Механизм возникновения землетрясения

Содержание

· Введение

· Механизм возникновения землетрясения

· Изучение землетрясений

· Типы экологических последствий от землетрясений

· Заключение

· Библиография

Введение

Землетрясения – это одни из самых страшных природных катастроф, вызывающих не только опустошительные разрушения, но и уносящие десятки и сотни тысяч человеческих жизней. Землетрясения всегда вызывали ужас своей силой, непредсказуемостью, последствиями. Человек в таких случаях чувствует себя отданным во власть «гнева божья». Земная твердь, самое незыблемое в представлении человека, вдруг оказывается подвижной, она вздымается волнами и раскалывается глубокими ущельями.

Известно большое число катастрофических землетрясений, во время которых число жертв составило многие тысячи. В 1556г. в Китае, в провинции Шэньси, страшное землетрясение привело к гибели 830 тыс. человек, а многие сотни тысяч получили ранения. Лиссабонское землетрясение в Португалии в 1755 г. унесло более 60 тыс. человеческих жизней. Мессинское землетрясение в 1923 г. – 150 тысяч; Таншаньское в Китае в 1976 г. – 650 тысяч. Этот скорбный список можно продолжать и продолжать. В Армении 7 декабря 1888 г. в результате Спитакского землетрясения погибло более 25 тыс. человек и 250 тыс. было ранено. 28 мая 1995 г. на Севере Сахалина мощным землетрясением был стерт с лица Земли городок Нефтегорск, где погибло более 2000 человек.

Землетрясения разной силы и в разных точках земного шара происходят постоянно, приводя к огромному материальному ущербу и жертвам среди населения. Поэтому ученые разных стран не оставляют попыток определить природу землетрясения, выявить его причины и, самое главное, научиться его предсказывать, что, к сожалению, за исключением единичных случаев пока не удается.

Механизм возникновения землетрясения

Землетрясение тектонического типа, т.е. связанное с внутренними эндогенными силами Земли, представляет собой процесс растрескивания, идущий с некоторой конечной скоростью, а не мгновенно. Он предполагает образование и обновление множества разномасштабных разрывов, со вспарываением каждого из них не только с высвобождением, но и перераспределением энергии в некотором объеме. Когда мы говорим о том, что сила внешнего воздействия на горные породы превысила их прочность, то следует иметь в виду, что в геомеханике четко различают прочность горных пород как материала, которая относительно высока и прочность породного массива, включающего помимо материала горных пород еще и структурные ослабленные зоны. Благодаря последним, прочность породного массива существенно ниже, чем прочность собственно пород.

Скорость распространения разрывов составляет несколько км/сек и этот процесс разрушения охватывает некоторый объем пород, носящий название очага землетрясения. Гипоцентром называется центр очага, условно точечный источник короткопериодных колебаний.

Физико-химические процессы, происходящие вну­три Земли, вызывают изменения физического со­стояния Земли, объема и других свойств вещества. Это приводит к накапливанию упругих напряже­ний в какой-либо области земного шара. Когда уп­ругие напряжения превысят предел прочности ве­щества, произойдет разрыв и перемещение больших масс земли, которое будет сопровождаться сотрясе­ниями большой силы. Вот это и вызывает сотрясе­ние Земли — землетрясение.

Землетрясением так же обычно называют любое колебание земной поверхности и недр, какими бы причинами оно не вызывалось – эндогенными или антропогенными и какова бы ни была его интенсивность.

Землетрясения происходят на Земле не повсеме­стно. Они концентрируются в сравнительно узких поясах, приуроченных в основном к высоким горам или глубоким океаническим желобам. Первый из них — Тихоокеанский — обрамляет Тихий океан; второй — Средиземнотрансазиатский — простирает­ся от середины Атлантического океана через бас­сейн Средиземного моря, Гималаи, Восточную Азию вплоть до Тихого океана; наконец, Атланто-арктический пояс захватывает срединный Атлан­тический подводный хребет, Исландию, остров Ян-Майен и подводный хребет Ломоносова в Арктике и т. д.

