Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

Строго говоря, землетрясения представляют собой движения земной поверхности, вызванные воздействием ударных волн. Геологические силы, действующие в недрах Земли, настолько огромны, что могут, хотя и очень медленно, двигать целые континенты. При плавном движении постепенно нарастают напряжения в породах, образующих земную кору. Эти напряжения могут расти до тех пор, пока не превысят сопротивление самих пород; тогда пласты горных пород разрушаются и резко смещаются, а напряжение ослабевает. Смещение может составить всего лишь несколько десятков сантиметров, но энергия, выделяющаяся при перемещении миллиардов тонн породы даже на малое расстояние, огромна. Эту энергию и рассеивают ударные волны, вызывающие колебания земных слоев.

Но движение горных пород и ударные волны не являются единственными признаками землетрясений. Фактическое смещение породы, вызывающее землетрясение, редко можно наблюдать на земной поверхности. Обычно смещение полностью скрыто под землей, часто на глубине в несколько километров. В этом случае сотрясение земной поверхности влечет за собой множество последствий. В городских районах здания вибрируют настолько сильно, что распадаются на части. При этом часто возникают пожары, так как разрушаются газовые магистрали и происходят короткие замыкания в электрических цепях. Если и водопроводная сеть оказывается поврежденной, город может сгореть, и предотвратить это почти невозможно.

Рыхлые осадочные горные породы при землетрясениях обычно оползают и оседают, в них появляются крупные трещины. В холмистой местности оползни, вызванные землетрясениями, в свою очередь могут привести к значительным разрушениям. В прибрежных районах опасность представляет еще одно последствие землетрясений — гигантские волны, известные под названием «цунами». Они могут пересекать моря и океаны, проноситься над пострадавшими от землетрясения городами, все сокрушая на своем пути.

У юго-восточной оконечности острова Ямайка, где возвышаются Голубые горы, есть большая защищенная бухта. В нее вдается длинная песчаная коса Палисейдоус. За этой косой располагается прекрасная естественная гавань — Кингстон-Харбор, на берегу которой вырос город Кингстон — столица и главный порт Ямайки. Но порт не всегда находился в Кингстоне. Более ранним поселением был Порт-Ройал, который располагался как раз на конце косы Палисейдоус, протянувшейся па 13 км. Здесь была прекрасная гавань, значение которой особенно возросло в XVII веке. Порт-Ройал стал центром пиратского мира в Карибском море, его называли столицей Генри Моргана по имени знаменитого пирата. Хотя Порт-Ройал был построен на песке и гравии, там были два хорошо укрепленных форта, церковь, магазины и склады. Многие здания были деревянными и теснились на берегу гавани. Город был торговым центром огромного района, и жизнь там кипела.

Но всему этому пришел конец. Незадолго до полудня 7 июня 1692 г. на Порт-Ройал обрушилось землетрясение. По рассказам современников, вздымалась и «разбухала» земля, качались и разрушались дома, сначала зазвенели, а потом замолкли колокола церкви Святого Павла, поскольку обрушилась колокольня, превращались в груды обломков кирпичные здания. Огромные трещины разверзались и смыкались в земле; песок и гравий, на которых был построен город, погружались в море; две трети города скрылось под водой. В гавани вздымались огромные волны; многие корабли перевернулись, некоторые были выброшены на берег, и командам удалось спастись. Самая большая волна образовалась при отступлении моря из гавани, но вскоре, вернувшись назад, она с грохотом обрушилась на город и накрыла его в одно мгновение. За три минуты погибло 2000 человек, и Порт-Ройал исчез навсегда. Теперь на его месте расположена рыбацкая деревушка.

Фокус землетрясения в Порт-Ройале, т. е. источник, из которого исходили ударные волны, неизвестен. Возможно, он находился на расстоянии нескольких километров от города. Многие постройки разрушились из-за колебаний земной поверхности. Вследствие этих колебаний возникли также большие волны в гавани. Но главной причиной столь сильных разрушений в Порт-Ройале были слабые фундаменты. Песок и гравий на косе Палисейдоус — это рыхлые и неуплотненные образования. Кроме того, некоторые здания были построены на мелко заложенном фундаменте. В результате сильных колебаний грунта здания утратили устойчивость и просто опрокинулись в море. Огромные трещины, которые пересекали город и поглощали спасавшихся бегством жителей, возникли в результате обрушения песка в море. Колебания такой песчаной отмели, как Палисейдоус, напоминают утрамбовку в банке сахарного песка: рыхлые частицы перемещаются вниз при малейшем уклоне. Результат землетрясения 1692 г. был именно таков: произошло массовое оползание песка, вследствие чего город скрылся под водами гавани. Если бы Порт-Ройал был построен на возвышенном каменном мысу, он, возможно, пострадал бы от землетрясения, но вряд ли был разрушен полностью.

