Новости звезд
Землетрясения. Что такое землетрясение. Баллы и причины землетрясений
Сейсмическая шкала
Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.
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. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.
Введение
Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли . Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки - уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии , накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.
Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:
- Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
- Архимедовой силы , действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии ;
- Лунно -солнечных приливов;
- Изменяющегося атмосферного давления .
Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения - афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения - форшоки - могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.
Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий.
Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией .
Сейсмические волны и их измерение
Типы сейсмических волн
Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига .
- Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
- Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).
Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.
Измерение силы и воздействий землетрясений
Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.
Шкала магнитуд
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.
Шкалы интенсивности
Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)
12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.
| Балл | Сила землетрясения | Краткая характеристика |
|---|---|---|
| 1 | Не ощущается. | Отмечается только сейсмическими приборами. |
| 2 | Очень слабые толчки | Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными. |
| 3 | Слабое | Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика. |
| 4 | Умеренное | Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей. |
| 5 | Довольно сильное | Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери. |
| 6 | Сильное | Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются. |
| 7 | Очень сильное | Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми. |
| 8 | Разрушительное | Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. |
| 9 | Опустошительное | Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся. |
| 10 | Уничтожающее | Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов. |
| 11 | Катастрофа | Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов. |
| 12 | Сильная катастрофа | Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает. |
Происходящее при сильных землетрясениях
Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты , дороги , дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.
Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.
В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады . Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой . Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни . Во время землетрясения в Калифорнии в году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.
Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто? ] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.
Измерительные приборы
Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы - сейсмографы . В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие - к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).
Другие виды землетрясений
Вулканические землетрясения
Вулканические землетрясения - разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана . Причина таких землетрясений - лава , вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно - недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.
Техногенные землетрясения
В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность - увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах , а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.
Обвальные землетрясения
Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями . Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.
Землетрясения искусственного характера
Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве . Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.
Наиболее разрушительные землетрясения
- 23 января - Ганьсу и Шеньси, Китай - 830 000 человек погибло
- - Ямайка - Превращен в руины г.Порт-Ройял
- - Калькутта , Индия - 300 000 человек погибло
- - Лиссабон - от 60 000 до 100 000 человек погибло, город полностью разрушен
- - Колабрия, Италия - от 30 000 до 60 000 человек погибло
- - Нью-Мадрид, Миссури , США - город превращен в руины, наводнение на территории в 500 кв.км
- - Санрику, Япония - эпицентр был под морем. Гигантская волна смыла в море 27 000 человек и 10 600 строений
- - Ассам , Индия - На площади в 23 000 кв.км.рельеф изменен до неузнаваемости, вероятно крупнейшее за всю историю человечества землетрясение
- - Сан-Франциско , США 1 500 человек погибло, уничтожено 10 кв.км. города
- - Сицилия , Италия 83 000 человек погибло, превращен в руины г.Мессина
- - Ганьсу , Китай 20 000 человек погибло
- - Великое землетрясение Канто - Токио и Йокогама , Япония (8,3 по Рихтеру) - 143 000 человек погибло, около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров
- - Внутренний Тавр, Турция 32 000 человек погибло
- - Ашхабад , Туркмения , Ашхабадское землетрясение , - 110 000 человек погибло
- - Эквадор 10 000 человек погибло
- - Гималаи разворочена в горах территория площадью 20 000 кв.км.
- - Агадир , Марокко 12 000 - 15 000 человек погибло
- - Чили , около 10 000 погибло, разрушены города Консепсьен, Вальдивия , Пуэрто-Мон
- - Скопье , Югославия около 2 000 погибло, большая часть города превращена в руины
Характер действия сейсмических волн землетрясения на здания, сооружения, технологическое оборудование и коммунально-энергетические сети (КЭС)
Землетрясения - это подземные толчки и колебания земной поверхности, которые возникают в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и которые передаются на большие расстояния в виде упругих колебаний. В зависимости от механизма, который изменяет состояние земной коры и приводит к возникновению подземных толчков, землетрясения подразделяются на вулканические, обвальные, искусственного характера и тектонические.
Наиболее сильными и разрушительными являются тектонические землетрясения, которые происходят на границах тектонических плит, на которые разбита земная кора.
Механизм возникновения подобных землетрясений показан на рис. 1.