Землетрясения происходят также в зоне афри­канских и азиатских впадин, таких, как Красное море, озера Танганьика и Ньяса в Африке, Иссык-Куль и Байкал в Азии.

Дело в том, что высочайшие горы или глубокие океанические желоба в геологическом масштабе яв­ляются молодыми образованьями, находящимися в процессе формирования. Земная кора в таких областях подвижна. Подавляющая часть землетрясений связана с процессами горообразования. Такие зем­летрясения называют тектоническими. Ученые со­ставили специальную карту, на которой показано, какой силы землетрясения бывают или могут быть в разных районах нашей страны: в Карпатах, в Крыму, на Кавказе и в Закавказье, в горах Пами­ра, Копет-Дага, Тянь-Шаня, Западной и Восточной Сибири, Прибайкалье, на Камчатке, Курильских островах и в Арктике.

Бывают еще и вулканические землетрясения. Лава и раскаленные газы, бурлящие в недрах вул­канов, давят на верхние слои Земли, как пары ки­пящей воды на крышку чайника. Вулканические землетрясения довольно слабы, но продолжаются долго: недели и даже месяцы. Замечены случаи, когда они возникают до извержения вулканов и служат предвестниками катастрофы.

Сотрясения земли могут быть также вызваны об­валами и большими оползнями. Это местные об­вальные землетрясения.

Как правило, сильные землетрясения сопровож­даются повторными толчками, мощность которых постепенно уменьшается.

При тектонических землетрясениях происходят разрывы или перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли, называемом очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно достигает нескольких десятков километров, а в отдельных случаях и сотен километров. Уча­сток Земли, расположенный над очагом, где сила подземных толчков достигает наибольшей величи­ны, называется эпицентром.

Иногда нарушения в земной коре — трещины, сбросы — достигают поверхности Земли. В таких случаях мосты, дороги, сооружения оказываются разорванными и разрушенными. При землетрясении в Калифорнии в 1906 г. образовалась трещина про­тяженностью в 450 км. Участки дороги около тре­щины сместились на 5—6 м. Во время Гобийского землетрясения (Монголия) 4 декабря 1957 г. воз­никли трещины общей протяженностью 250 км. Вдоль них образовались уступы до 10 м. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опу­скаются и заливаются водой, а в местах, где уступы пересекают реки, появляются водопады.

Как же часто на Земле происходят землетрясе­ния? Современные точные приборы фиксируют ежегодно более 100 тыс. землетрясений. Но люди ощущают около 10 тыс. землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Сила сотрясения, или сила проявления землетря­сения на земной поверхности, определяется балла­ми. Наиболее распространенной является 12-балль­ная шкала. Переход от неразрушительных к разру­шительным сотрясениям соответствует 7 баллам.

Сила проявления землетрясения на поверхности Земли в большей степени зависит от глубины оча­га: чем ближе очаг к поверхности Земли, тем сила землетрясения в эпицентре больше. Разруше­ние на поверхности Земли зависит помимо энергии, выделившейся при землетрясении и глубины очага, еще и от качества грунтов. Наибольшие разрушения происходят на рыхлых, сырых и неустойчивых грунтах. Имеет значение и качество наземных по­строек.

Изучение землетрясений

Информация, полученная при регистрации земле­трясений, очень важна для науки, 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.

Как это происходит? При землетрясении переме­щаются, колеблются частицы горных пород. Они толкают, колеблют соседние частицы, которые передают колебания еще дальше в виде упругой волны.

Таким образом, сотрясение как бы передается по цепочке и расходится в виде упругих волн во все стороны. Постепенно, по мере удаления от очага землетрясения, волна ослабевает.

