Батыр Каррыев - Катастрофы в природе: землетрясения

• Название: Катастрофы в природе: землетрясения
• Автор: Батыр Каррыев
• Жанр: Прочая научная литература

Книга о землетрясениях и связанных с ними явлениях природы. Рассказывается о том, почему происходят землетрясения. Приводятся малоизвестные сведения о сейсмических катастрофах прошлого и настоящего. О достижениях сейсмологии и о той роли, которую землетрясения играли и играют в истории человечества.

---

Под воздействием глубинных процессов и внешних воздействий в течение миллионов и миллиардов лет формируется рельеф дневной поверхности, происходит кругооборот вещества. Осадочные породы опускаются в земные недра, где преобразуются в магму, и вновь поднимаются тектоническими процессами на поверхность.

Недра планеты под воздействием внутренних и внешних факторов постоянно накапливают и растрачивают механическую энергию. Значительная часть этой энергии теряется при землетрясениях. Их роль в этом огромна. Сейсмическая машина Земли «вырабатывает» около 5х1019 Дж ежегодно. Сами же колебания дневной поверхности, как доказал в XVIII веке Джон Митчелл, являются результатом прохождения через земные недра упругих волн возникающих в момент разрыва сплошности горных пород в очагах землетрясений.

Одним из крупных достижений современной науки, позволивших понять магматические процессы и землетрясения, является создание теории тектоники плит, Она стала основой для понимания целого ряда геофизических и геологических явлений – от магнитного поля планеты до дрейфа континентов.

Ещё в XVII веке совпадение очертаний береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки наводило на мысль о том, что континенты перемещаются. В 1620 году английский философ Франсис Бэкон в книге «Новый Органон» первым обратил внимание на поразительное сходство береговой линии континентов по разные стороны Атлантики.

В 1858 году итальянский географ Антонио Снидер-Пеллегрини соединил пять континентов. Он предположил, что Америка есть не что иное, как легендарная Атлантида, отколовшаяся от Африки и Европы.

В 1912 году метеоролог приват-доцент Марбургского университета Альфред Лотар Вегенер выдвинул гипотезу континентального дрейфа. Он опубликовал в журнале «Геологише Рундшау» статью, а затем книгу «Возникновение материков и океанов». В них Вегенер привел аргументы в пользу того, что в далёком прошлом существующие континенты были одной структурой. Его теория был настолько революционной, что её сразу отвергло научное сообщество.

Только в 1960-х годах идея о движениях в твердой оболочке Земли – мобилизм снова возродилась. Благодаря исследованиям рельефа и геологии океанического дна было доказано существование процессов расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). В 1958 году Кэри, в 1965 году Буллард (1965) и Ле Пишон (1977) с научных позиций обосновали тектонику плит.

К концу XX века было инструментально доказано, что скорость перемещения плит достигает десяти сантиметров в год. Казалось бы, это немного, но если учесть что горизонтальный размер одной плиты порядка одной тысячи километров то «время её жизни» составит десять миллионов лет. Иными словами, вся история человечества не сопоставима с временным масштабом тектонических процессов протекающих на Земле.

Геологические изыскания и теоретические расчеты показали, что с периодом в 500 – 600 миллионов лет блоки континентальной коры собираются в единый суперконтинент. Примерно 530 – 750 миллионов лет назад вокруг Южного полюса существовал суперконтинент Гондвана. Он состоял из современных материков: Африки, Южной Америки, Антарктиды, Австралии и субконтинента Индии. Суперконтиненты существовали и в более отдаленные времена. Например, суперконтинент Родиния распался 750 миллионов лет назад.

После резкого движения на север в эпоху каменноугольного периода около 360 миллионов лет назад Гондвана соединилась с североамериканско-скандинавским материком, образовав гигантский протоконтинент Пангея. Примерно 180 миллионов лет назад, в юрский период, он раскололся на Гондвану и северный континент Лавразию.

Еще 30 миллионов лет спустя Гондвана начала распадаться и образовались современные континенты: Евразия, Южная и Северная Америки, Африка, Австралия и Антарктида. В результате давления Африки на Европу возникли Альпы, а столкновение Индии и Азии создало Гималаи.

В будущем континенты соберутся в суперконтинент с названием Последняя Пангея или Пангея Ультима. Пангея Ультима будет на 90% покрыта пустынями, а на северо-западе и юго-востоке суперконтинента расположатся большие горные цепи. С этой теорией пересекается теория об Амазии – континенте из Евразии и Северной Америки, который станет ядром будущего суперконтинента.