Две тектонических плиты имеют общую границу, по которой происходит скольжение одной плиты относительно другой со скоростью до нескольких сантиметров в год. В каком-то месте происходит зацепление плит и начинается накопление потенциальной энергии в этом месте. Плиты же, как большие пространственные объекты, продолжают свое движение, несколько замедленно на границе соприкосновения. В момент, когда накопленная энергия достигает предела, при котором происходит разрушение зацепления, плиты прыжком меняют свое положение, а часть энергии, которая осталась от разрушительной работы, распространяется в земной коре в виде сейсмических волн.
Рис.1. Механизм возникновения тектонического землетрясения
Основные характеристики землетрясений
Сейсмическая волна, которая достигла земной поверхности, вызывает ее колебание, что и является причиной многих опасностей, связанных с землетрясениями. Если бы место накопления энергии было точечным, то сейсмическая волна распространялась бы в земной коре в виде сферы. В действительности зона зацепления имеет некую протяжность и потому высвободившаяся энергия распространяется в виде эллипсоида, как показано на рис. 2, а на поверхности земли линии одинаковой амплитуды колебаний (изосейсты) будут образовывать не концентрические круги, а эллипсы.
Важной характеристикой землетрясения является глубина места, где происходит накопление энергии и потом возникает подземный удар, то есть глубина очага землетрясения (h). В разных сейсмических районах глубина очага землетрясения может колебаться от нескольких до 700 км, то есть находиться в коре, или в верхней мантии.
Точка в глубине Земли, условный центр очага, называется гипоцентром землетрясения, а ее проекция на поверхность Земли - эпицентром.
Ежегодно регистрируют на земном шаре сотни тысяч землетрясений, однако, большинство из них слабые и человеком не ощущаются. Мощность землетрясений оценивают по интенсивности разрушений на поверхности Земли.
Одним из основных параметров, которые характеризуют силу землетрясения, является интенсивность (амплитуда) колебания почвы на поверхности Земли. Однако амплитуда колебаний характеризует интенсивность землетрясения только в конкретной точке, поскольку она меняется в зависимости от расстояния до эпицентра.
Однозначной характеристикой землетрясения в целом является магнитуда как мера общего количества энергии, которая излучается при сейсмическом толчке в форме упругих волн. Однако, в отличие от интенсивности колебаний почвы, магнитуду нельзя измерять приборами, а возможно только вычислить по измеренным параметрам.
тектонический разлом
эпицентр
h глубина очага
9 8 7 балов
гипоцентр
изосейсты
на поверхности
Рис. 2. Характеристика землетрясения
Шкалы измерения основных параметров землетрясения и их взаимосвязь
Для оценки интенсивности землетрясения на поверхности Земли в нашей стране используется международная 12-бальная шкала MSK - 64, аналогичная принятой в Европе модифицированной шкале Меркалли.
По этой шкале землетрясения делятся на слабые (1-4 балла), сильные (5-7 баллов) и разрушительные (8 баллов и больше). Конкретная оценка интенсивности (силы) землетрясения (J) производится с помощью чувствительного прибора - сейсмографа, который отмечает и записывает колебание земной коры, а также определяет их силу и направление.
Для оценки интенсивности землетрясения в гипоцентре в международной практике и в нашей стране используется величина, называемая магнитудой. Магнитуда является мерой энергии, которая выделяется в гипоцентре.
Численно магнитуда равняется десятичному логарифму максимального смещения (𝜆 𝑚𝑎𝑥) земной коры (в микронах) по сейсмографу на расстоянии 100 километров от эпицентра землетрясения:
Для определения магнитуды применяется 9-ти бальная шкала Рихтера.
Зависимость между высвободившейся энергией и магнитудой землетрясения (М) выражается уравнениям:
lg E (дж) = 5,24 + 1,44 M.
Сильнейшие из когда-нибудь зарегистрированных землетрясений имели М = 8,9 баллов (в 1933 г у берегов Японии и в 1906 г в Эквадоре). По-видимому, этот предел обусловлен физическими свойствами пород, которые составляют толщу тектонических плит.
Разрушительные действия землетрясения характеризуются двенадцатибальной шкалой интенсивного действия сейсмических волн (приложение Б).
Разрушения принято подразделять на полные, сильные, средние и слабые.
Полные разрушения - это разрушение всех элементов зданий, в том числе и подвальных помещений, поражения людей, которые находятся в них, ущерб составляет более 70 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости). Оборудование, средства механизации и техника возобновлению не подлежат. На коммунально-энергетических системах разрывы кабелей, разрушения значительных участков трубопроводов и т. п. Дальнейшее их использование не возможно.
