Что такое сейсмические явления

Сейсмические явления

Это происходит вследствие того, что в недрах земной коры (или в верхней мантии) возникают напряжения, которые в конечном итоге под действием тектонических сил находят выход в распрямлении сжатых пород, в образовании разрывов, что проявляется в виде толчков. Таким образом, сейсмические толчки – явление чисто механическое. При толчках возникают упругие волны, которые распространяются во все стороны от мест разрывов. Эти волны называются сейсмическими.

Если большинство пород, слагающих земную кору, рассматривать как упругую среду, то сейсмические волны передают деформации, возникающие в горных породах, на значительные расстояния и с большой скоростью. Эти волны по виду деформаций делятся на продольные и поперечные.

При встрече подземных упругих волн с поверхностью земли возникает новый вид колебательного движения – так называемые поверхностные волны. Это обычные волны тяжести, которые приводят к деформациям поверхности земли. На рис. 5 цифрами и буквами обозначены: Э – эпицентр; Г – гипоцентр; 1 – продольные волны (P-волны); 2 – поперечные волны (волны сдвига, S-волны); 3 – поверхностные волны (L-волны). На рис. 6 в виде блок-диаграммы показан сейсмоопасный участок.

Рис. 5. Сейсмические волны

Рис. 6. Блок-диаграмма сейсмоопасного участка

Глубина залегания гипоцентра бывает 1-10 км – поверхностные сейсмические явления, 30-50 км – коровые и от 100-700 км – глубокие. Наиболее разрушительными являются поверхностные сейсмические явления.

Анализ случаев сейсмических явлений показал, что в сейсмически активных районах Земли до 70% гипоцентров располагается до глубины 60 км.

Действие сейсмических волн или, иначе говоря, их продолжительность обычно ограничивается несколькими секундами, иногда минутами, но иногда бывают случаи более длительного времени. Так, например в 1923 г. на Камчатке сейсмическое явление продолжалось с февраля по апрель месяц (195 толчков).

Сотрясение земной коры сейсмического происхождения происходят очень часто и как стихийное бедствие после ураганов и тайфунов занимают второе место по величине материального ущерба, приносимого человечеству.

Ежегодно на земном шаре регистрируется около 100 тыс. сейсмических явлений, из которых около 100 приводят к разрушениям, а в ряде случаев к катастрофам, как, например, в г. Токио (1923 г), Сан-Франциско (1906 г), Чили и на острове Сицилия (1968 г). Исключительное по силе сейсмическое явление произошло в Монголии (1956 г). Один из горных пиков раскололся пополам, часть горы высотой в 400 м обрушилась в ущелье, образовалась сбросовая впадина длиной до 18 км и шириной около 800 м, на поверхности земли появились трещины шириной до 20 м, главная из которых протянулась в длину до 250 км.

Сейсмические явления возникают, как на суше, так и на дне океанов. В связи с этим среди них различают моретрясения и землетрясения.

Моретрясения возникают в океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрое поднятие и опускание дна порождает на его поверхности пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями в несколько километров и высотой на многие метры (рис. 7).

Рис. 7. Схематическое изображение цунами

При подходе к берегам вместе с подъёмом дна высота волны увеличивается до 15-20 м и более. Уникальный случай произошел в 1964 г на Аляске, где высота волны достигла 66 м при скорости движения – 585 км/час.

Цунами передвигаются на расстояния в сотни и даже тысячи километров со скоростью 500-800 км/час и более.

В России цунами бывают в Тихом океане у берегов Камчатки и Курильских островов. Одно из таких цунами было в 1952 г. Перед приходом волны море отступило на 500 м, а через 40 минут волна ударила в берега, разрушила все постройки и дороги, покрыла прибрежную территорию песком, илом и обломками пород. Через некоторое время, вслед за первой, пришла вторая волна высотой в 10-15 м, которая довершила разгром берега.

Цунами возникают реже землетрясений. Так, за 200 последних лет на Камчатке и Курилах их было всего 14, из которых четыре были катастрофическими. Последнее глобальное катастрофическое цунами произошло в Индийском океане в конце декабря 2004 года, когда по общим оценкам погибло более 200 тысяч человек в Индонезии и странах Индокитая.

