Землетруси. Причини їх утворення та реєстрація. Прогнозування землетрусів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І  НАУКИ,МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. ОЛЕСЯ ГОНЧАРА

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Землетруси. Причини їх утворення та реєстрація. Прогнозування землетрусів.»

 

 

 

 

 

Виконала:

Студентка гр. ГГ-12-02

Гордієнко Т.Р.

Перевірила:

Іванова Т.А.

 

 

 

м. Дніпропетровськ

2012 р.

Содержание 

1. Введение

2. Виды землетрясений

3. Причины землетрясений

4. Сейсмические волны.  Типы сейсмических волн

5.  Регистрация землетрясений

6. Механизм землетрясений

7. Прогнозирование землетрясений

8. Последствия

9. Вывод

10. Список используемой  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Землетрясения —  это подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических извержениях. Другими словами, колебания Земли, вызванные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью в толще горных пород. Наиболее сильные землетрясения иногда ощущаются на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами (специальными высокочувствительными приборами). Район, где зарождаются колебания, называется очагом землетрясения, а его проекция на поверхность Земли - эпицентром землетрясения. Очаги большей части землетрясений лежат в земной коре на глубинах не более 16 км, однако в некоторых районах глубины очагов достигают 700 км.

Ежегодно на всей Земле  происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз  в две недели. Большая их часть  приходится на дно океанов, и поэтому  не сопровождается катастрофическими  последствиями (если землетрясение  под океаном обходится без  цунами).

 

 

 

2. Виды землетрясений

Тектонические землетрясения возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение – 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.

Вулканические землетрясения происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясения могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.

3. Причины землетрясений

Любое землетрясение - это  мгновенное высвобождение энергии  за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором  объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры  и напряженно-деформированного состояния  горных пород в данном конкретном месте. Деформация, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию.

Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в  которых происходят разрывы и  возникают неупругие тектонические  деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентром, или  фокусом, землетрясения называют условный центр очага на глубине, а эпицентром - проекцию гипоцентра на поверхность  Земли. Зона сильных колебаний и  значительных разрушений на поверхности  при землетрясении называется плейстосейстовой областью.

По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся  на три типа: 1) мелкофокусные (0-70 км), 2) среднефокусные (70-300 км), 3) глубокофокусные (300-700 км). Чаще всего очаги землетрясений  сосредоточены в земной коре на глубине 10-30 км. Как правило, главному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки - форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара, называются афтершоками. Происходящие в течение значительного времени  афтершоки способствуют разрядке напряжений в очаге и возникновению новых  разрывов в толще горных пород, окружающих очаг.

Очаг землетрясения характеризуется  интенсивностью сейсмического эффекта, выражаемого в баллах и магнитуде. В России используется 12-балльная шкала  интенсивности Медведева-Шпонхойера-Карника (МSК-64). Согласно этой шкале, принята  следующая градация интенсивности  землетрясений: I-III балла - слабые, IV-V - ощутимые, VI-VII - сильные (разрушаются  ветхие постройки), VIII - разрушительные (частично разрушаются прочные здания, падают фабричные трубы), IХ - опустошительные (разрушается большинство зданий), Х - уничтожающие (разрушаются мосты, возникают оползни и обвалы), ХI - катастрофические (разрушаются все  сооружения, изменяется ландшафт), ХII - губительные катастрофы (вызывают изменения  рельефа местности на обширной территории). Магнитуда землетрясения по Чарльзу  Ф. Рихтеру определяется как десятичный логарифм отношения максимальных амплитуд сейсмических волн данного землетрясения (А) к амплитуде таких же волн некоторого стандартного землетрясения (Ах). Чем  больше размах волны, тем соответственно больше смещение грунта:

Магнитуда 0 означает землетрясение  с максимальной амплитудой 1 мкм  на эпицентральном расстоянии в 100 км. При магнитуде, равной 5, отмечаются небольшие разрушения зданий. Опустошительный  толчок имеет магнитуду 7. Самые сильные  из зарегистрированных землетрясений  достигают величины 8,5-8,9 по шкале  Рихтера. В настоящее время оценка землетрясений в магнитудах применяется  чаще, чем в баллах.

Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний, называются изосейстами. В эпицентре землетрясения поверхность Земли испытывает в основном вертикальные колебания. При удалении от эпицентра возрастает роль горизонтальной составляющей колебаний.

Энергия, выделяющаяся при  землетрясениях, Е = = p2rV (а / Т ), где V - скорость распространения сейсмических волн, r - плотность верхних слоев Земли, а - амплитуда смещения, Т - период колебаний. Исходным материалом для расчета энергии служат данные сейсмограмм. Б. Гутенберг, как и Ч. Рихтер, работавший в Калифорнийском технологическом институте, предложил связь между энергией землетрясения и его магнитудой по шкале Рихтера:

log E = 9,9 + 1,9М - 0,024М 2.

Данная формула показывает колоссальное возрастание энергии  при увеличении магнитуды землетрясения . Энергия землетрясений в несколько  миллионов раз превышает энергию  стандартной атомной бомбы. Например, при Ашхабадском землетрясении 1948 году выделилось энергии 1023 эрг, при  Хаитском в Таджикистане в 1949 году - 5 " 1024 эрг, в 1960 году в Чили - 1025 эрг. По всему земному шару в среднем  за год за счет землетрясений выделяется около 0,5 " 1026 эрг энергии.