Сильные разрушения - это разрушение части стен и перекрытий этажей, их деформация, возникновение трещин в стенах, поражение значительного количества людей, которые находятся в них. Ущерб составляет от 30 до 70 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости). Возобновление зданий и сооружений возможно, но нецелесообразно, потому что практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью испорчены и значительно деформированы. На коммунально-энергетических сетях разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации опор воздушных линий электропередач и связи. Возможно ограниченное использование сохранившихся зданий. Возобновление возможно после капитального строительства.
Средние разрушения - это разрушение преимущественно второстепенных элементов зданий и сооружений, возникновение трещин в стенах. Подвальные помещения не разрушаются, перекрытия остаются. Люди поражаются чаще обломками конструкций. Ущерб составляет 10-30 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости зданий). Деформированы отдельные узлы оборудования и техники. На коммунально-энергетических сетях деформированы и повреждены отдельные опоры воздушных линий электропередач, имеют место разрывы и повреждения технологических трубопроводов.
При средних разрушениях техника, транспорт и промышленное оборудование возобновляется мероприятиями среднего ремонта. Зданиям необходим капитальный ремонт.
Слабые разрушения - это разрушение окон, дверей и перегородок. Поражение людей возможно обломками конструкций. Подвалы и нижние этажи не повреждаются. Они пригодны для использования после текущего ремонта зданий. Ущерб составляет до 10 % стоимости основных производственных фондов (балансовой стоимости зданий). На коммунально-энергетических сетях имеют место незначительные повреждения и поломки конструкционных элементов. Возобновление возможно после среднего или текущего ремонта.
Степень разрушения конкретного типа здания и сооружения или оборудования от действия сейсмических волн определяется главным образом интенсивностью колебания земной коры J в баллах.
Существуют две величины, характеризующие силу землетрясения, — магнитуда и интенсивность. Интенсивность землетрясения — это величина внешних проявлений подземных толчков, которая измеряется баллами и показывает ущерб, нанесённый данной местности. В разных странах используются различные «шкалы интенсивности», в России это 12-балльная шкала Медведева - Шпонхойера - Карника , в США — шкала Меркалли . В странах Европейского союза с 1996 года применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS).
Сейсмическая шкала в России
1 балл — колебания ощущаются исключительно приборами. Человек колебаний не ощущает.
2 балла — колебания могут почувствовать только люди, что находятся в спокойном, неподвижном состоянии.
3 балла — колебания ощущаются только внутри некоторых зданий.
4 балла — колебания чувствует большинство людей. В зданиях могут дребезжать стёкла, посуда.
5 баллов — колебания могут разбудить спящего человека. В помещениях нетрудно заметить раскачивание висячих предметов (например, ламп или люстр), колебания мебели. Появляются трещины в штукатурке. На улице качаются тонкие ветки деревьев.
6 баллов — ощущаются колебания всеми людьми, со стен падают картины, отдельные куски штукатурки отваливаются.
7 баллов — неизбежны трещины в штукатурке и в стенах кирпичных зданий. В некоторых зданиях возникает угроза частичных обрушений.
8 баллов — существенные конструктивные повреждения зданий: крупные трещины в стенах, обрушение балконов, карнизов и дымовых труб. Появляются трещины на крутых склонах и на почве.
9 баллов — в некоторых зданиях возникают обвалы, обрушение перекрытий и стен.
10 баллов — большинство зданий находятся под угрозой обрушения. На поверхности земли возникают трещины шириной до 1 метра.
11 баллов — полномасштабное обрушение всех построек и конструкций, крупные обвалы в горах, большое количество крупных трещин на поверхности земли. Наблюдается разрушение мостов.
12 баллов — изменение рельефа местности вплоть до неузнаваемости. Катастрофические последствия землетрясений — обвалы, оползни, изменение рельефа.
Сейсмическая шкала в Европе
1 балл — колебания не отмечаются, ощущаются исключительно приборами.
2 балла — колебания могут почувствовать только люди и животные на верхних этажах зданий в состоянии покоя.
3 балла — колебания в виде раскачиваний и лёгкого дрожания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома.
4 балла — лёгкое дребезжание посуды и стёкол внутри зданий.
5 баллов — лёгкие колебания по всей поверхности внутри зданий. Подвешенные предметы качаются от сильных вибраций. Объекты с высоко расположенным центром тяжести падают. Двери и окна раскрываются и закрываются.
6 баллов — падают небольшие предметы, тонкие трещины в штукатурке.
7 баллов — большинство предметов падает с полок, многие здания умеренно повреждены, неизбежны трещины в штукатурке, часть дымовых труб обрушивается.