Строительство на берегах, куда может подойти цунами требует выполнения защитных мероприятий. В России, как и в сопредельных странах Тихоокеанского региона, действует служба наблюдений, которая своевременно оповещает о приближении цунами. Это позволяет укрыть людей от опасности. Сооружения размещают на высокой части рельефа, при необходимости прикрывают берега железобетонными молами, ставят волноотбойные стены, создают защитные земляные насыпи.

В России землетрясения бывают на Кавказе, Алтае, Саянах, Прибайкалье, Сахалине, Курильских островах и Камчатке. Все эти территории находятся в зонах взаимодействия литосферных плит или внутри них в геосинклинальном поясе. До настоящего времени только эти районы считались сейсмическими, но уже во второй половине 20-го века стало очевидным, что землетрясения при определённых условиях могут возникать и на платформах, хотя они, в отличие от тектонических землетрясений, имеют другое происхождение.

Для суши предлагается различать четыре типа землетрясений по происхождению:

1. Тектонические, вызванные тектоническими силами земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широкими площадями и большой силой или, иначе говоря, высокой балльностью.

2. Вулканические, связанные с извержением вулканов и имеющие локальное распространение, но иногда с большой силой.

3. Денудационные (обвальные и провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или падением в провалы в результате карстообразования. Такие землетрясения имеют так же локальный характер и сравнительно небольшую силу.

4. Техногенные, связанные с производственной деятельностью человека.

Источник

Сейсмические явления

Землетрясения — кратковременные толчки и сотрясения земной поверхности, вызванные перемещением масс земной коры. Виды землетрясений:

Землетрясения, названные в п. 3—5, не бывают сильными и про­являются на незначительных площадях.

Схема землетрясения

Схемы сейсмометра и сейсмографа

Эти приборы имеют пишущий элемент с массивным грузом на пружинном креплении, который остается неподвижным, и пленку, на которой ведется запись. Пленка закрепляется так, чтобы на нее передавались движения при землетрясении. Сейсмо­графы относятся к приборам типа точной механики, сложны в кон­струкции и ремонте, нуждаются в регулярной проверке и на­стройке. Современные ученые работают над созданием сейсмо­графов, использующих другие принципы работы, не обладающих данными недостатками. При землетрясении измеряется смещение записывающей стрелки и ускорение, которое испытывает поверх­ность земли. Вычисляется энергия землетрясения, оцениваются визуальные наблюдения и происшедшие разрушения. По совокуп­ности всех параметров оценивается сила землетрясения в баллах.

Землетрясения силой 1—4 балла являются практически незамет­ными, землетрясения силой 5 баллов заметны, но почти не влекут разрушений, землетрясения силой 6 баллов считаются сильными и разрушительными, а соответствующие им территории называются сейсмичными. Сейсмичность территории всегда принимается во вни­мание строителями и инженерами-геологами. Строители изменяют и усиливают конструкцию фундаментов и самих сооружений.

Карты микросейсмического районирования составляются в крупных масштабах только для территорий населенных пунктов. При этом учитываются локальные обстоятельства, усиливающие или ослабляющие сейсмический толчок. Это в основном грун­товые, гидрогеологические, геокриологические и геоморфологи­ческие условия.

Строительные нормы и правила СНиП II-7—81 принимают в качестве эталонных инженерно-геологические условия на плотной глинистой толще, тогда ожидаемую балльность на скальных поро­дах можно уменьшить, а на рыхлых водонасыщенных грунтах уве­личить на единицу. Разные авторы предлагают свои схемы пересчета балльности с большими диапазонами приращения и уменьшения.

Если землетрясение происходит в населенном пункте, то по­мимо измерений аппаратурой изучаются площади разрушенной и неразрушенной застройки, анализируется характер разрушений, что также служит материалом для составления карты микросейсми­ческого районирования. Рекомендуется с осторожностью отно­ситься к площадям, на которых произошли максимальные разру­шения, и в дальнейшем по возможности меньше использовать их для многоэтажного строительства. Приведем пример использо­вания карты микросейсмического районирования.