Важным понятием в сейсмологии  является удельная сейсмическая мощность, то есть количество энергии, выделившейся в единице объема, например в 1 м3, за единицу времени 1 с. Сейсмические волны, образующиеся при мгновенной деформации в очагах землетрясений, производят основную разрушающую работу на поверхности Земли. Известны три  главных типа упругих волн, создающих  такие сейсмические колебания, которые  ощущаются людьми и вызывают разрушения: объемные продольные (Р-волны) и поперечные (S-волны), а также поверхностные  волны.

4. Сейсмические  волны.  Типы сейсмических волн

Колебания, распространяющиеся из очага землетрясения, представляют собой упругие волны, характер и  скорость распространения которых  зависят от упругих свойств и  плотности пород. К упругим свойствам  относятся модуль объемной деформации, характеризующий сопротивление  сжатию без изменения формы, и  модуль сдвига, определяющий сопротивление  усилиям сдвига. Скорость распространения  упругих волн увеличивается прямо  пропорционально квадратному корню  значений параметров упругости и  плотности среды.

 На сейсмограммах продольные  и поперечные волны появляются  первыми. Раньше всего регистрируются  продольные волны.

Продольные волны представляют собой чередование зон сжатия и растяжения горных пород, и они проходят через твердые, жидкие и газообразные вещества. При своем распространении продольные волны как бы попеременно сжимают горные породы или растягивают их. Часть энергии Р-волн, выходя из недр Земли на ее поверхность, передается в атмосферу в виде звуковых волн, которые воспринимаются людьми при частоте более 15 Гц. Р-волны являются самыми быстрыми из объемных волн. Скорость распространения Р-волн , где m - модуль сдвига, r - плотность среды, в которой распространяется волна, и l - коэффициент, связанный с модулем всестороннего сжатия К,

Поперечные волны при своем распространении сдвигают частицы вещества под прямым углом к направлению своего пути. Они не распространяются в жидкой среде, так как модуль сдвига в жидкости равен нулю. Скорость поперечных волн меньше продольных. Эти сейсмические волны раскачивают и смещают поверхность грунта как по вертикали, так и по горизонтали:

Ко второму типу относятся  поверхностные сейсмические волны, распространение которых ограничено зоной, близкой к поверхности  Земли. Они подобно ряби, расходящейся по глади озера. Различают поверхностные  волны Лява и волны Рэлея.

Волны Лява (L) заставляют частицы  грунта колебаться из стороны в сторону  в горизонтальной плоскости, параллельной земной поверхности под прямым углом  к направлению своего распространения. Волны Рэлея (R) возникают на границе  раздела двух сред и воздействуют на частицы среды, заставляя их двигаться  по вертикали и горизонтали в  вертикальной плоскости, ориентированной  по направлению распространения  волн. Скорость волн Рэлея меньше, чем  волн Лява, и обе они распространяются медленнее, чем продольные и поперечные сейсмические волны и довольно быстро затухают с глубиной, а также с  удалением от эпицентра землетрясения.

Встречая на своем пути слои пород с отличающимися свойствами, сейсмические волны отражаются или  преломляются подобно тому, как луч  света отражается от зеркальной поверхности  или преломляется, переходя из воздуха  в воду. Любые изменения упругих  характеристик или плотности  материала на пути распространения  сейсмических волн заставляют их преломляться, а при резких изменениях свойств среды часть энергии волн отражается.

5.  Регистрация  землетрясений

Сейсмические волны, распространяющиеся от очага землетрясения во все  стороны, достигая поверхности Земли, могут быть зафиксированы специальными приборами - сейсмографами, которые записывают ничтожные колебания грунта от землетрясений, произошедших даже на противоположной стороне земного шара.

Первые сейсмографы появились  только около 100 лет тому назад, и  записи сейсмических волн - сейсмограммы, сделанные ими, позволяют определить магнитуды землетрясений и местоположение (эпицентры) последних. Та часть сейсмографа, которая непосредственно записывает сейсмограмму, называется сейсмометром и состоит из маятника, подвешенного на тонкой пружине, реагирующего на малейшие колебания грунта. Собственно запись этих колебаний осуществляется либо на вращающемся барабане пером с  чернилами, либо на магнитной ленте  с помощью электромагнитной системы, преобразующей колебания в ток, либо световым лучом на движущейся фотобумаге. Сейсмограммы должны отражать перемещение грунта в двух взаимно  перпендикулярных горизонтальных направлениях и одном вертикальном, для чего необходимы три сейсмометра. Расшифровка  сейсмограмм заключается в интерпретации  и фиксировании точного времени  прихода различных волн Р, S, L и R, которые не только распространяются с различной скоростью, но и поступают на сейсмограф с разных сторон. Определяя время вступления разных волн и зная скорости их распространения можно установить расстояние до очага землетрясения - гипоцентра. Существующая мировая сеть сейсмических станций с многими сотнями сейсмографов позволяет немедленно регистрировать землетрясения, происходящие в любой точке земного шара. Ежегодно регистрируется более нескольких сот тысяч землетрясений, ощущаемых людьми, однако только около 100 землетрясений можно отнести к разрушительным. Эта непрерывная сейсмическая активность является следствием современных тектонических движений в самой поверхностной оболочке Земли - литосфере.

Для оценки и сравнения  землетрясений используются шкала  магнитуд (например, шкала Рихтера) и различные шкалы интенсивности.

Шкала магнитуд. Шкала Рихтера

Шкала магнитуд различает  землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной  энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и  соответственно магнитудных шкал: локальная  магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная  магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений  является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.