распределением землетрясений, а также установить закономерности повторяемости землетрясений в зависимости от их магнитуды.

Во многих районах  земного шара, где существует вероятность  возникновения сильных землетрясений, ведутся геодинамические наблюдения с целью обнаружения предвестников  землетрясений, среди которых заслуживают особого внимания изменения сейсмической активности, деформации земной коры, аномалии геомагнитных полей и теплового потока, резкие изменения свойств горных пород (электрических, сейсмических и т.п.), геохимические аномалии, нарушения водного режима, атмосферные явления, а также аномальное поведение насекомых и других животных (биологические предвестники). Такого рода исследования проводятся на специальных геодинамических полигонах (например, Паркфилдском в Калифорнии, Гармском в Таджикистане и др.). С 1960 работает множество сейсмических станций, оборудованных высокочувствительной регистрирующей аппаратурой и мощными компьютерами, позволяющими быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясений.

Сопутствующие явления

Иногда подземные толчки сопровождаются хорошо различимым низким гулом, когда частота сейсмических колебаний лежит в диапазоне, воспринимаемом человеческим ухом, иногда такие звуки слышатся и при отсутствии толчков. В некоторых районах они представляют собой довольно обычное явление, хотя ощутимые землетрясения происходят очень редко. Имеются также многочисленные сообщения о возникновении свечения во время сильных землетрясений. Общепринятого объяснения таких явлений пока нет. Цунами (большие волны на море) возникают при быстрых вертикальных деформациях морского дна во время подводных землетрясений. Цунами распространяются в океанах в пределах глубоководных зон океанов со скоростью 400-800 км/ч и могут вызвать разрушения на берегах, удаленных на тысячи километров от эпицентра. У близлежащих к эпицентру берегов эти волны иногда достигают в высоту 30 м.

При многих сильных землетрясениях помимо основных толчков регистрируются форшоки (предшествующие землетрясения) и многочисленные афтершоки (землетрясения, следующие за основным толчком). Афтершоки обычно слабее, чем основной толчок, и могут повторяться в течение недель и даже лет, становясь все реже и реже.

Землетрясение, как правило, происходит глубокой ночью или на рассвете и начинается с легкого  дрожания земли, сопровождающегося сильным подземным гулом.

Вслед за этим, порой стремительно, возникает серия сильных толчков, способных вызвать извержение вулкана, камнепад и даже разрывы земной поверхности. Участки земли могут подниматься  и опускаться, провоцируя, в свою очередь, оползни и цунами - гигантские приливные волны, внезапно обрушивающиеся на прибрежные зоны (они ещё называются сейсмическими волнами).

И наконец, в завершающей  стадии землетрясения наблюдается  уменьшение силы вибрации (из-за которой  у многих начинается сильное недомогание и "морская болезнь на суше").

Интенсивность землетрясений

Область возникновения  подземного удара - очаг землетрясения - 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.