Пример карты микросейсмического районирования

а — балльность всей территории Б без учета дополнительных условий; б — выпол­нено микросейсмическое районирование. Территория разделена на площади с балльностью Б-1;Б и Б + 1

Сейсмические толчки могут стать причиной цунами, обвалов, лавин, селей, активизировать оползневой и осыпной процессы. Сильные землетрясения приводят к образованию трещин и изме­нениям рельефа земли.

Цунами — высокая волна большой разрушительной силы, вы­званная землетрясением на дне моря.

Прогноз землетрясений бывает долговременным и кратковре­менным.

Реально удается только долговременный прогноз — это принципи­альное указание на то, что на данной территории ожидается земле­трясение. По сути отнесение территории к сейсмической зоне — уже есть прогноз землетрясения. Сейсмологи ведут наблюдения за различными параметрами геологической среды, резкие изме­нения в которых нередко происходят незадолго перед землетрясе­нием. К таким параметрам относятся рост напряжений и ультра­звуковые волны, изменения наклона пластов в скальных породах, перемещения поверхности земли, изменения химического состава подземных вод, особенно резкие изменения концентрации раство­ренных микрокомпонентов и газов. Неизвестно всегда, долго ли еще будет происходить рост параметра.

Кратковременный прогноз (за несколько часов или суток перед землетрясением) не получается. Известны только случаи (и то не каждый раз) аномального поведения животных непосредственно перед землетрясением. Из нор выскакивают мыши и выползают змеи, рыбки мечутся в аквариумах, кошки выпрыгивают в окна, со­баки хватают хозяев за одежду и тянут на улицу.

Самым надежным действием в борьбе с землетрясениями счита­ется сейсмостойкое строительство. Разработаны специальные кон­струкции сооружений и методы их проектирования, промышлен­ность выпускает высококачественные материалы повышенной прочности. Желательно снижать этажность сооружений, повышать устойчивость объектов водного, транспортного и энергетического хозяйства. В постоянной готовности должны находиться аварий­ные, спасательные и противопожарные службы, соответствующее обучение должно проходить население.

Источник

Сейсмические явления

По своей природе землетрясения могут быть денудационными, вулканическими, тектоническими и техногенными.Денудационные землетрясения возникают в результате толчка из-за обрушения массива горной породы. Чаще всего такие обрушения происходят на некоторой глубине от земной поверхности и связаны с разрушением природных сводов в подземных пустотах при разрастании последних до очень больших размеров.

Денудационные землетрясения характерны для карстовых районов, почему их иногда называют карстовыми землетрясениями.Однако большие обвалы могут возникнуть и на поверхности земли, поэтому название «денудационные» является более общим. Денудационные землетрясения вызываются толчками малой мощности, а возникающие при этом колебательные движения земной коры незначительны и распространяются на небольшие расстояния.

Вулканические землетрясения могут возникать при извержениях вулкана.причиной таких землетрясений могут быть обрушения кровли и стенок больших пустот, образующихся под вулканами вследствие источения больших количеств лавы. В этой форме вулканические землетрясения по своему действию аналогичны денудационным, кроме того, вулканические землетрясения могут быть вызваны взрывом магматических газов в недрах вулкана.

Интенсивность этих землетрясений значительно больше, чем денудационных, однако вулканические землетрясения, так же как и денудационные, распространяются на сравнительно небольших территориях.

Тектонические землетрясения являются следствием тектонических процессов происходящих в толщах земной коры. Их воздействие распространяется на громадные территории и вызывает разрушительные последствия как в земной коре, так и в различных зданиях и сооружениях, построенных на ее поверхности.

Тектонические землетрясения рассматриваются как основной вид землетрясений. Кроме природных причин землетрясения могут вызываться инженерной деятельностью людей.Ядерные и обычные подземные взрывы, быстрое заполнение горных ущелий водой при создании глубоких водохранилищ-все это может стать причиной землетрясения.