Сейсмические волны и движения земной поверхности

Наибольшие разрушения при землетрясениях вызываются колебаниями земной поверхности под воздействием самих ударных волн. Различают четыре типа сейсмических волн, распространяющихся с разной скоростью; каждый из типов имеет свои характерные особенности. Прежде всего следует назвать два типа волн, которые очень быстро распространяются в горных породах. Это — первичные продольные сейсмические волны (Р-волны), отражающие деформации сжатия (так сближаются, например, вагоны поезда при переводе стрелки), и вторичные поперечные сейсмические волны (5-волны), которые связаны с деформациями сдвига (как в закручивающейся скакалке). В большинстве случаев амплитуда обоих типов волн настолько мала, что они могут быть обнаружены только при помощи сейсмографов.

Скорость волн фактически зависит от типа породы, в которой они распространяются; обычно Р-волны перемещаются со скоростью около 7,5 км/с, это в 2 раза быстрее скорости «S-волн. Поэтому расстояние до источника, или фокуса, землетрясения может быть определено по разности во времени приема этих волн сейсмографами. С гораздо более низкой скоростью распространяются так называемые поверхностные волны. Они движутся примерно в 2 раза медленнее, чем S-волны, но отличаются наибольшей амплитудой. Поверхностные волны и вызывают самые сильные разрушения, сотрясая земную поверхность.

Хотя землетрясения часто описывают как мгновенные события, что вполне справедливо в масштабе геохронологической шкалы, они продолжаются в течение измеримого интервала времени. Обычно поверхностные движения не длятся и одной минуты: в 1906 г. в Сан-Франциско землетрясение продолжалось около 40 с. Однако продолжительность великого землетрясения на Аляске в 1964 г. была в 5 раз больше. Затем перечисленные типы волн затухают, а на смену им приходят афтершоки — дополнительные импульсы волнового движения, вызванные дальнейшими подвижками пород в точке первоначального нарушения их целостности или вблизи ее. Афтершоки могут продолжаться в течение многих дней; нередко они бывают достаточно сильными, но иногда настолько слабыми, что определяются только при помощи приборов. В течение суток после землетрясения на Аляске в 1964 г. было зарегистрировано 28 афтершоков, 10 из которых были достаточно ощутимыми. Из-за афтершоков очистительные работы после землетрясения становятся опасными и бесполезными.

Очевидцы землетрясений в своих рассказах обычно приукрашивают и преувеличивают их драматическую природу. В действительности сейсмические волны обычно ощущаются лишь как сильные, интенсивные движения земной поверхности. Тем не менее иногда наблюдаются земные волны в буквальном смысле слова: волны движутся по земле, как по озеру. Некоторые рассказы об этом явлении можно считать вполне достоверными. При калифорнийском землетрясении 1906 г. в отдельных местах отмечались земные волны высотой до 1 м, было зафиксировано также распространение волн еысотой около 30 см и длиной 18 м. Волны гораздо меньшей длины (2–3,5 м) наблюдались при землетрясении в долине Ганга (Индия) в 1934 г. В той же стране ассамское землетрясение 1897 г. вызвало волны, распространявшиеся со скоростью «быстрее ходьбы человека, но медленнее его бега».

Интенсивность землетрясения либо измеряется в баллах, либо выражается его магнитудой. Магнитуда землетрясения обычно измеряется по шкале Рихтера, названной так в честь ее создателя. Рихтер определил магнитуду как число, пропорциональное логарифму амплитуды (выраженной в микрометрах) наиболее крупной волны, зарегистрированной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра, т. е. от проекции на земную поверхность фокуса (или источника) землетрясения. Магнитуда может изменяться от 1 до 9. Если магнитуда равна, например, 5, то это значит, что энергия данного землетрясения в 10 раз превышает энергию, высвободившуюся при землетрясении, имеющем магнитуду 4.