8 баллов — перевёрнутая мебель, большинству зданий нанесён значительный ущерб. Большие трещины в стенах. Некоторые здания могут быть полностью разрушены.
9 баллов — памятники и колонны падают. Некоторые здания обрушены полностью.
10 баллов — большинство зданий полностью разрушены.
11 баллов — практически все здания полностью разрушены.
12 баллов — практически все здания наземные и подземные сильно повреждены или разрушены.
Сейсмическая шкала в США
1 балл — колебания не ощущаются людьми.
2 балла — колебания ощущают люди в спокойной обстановке на верхних этажах зданий.
3 балла — колебания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома, в помещениях качаются висящие предметы.
4 балла — звенят оконные стёкла, посуда, скрипят двери.
5 баллов — колебания ощущаются на улице, выплёскивается жидкость из посуды.
6 баллов — трескается штукатурка и кирпичная кладка, сдвигается и переворачивается мебель, лопаются оконные стёкла.
7 баллов — трудно стоять на ногах, осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка, на поверхности водоёмов появляются волны.
8 баллов — падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники, обламываются ветки деревьев, в грунте образовываются трещины.
9 баллов — лопаются каркасы строений и подземные трубы, образуются серьёзные трещины в грунте и песчаные воронки.
10 баллов — рушится кирпичная кладка и мосты, возникают мощные оползни.
11 баллов — деформация железнодорожных путей, выходят из строя подземные трубопроводы.
12 баллов — полное разрушение зданий, нарушение линии горизонта, взлетают в воздух отдельные предметы.
Как измеряется магнитуда землетрясений?
Магнитуда — условная величина, характеризующая общую энергию колебаний, вызванных землетрясением. Она определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч. Ф. Рихтера, предложившего её в 1935 году). С увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4.
Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5):
|
Магнитуда |
Характеристики |
|
Наиболее слабое землетрясение, которое может быть зарегистрировано с помощью приборов. |
|
|
Колебания ощущаются людьми в районе эпицентра. |
|
|
Вблизи эпицентра могут наблюдаться небольшие повреждения. |
|
|
Наблюдаются умеренные разрушения. |
|
|
Сильные разрушения, разлом в сотни километров. На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9. |
Крупнейшими известными землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6.
Шкала Рихтера создана для определения силы колебаний земли. Говоря иначе, линейка помогает установить мощность землетрясений. Система международная. Начинал разрабатывать ее итальянец Меркалли. Кто е такой Рихтер и почему он забрал лавры у предшественника? Будем выяснять.
История шкалы Рихтера
Шкала землетрясения Рихтера принята в 1930-ых. Система Меркалли не просто переименована, а доработана. Итальянец вял за основу 12-бальную . Минимальные толчки – единица.
Сильными признавались землетрясения от 6-ти баллов. Это устраивало не все государства. В России, к примеру, ориентировались на 10-ти, а в Японии на 7-бальный пределы. Между тем, настал век глобализации.
Требовался единый стандарт, дабы данные всех сейсмографов были понятны в любой точке Земли. Тут-то в дело и включился Чарльз Рихтер. Американец предложил использовать десятичный логарифм.
Вычисление амплитуды колебаний прямо пропорционально отклонению иглы на сейсмографе. При этом, Рихтер ввел поправку в соответствии с удаленностью местности от эпицентра землетрясения.
Шкала магнитуд Рихтера была официально принята в 1935-ом. Мир стал ориентироваться не просто на 10 баллов, но и на 10-бальную разницу между соседними отметками линейки.
2-бальное землетрясение в 10 раз сильнее 1-бального. 3-бальные толчки в 10 раз мощнее 2-бальных, и так далее. Но, как определить силу сотрясений? Как понять, что подвижки земной коры именно 3-х, 7-ми, 9-бальные?
Шкала Рихтера – баллы в визуальных и физических проявлениях
Баллы помогают измерить интенсивность поверхностных толчков. Их сила в недрах Земли, где происходит разлом, больше. Часть энергии теряется на пути к твердой коре планеты. Получается, интенсивность тем выше, чем ближе к поверхности очаг. 1 балл не ощутим людьми.
2 балла распознаются лишь на верхних этажах высоток, чувствуются слабые колебания. При 3-х баллах раскачиваются люстры. Ощутимые сотрясения внутри строений, даже невысотных, — это 4 балла.