Благодаря тектоническому процессу в недрах Земли непрерывно накапливаются механические напряжения. В момент превышения ими прочности горных пород происходят быстрые тектонические подвижки вещества вызывающие на поверхности земли землетрясения. Они наиболее контрастны по границам тектонических плит. Происходящий здесь процесс накопления и сброса напряжений обуславливают их сейсмическую активность. Отсюда стала ясна закономерность, отмеченная ещё Маллетом. Землетрясения группируются в определенных зонах, т.н. сейсмических поясах, соответствующих границам крупных тектонических плит.

Смещение массивов вещества в земных недрах при сильных землетрясениях составляет всего несколько сантиметров. Однако при резком перемещении миллиардов тонн породы даже на такое небольшое расстояние выделяется огромная энергия. Часть ее идет на генерацию упругих волн вызывающих на поверхности сейсмические удары, другая на различные физико-химические процессы. Вблизи от места подвижки – очага землетрясения сейсмическое воздействие наиболее велико и земная поверхность деформируется. Если на ней расположены непрочные сооружения они могут быть повреждены или разрушены.

Точку, в которой начинается подвижка в земных недрах, принято называть фокусом или гипоцентром землетрясения. Её проекция на земную поверхность называется эпицентром, а кратчайшее расстояние между гипоцентром и дневной поверхностью принимается за глубину положения очага землетрясения. Область проявления наиболее сильных колебаний именуется эпицентральной зоной. Её размеры определяются глубиной положения очага и энергией землетрясения.

Землетрясения отличаются между собой по объему вовлеченных в движение массивов породы, глубине очага и местонахождению на карте. Чтобы отличать землетрясения друг от друга используются различные косвенные способы измерения их энергии. Это понятно, ведь непосредственно измерить выделившуюся при землетрясении энергию вряд ли когда-нибудь удастся. Поэтому используются полученные по характеристикам зарегистрированных от них сейсмических волн оценки. Широко распространены магнитудные шкалы (слово магнитуда произошло от латинского «magnitudo» т.е. величина). Они основаны на измерении энергии излученных очагом землетрясения сейсмических волн с учётом расстояния до него и типа.

В 1935 году Чарльз Рихтер для сравнения землетрясений по их энергии предложил безразмерную логарифмическую шкалу известную как «Шкала Рихтера». За нулевую точку отсчета в ней принята энергия, необходимая для подъема груза весом десять тонн на высоту в один метр (10000 кг/м).

По шкале Рихтера землетрясения могут иметь магнитуды (обозначается латинской буквой «M») от 1 до 9. Значение магнитуд принято записывать арабскими цифрами. Магнитуда характеризует величину выделенной в очаге землетрясения энергии. Она не зависит от глубины положения его очага или расстояния до сейсмической станции.

Во время землетрясений выделяется колоссальная энергия. Например, энергия землетрясения в Перу 1970 года была равна всему потреблению электроэнергии в США за сутки. Землетрясение с М = 5 выделяет 1019 эрг, с М = 7 – 1022 эрг, а гипотетическое с М = 9 уже 1025 эрг. Иными словами, сейсмическая энергия землетрясения с М = 7 в тысячу раз больше, чем у землетрясения с М = 5, а с М = 9 уже в миллион.

Магнитуда Токийского катастрофического землетрясения 1923 года по шкале Рихтера составила 8.3. Катастрофического Ашхабадского 1948 года 7.3. Чилийского мегалоземлетрясения 1960 года 8.5 (по шкале Канамори 9,5). Сильного Ташкентского 1966 года 5.6. Катастрофического Спитакского 1978 года 7.0. Сильного землетрясения в Грузии 1991 года 7.2. Поскольку энергия и глубина очагов этих землетрясений различались, то и вызванные ими на поверхности сотрясения были разной интенсивности. Отсюда и разница в субъективных определениях – от сильного до катастрофического.

Магнитуда по шкале Рихтера и энергия землетрясений.

Интенсивность воздействия на земную поверхность, обозначается латинской буквой «I», определяется с использованием т.н. макросейсмических шкал. До появления инструментов для записи сейсмических колебаний они применялись для оценки силы проявления землетрясения, но не давали представления о его энергии. Используются они и сейчас, поскольку оказались необходимы для определения необходимой сейсмостойкости инженерных сооружений. Правда, в расчетах уже используются ожидаемые или проявившиеся на земной поверхности ускорения.