Землетрясения, возникающие в результате инженерной деятельности людей, называют инженерными или техногенными. В. Д. Ломтадзе отмечает, что обводнение массивов горных пород, вызванное строительством плотин, резко повышает сейсмическую активность территорий. Повышение сейсмической активности в связи с обводнением зависит от состава горных пород и строения их толщи.

В недрах Земли всегда можно установить очаг, в котором произошел разрыв, вызвавший землетрясение.Такой очаг называют гипоцентром землетрясения. Глубина залегания гипоцентров землетрясений различна и достигает 700 км.В зависимости от глубины гипоцентра различают землетрясения поверхностные при глубине гипоцентра до 50 км, промежуточные-от 50 до 300 км и глубинные-с глубиной гипоцентра более 300 км.

Рисунок-1. Схема выходов сейсмических лучей от гипоцентра землетрясения на поверхность земли

Природа сейсмических колебаний

Продольные волны распространяются во всех трех фазовых состояниях вещества(жидких, газообразных и твердых). На границе раздела двух разнородных сред они преломляются и частично отражаются ( исключение из этого правила составляют волны, возникающие на свободной поверхности жидкости или на границе двух несмешивающихся жидкостей, при этом они совершают продольные колебания.

Отраженные лучи, подобно прямым, достигают земной земной поверхности, но уже в других точках.Прямые и отраженные сейсмические лучи, достигнув земной поверхности, также отражаются от нее, образуя вторичные лучи. Сейсмический луч, многократно отраженный от земной поверхности и ядра, постепенно теряет свою силу и затухает.Образование отраженных лучей служит причиной возникновения сейсмических явлений в точках земной поверхности, весьма удаленных от гипоцентра землетрясения( смотри рисунок-2).В оболочках Земли лучи колебаний имеют вид дуг, а позади ядра они концентрируются.

Рисунок-2. Распространение упругих колебаний в теле Земли

Эпицентр землетрясения следует рассматривать не только, как некоторое геометрическое понятие.Сейсмические волны, достигнув эпицентра, возбуждают новые поперечные волны, называемые длинными или поверхностными. Поверхностные волны обладают только поперечными колебаниями, скорость их распространения значительно меньше, чем у внутренних волн, и равна 3,5 км/с. С. А. Яковлев очень образно сравнивает поверхностные сейсмические волны с волнами, образующимися на поверхности воды от брошенного камня.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Источник

Сейсмические явления

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.

Содержание

Введение

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

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. [1]

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

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

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

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США — Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе — Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Шиндо (Shindo).

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.

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 1906 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

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 2006 году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

О прогнозе землетрясений

В конце прошлого века группа известных западных сейсмологов провела сетевые дебаты [1], главным вопросом которых был «Является ли достоверный прогноз индивидуальных землетрясений реалистичной научной целью?». Все участники дискуссии, несмотря на значительные расхождения в частных вопросах, согласились с тем, что

Даже если бы точность измерений и несуществующая пока физико-математическая модель сейсмического процесса дали возможность с достаточной точностью определить место и время начала разрушения участка земной коры, магнитуда будущего землетрясения остается неизвестной. Дело в том, что все модели сейсмичности, воспроизводящие график повторяемости землетрясений, содержат тот или иной генератор стохастичности, создающий в этих моделях динамический хаос, описываемый лишь в вероятностных терминах. Более явно источник стохастичности качественно можно описать следующим образом. Пусть распространяющийся во время землетрясения фронт разрушения подходит к участку повышенной прочности. От того, будет разрушен этот участок или нет, зависит магнитуда землетрясения. Например, если фронт разрушения пройдет дальше, землетрясение станет катастрофическим, а если нет, останется небольшим. Исход зависит от прочности участка: если она ниже некоторого порога, разрушение пойдет по первому сценарию, а если выше, по второму. Возникает «эффект бабочки»: ничтожно малое различие в прочности или напряжениях приводит к макроскопическим последствиям, которые нельзя предсказать детерминистически, поскольку это различие меньше любой точности измерений. А предсказание места и времени землетрясения с неизвестной и, возможно, вполне безопасной магнитудой не имеет практического смысла, в отличие от расчета вероятности того, что сильное землетрясение произойдет.

Источник