5-бальные землетрясения засекаются уже не только в домах, но и на улице. При 6-ти баллах могут лопнуть стекла, двигается мебель, посуда. Трудно удержаться на ногах становится во время 7-бального землетрясения. По кирпичным стенам расползаются трещины, разрушаются лестничные пролеты, на дорогах образуются оползни.
При 8-ми баллах здания уже рушатся, а так же, рвутся коммуникации, проложенные под землей. 9-бальные толчки приводят к волнениям в водоемах, могут вызвать, к примеру, цунами. Почва трескается.
Сминается же и ломается она во время 10-бальных землетрясений. 11 баллов … Стоп. Ведь шкала Рихтера оканчивается на десятке. В том-то и дело. Пробелы в познаниях обывателей привели к смешению систем Меркалли и Рихтера.
Поверхностную интенсивность толчков в баллах измеряли по итальянской шкале. Она, как видно, не канула в лету, а неофициально присоединилась к американской. У Меркалли есть и 11, и 12 баллов.
При 11-ти кирпичные здания разрушатся до основания, от дорог тоже остается лишь напоминание. 12 баллов – это катастрофическое землетрясение, меняющее рельеф земли. Трещины в ней достигают вширь 10-15 метров.
Теперь разберемся, о чем же говорят отметки истинной шкалы Рихтера. Она «завязана» на магнитуде, которую не учитывал Меркалли. Магнитуда определяет энергию, выделившуюся при подвижках в земных недрах. Рассматриваются не внешние проявления землетрясения, а его внутренняя суть.
Шкала Рихтера — таблица магнитуд
Если определить баллы можно, наблюдая за изменениями на поверхности планеты, то магнитуду вычисляют только по показаниям сейсмографов. В расчетах за основу берется тип волн некоего типичного, усредненного землетрясения.
Показатель ставится в логарифм с максимальными амплитудами конкретных сотрясений. Магнитуда пропорциональна этому логарифму.
Сила выбрасываемой при землетрясении энергии зависит от размеров его очага, то есть длины и ширины разлома в породах. Типичные толчки по Рихтеру могут измеряться не только целыми, но и дробными числами.
Так, магнитуда 4,5 приводит к незначительным разрушениям. Параметры разлома – лишь несколько метров по вертикали и в длину. Очаг в несколько километров, как правило, дает землетрясения с магнитудой 6.
Разлом в сотни километров – магнитуда 8,5. В шкале Рихтера есть и 10-ка. Но, это, так сказать, нереальный предел. На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9-ти. Видимо, и не произойдет.
Для 10-ой магнитуды нужна глубина разлома более 100 километров. Но, на такой глубине земля уже не твердая, вещество превращается в жидкость – мантию планеты. Протяженность очага, тянущего на десятку, должна превысить 1000 километров. Но, подобные разломы ученым не известны.
Не встречаются, точнее, не фиксируются приборами и землетрясения с магнитудой 1. Самые слабые толчки, ощущаемые и сейсмографами, и людьми – 2 балла. Да, показатели магнитуды иногда тоже именуют баллами. Но, правильнее, произносить лишь цифру, дабы не произошло путаницы со шкалой Меркалли.
Существует примерное соотношение бальности землетрясения с его магнитудой. При этом, важно учитывать глубину залегания очага толчков. Проще всего соотнести показатели, глядя на таблицу.
| Километры | Магнитуда |
|||
| 5 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 10 | 7 | 8-9 | 10 | 11-12 |
| 20 | 6 | 7-8 | 9 | 10-11 |
| 40 | 5 | 6-7 | 8 | 9-10 |
Из видно, что одна и та же магнитуда может привести к разным разрушениям в зависимости от глубины залегания очага. Есть и другие основания судить, каким будет землетрясение в баллах ? Баллы по шкале Рихтера зависят еще и от сейсмоустойчивости зданий в районе подземных толчков, характера почвы.
В добротных строениях сила землетрясения воспринимается иначе, нежели в домах, возведенных без учета возможных подвижек земной коры. Чарльз Рихтер говорил об этом еще в 1930-ых.
Ученый не просто создал международную шкалу, но и всю жизнь боролся за разумное строительство, с учетом всех рисков конкретной местности. Именно благодаря Рихтеру многие страны ужесточили нормы возведения зданий.
Благодаря современным технологиям, ученым удалось подсчитать, сколько ежегодно происходит землетрясений на нашей планете. Их фиксируется больше миллиона. Большая часть их них не ощущается людьми из-за своей малой магнитуды, но есть те, которые становятся настоящей катастрофой.