Известно, например, что упругие волны переда­ются по рельсам далеко вперед от мчащегося поез­да, наполняя их ровным, чуть слышным гулом. Упругие волны, которые возникают при землетрясе­нии, называются сейсмическими. Они регистрируются сейсмографами на сейсмических станциях всего земного шара. Сейсмические волны, идущие от очага землетрясения к сейсмическим станциям, проходят через толщи Земли, которые недоступны для прямого наблюдения. Характеристики зареги­стрированных сейсмических волн — время их появ­ления, амплитуда, период колебаний и другие па­раметры — позволяют определять положение эпи­центра землетрясения, его магнитуду, возможную силу в баллах. Сейсмические волны несут и инфор­мацию о строении Земли. Расшифровать сейсмо­грамму — все равно что прочитать рассказ сейсмиче­ских волн о том, что они встретили в глубине Зем­ли. Это сложная, но увлекательная задача. При землетрясении вдоль поверхности Земли, как и вдоль океанов, распространяются очень длинные поверхностные сейсмические волны с периодами от нескольких секунд до нескольких минут. Эти вол­ны по нескольку раз обегают вокруг Земли. Рас­пространяясь от эпицентра навстречу друг другу, они заставляют колебаться весь земной шар в це­лом. Земной шар начинает «звучать», как гигант­ский колокол, когда по нему ударят, и таким уда­ром для Земли служит сильное землетрясение. В последние годы установлено, что основной тон такого «звучания (колебания) имеет период около одного часа и регистрируется особо чувствительной аппаратурой. Эти данные путем сложных расчетов на электронно-вычислительной машине позволяют делать выводы о физических свойствах нашей планеты, определять строение оболочки или мантии Земли на глубине в сотни километров.

В особом приборе — сейсмографе, отмечающем землетрясения, используется свойство инерции. Главная часть сейсмографа — маятник — представ­ляет собой груз, подвешенный на пружине к штати­ву. Когда почва колеблется, маятник сейсмографа отстает от ее движения. Если к маятнику прикрепить иглу и к ней прижать закопченное стекло так, чтобы игла лишь соприкасалась с его поверхностью, получится наиболее простой сейсмограф, которым пользовались раньше. Почва, а вместе с ней штатив и стеклянная пластинка колеблются, маятник и игла вследствие инерции остаются неподвижными. На закопченной поверхности игла прочертит кри­вую колебания поверхности Земли в данной точке.

Если вместо иглы к маятнику прикрепить зерка­ло и направить на него луч света, то отраженный луч — «зайчик» — будет воспроизводить колебания почвы в увеличенном виде. Такой «зайчик» направ­ляют на равномерно движущуюся ленту фотобума­ги; после проявления на этой ленте можно видеть записанные колебания — кривую колебаний Земли во времени — сейсмограмму.

Интенсивность или сила землетрясений характеризуется как в баллах (мера разрушений), так и понятием магнитуда (высвобожденная энергия). В России используется 12-балльная шкала интенсивности землетрясений MSK – 64, составленная С.В.Медведевым, В. Шпонхойером и В. Карником.

Согласно этой шкале, принята следующая градация интенсивности или силы землетрясений:

1 –3 балла – слабые;

4 – 5 баллов – ощутимые;

6 – 7 баллов – сильные (разрушаются ветхие постройки);

8 – разрушительное (частично разрушаются прочные здания, заводские трубы);

9 – опустошительное (разрушаются большинство зданий);

10 – уничтожающее (разрушаются почти все здания, мосты, возникают обвалы и оползни)

11 – катастрофические (разрушаются все постройки, происходит изменение ландшафта);

12 – губительные катастрофы (полное разрушение, изменение рельефа местности на обширной площади).

Сейсмологи во всем мире пользуются одинаковыми определениями в сейсмологии:

а) сейсмическая опасность – возможность (вероятность) сейсмических воздействий определённой силы на поверхности земли (в баллах шкалы сейсмической интенсивности, амплитудах колебаний или ускорениях) на заданной площади в течение рассматриваемого интервала времени;

б) сейсмический риск – рассчитанная вероятность социального и экономического ущерба от землетрясений на заданной территории в заданный интервал времени.

Новый шаг в мировой сейсмологии сделал еще в 1902 г. академик Б. Б. Голицын, который предло­жил способ преобразования механических колеба­ний сейсмографа в электрические и регистрацию их с помощью зеркальных гальванометров.