А что такое магнитуда землетрясений и в чем ее измеряют? Как ученым удается определять, какие из явлений нанесут ущерб, а какие останутся неощутимыми?
Магнитуда
Учеными были разработаны специальные шкалы, по которым измеряют силу подземных толчков. Чтобы понять, что такое магнитуда землетрясения, необходимо ознакомиться с величинами измерений этого явления.
Есть несколько типов шкал: Меркалли - Канкани, Медведева - Шпонхойера - Карника, Рихтера. Благодаря им понятно, что такое магнитуда. Это число, которое можно измерить по определенному эталонному показателю. Во время очередного землетрясения принято говорить о бальности и магнитуде.
Шкала определения магнитуды
Самой первой шкалой длительное время считали сетку Меркалли - Канкани. В наше время она является устаревшей моделью, так что значение подземных толчков ею не измеряют.
Однако на ее основе разработаны все современные методы оценки силы ударов, в числе которых международная шкала MSK 64 (Медведева - Шпонхойера - Карника). Ее берут в большинстве стран мира для анализа интенсивности явления.
MSK 64
Данная система оценки представлена двенадцатибальной шкалой. По ней можно узнать, что характеризует магнитуда землетрясения:
- 1 балл. Такие явления не ощущаются людьми, но их фиксируют аппараты.
- 2 балла. В некоторых случаях могут наблюдаться людьми, чаще всего на верхних этажах зданий.
- 3 балла. Удары заметны тем, у кого высокая чувствительность.
- Землетрясение 4 балла. Отмечается дребезжание стекол.
- 5 баллов. Считается достаточно ощутимым землетрясением, при котором могут раскачиваться отдельные предметы.
- 6 баллов. Образование трещин на зданиях.
- 7 баллов. Возможно падение тяжелых предметов. В стенах зданий появляются крупные трещины.
- 8 баллов. Дома частично рушатся.
- 9 баллов. Здания и другие конструкции рушатся.
- 10 баллов. В грунте возникают глубокие трещины, старые строения полностью разрушаются.
- 11 баллов. На поверхности земли появляются многочисленные трещины, в горах происходят обвалы. Здания полностью разрушаются.
- 12. Рельеф серьезно изменяется, а строения полностью разрушаются.
Оценка по системе Рихтера
В 1935 году ученый Ч. Рихтер предположил, что магнитуда - это энергия сейсмических волн. На основе этого утверждения он разработал особую шкалу, по которой до сих пор проводят оценку сотрясательной активности.
Шкала магнитуд Рихтера характеризует величину энергии, выделяемой во время сейсмологической активности. В ней используется логарифмический масштаб, где каждое значение указывает на толчок в десять раз больше предыдущего. К примеру, если фиксируется землетрясение 4 балла, то явление вызовет в десять раз более сильное колебание, чем магнитуда 3 балла по этой же шкале.
По Рихтеру, сейсмологическая активность измеряется следующим образом:
1.0-2.0 - фиксируется приборами;
2.0-3.0 - слабые ощущения толчков;
3.0 - раскачиваются люстры в домах;
4-5 - толчки слабые, но могут вызывать незначительные разрушения;
6.0 - толчки, способные вызвать умеренные разрушения;
7 - трудно устоять на ногах, по стенам начинают идти трещины, лестничные пролеты могут разрушаться;
8.5 - очень сильные землетрясения, способные вызывать изменения рельефа.
9 - вызывает цунами, почва сильно трескается.
10 - глубина разлома сто и более километров.
Землетрясения в истории
Одним из самых сильных землетрясений в мире стала сейсмологическая активность, зафиксированная в 1960 году в Чили. По шкале Рихтера, приборы указали на значительную активность. Тогда чилийцы узнали, что такое магнитуда 8.5 балла. Толчки вызвали цунами с десятиметровой высотой волн.
Через четыре года, в северной части Аляскинского залива, были зафиксированы сотрясания магнитудой 9 баллов. Из-за этой активности плит произошло сильное изменение береговой линии некоторых островов.
Еще одно мощное землетрясение произошло в 2004 году в Индийском океане. По шкале Рихтера ему присвоено 9 баллов. Толчки стали причиной возникновения сильнейшего цунами с высотой волны более пятнадцати метров.
В 2011 году, в Японии, произошло землетрясение, которое стало причиной огромной трагедии: погибли тысячи людей и была разрушена АЭС.
К сожалению, подобные катастрофы не большая редкость. Как предотвратить землетрясения, ученым пока неизвестно.
