Землетрясение: причины возникновения и возможные последствия

Что такое землетрясение

По силе различаются: от небольших, которые едва ощущаются, до мощных, которые поднимают людей в воздух и сеют хаос в целых городах.

Интенсивность и характеристики землетрясения определяются сейсмической активностью, происходящей в конкретном регионе.

Источник: dzen.ru

Энергия, накопленная в коре, внезапно высвобождается, что приводит к быстрому движению и смещению горных масс вдоль линий разломов. В результате этого движения возникают колебания, которые распространяются по земле в виде сейсмических волн. Три основных типа сейсмических волн:

1. P-волна — это звуковая волна, проходящая через горную породу. В P-волне частицы породы попеременно сжимаются и раздвигаются (так называемые сжатия и расширения), поэтому P-волны также называют волнами сжатия. Могут проходить через твердые тела, жидкости и газы. Р-волны могут проходить через жидкое внешнее ядро.

2. В S-волне частицы породы скользят друг мимо друга, подвергаясь сдвигу, поэтому S-волну также называют сдвиговой. Сдвиговые волны можно создать, например, привязав веревку к дереву и покачивая свободный конец веревки вверх-вниз или из стороны в сторону. Сами волны будут двигаться вперед, к дереву. Но частицы веревки останутся на одном месте, скользя взад-вперед мимо друг друга. Сдвиговые волны не могут распространяться в жидкостях или газах - так, например, S-волны не распространяются в океане или во внешнем ядре.

3. Поверхностные волны задерживаются у поверхности Земли, а не проходят через «тело» Земли, как P- и S-волны. Существует два основных вида: волны Лява, которые представляют собой сдвиговые волны, задерживающиеся у поверхности, и волны Рэлея, когда частицы горных пород движутся очень похоже на движения частиц воды в океанских волнах.

Причины возникновения

Происходят из-за внезапных тектонических движений в земной коре. Земная кора разделена на большие участки, называемые тектоническими плитами, которые плавают на полужидком слое, называемом астеносферой. Эти плиты постоянно находятся в движении, хотя и очень медленном.

При взаимодействии двух тектонических плит могут образовываться различные типы границ, такие как конвергентные, дивергентные и трансформные. Самые мощные и разрушительные землетрясения обычно происходят на конвергентных границах, где две плиты сталкиваются или проскальзывают друг мимо друга.

Помимо тектонических движений, землетрясения могут вызывать и другие геологические процессы. Например, вулканическая деятельность может вызывать землетрясения, когда магма поднимается через земную кору, создавая давление и раскалывая породы вокруг вулкана. Возмущения, вызванные этими движениями и разрывами в земной коре, порождают вибрации, которые распространяются во всех направлениях, сотрясая землю. Эти колебания и есть сейсмические волны, которые распространяются по планете и регистрируются сейсмографами.

Накопление напряжения и последующее высвобождение энергии в виде ударных волн — это фундаментальные механизмы, лежащие в основе стихии. Магнитуда или сила землетрясения определяется количеством энергии, высвобождаемой в ходе этого процесса.

Вероятность землетрясения в любой год рядом составляет примерно один к 20. Они могут произойти в любое время суток или ночью и продолжаться от нескольких секунд до нескольких минут. Хотя обычно они происходят вдоль линий разломов, они могут случиться везде, где есть сейсмическая активность.

Виды

Существует три основных типа:

1. Поверхностные.
2. Региональные.
3. Глубокие.

Неглубокие землетрясения наиболее распространены и обычно ощущаются населением. Они происходят, когда поверхность Земли нарушается, и горные породы под ней приходят в движение. Региональные — меньше по силе и происходят при столкновении двух плит. Глубинные землетрясения — самые серьезные, они происходят при разрыве мантии Земли.

Также есть другая классификация:

1. Тектонические вызваны движением земных плит. Энергия, высвобождаемая во время таких землетрясений, невероятно мощная и может нанести огромный ущерб.

   Причины: тектонические землетрясения происходят при движении земных плит. Это может произойти при столкновении двух плит, когда одна плита проскальзывает под другой или когда плита вынуждена двигаться под действием движения мантии.

   Последствия: невероятно сильны и могут причинить огромный ущерб. Они также могут спровоцировать другие стихийные бедствия, такие как цунами и оползни.

2. Вулканические землетрясения вызваны движением магмы под поверхностью Земли. Эти землетрясения зачастую меньше тектонических, но все равно могут причинить значительный ущерб.

   Причины: происходят, когда магма движется под поверхностью Земли. Это может происходить, когда магма поднимается вверх в результате движения земных плит или когда она выбрасывается из вулкана.

   Последствия: могут причинить значительный ущерб, хотя они обычно меньше тектонических. Могут спровоцировать другие стихийные бедствия, такие как извержения вулканов и оползни.

3. Взрывные землетрясения вызываются детонацией взрывчатых веществ. Такие землетрясения обычно очень малы, но могут причинить ущерб, если происходят вблизи населенных пунктов.

   Причины: вызываются детонацией взрывчатых веществ. Это может произойти по разным причинам, включая добычу полезных ископаемых, строительство или военные действия.

   Последствия: как правило, очень малы, но могут причинить ущерб, если происходят вблизи населенных пунктов. Могут вызвать вторичные катастрофы, такие как пожары и утечки газа.

4. Обвальные землетрясения происходят при обрушении зданий или других сооружений. Обычно очень малы, но могут быть смертельно опасны, если происходят в населенном районе.

   Причины: происходят, когда рушатся здания или другие сооружения. Это может произойти по разным причинам, включая плохое строительство, суровую погоду или землетрясение.

   Последствия: очень малы, но могут быть смертельно опасны, если происходят в густонаселенном районе. Могут вызвать вторичные катастрофы, такие как пожары и утечки газа.

Существуют и другие формы: афтершоки, форшоки и индуцированные землетрясения.

1. Афтершок — это меньшее землетрясение, которое происходит вблизи места главного толчка после более сильного в течение нескольких дней или лет. Они происходят на расстоянии 1-2 разломов и в период времени до возобновления фоновой сейсмичности. Как правило, афтершоки представляют собой небольшие корректировки вдоль той части разлома, которая соскользнула во время главного толчка. Частота этих афтершоков уменьшается со временем. Исторически сложилось так, что глубокие землетрясения (>30 км) гораздо реже сопровождаются афтершоками, чем мелкие землетрясения.
2. Землетрясение, которое происходит перед более сильным землетрясением в том же районе, называется форшоком. Землетрясение можно определить как форшок только после того, как произойдет более крупное землетрясение в том же районе. Cильно различаются по частоте возникновения, и их основная физическая связь с главным толчком остается загадочной.
3. Влияние человека, такое как добыча полезных ископаемых, ирригационные проекты и захоронение отходов, строительство плотин, строительство и гидроразрыв пласта, добыча геотермальной энергии вызывает индуцированные или наведенные землетрясения.

Землетрясения и гидроразрыв пласта

При гидроразрыве пласта или фрекинге жидкость подается в слои горных пород глубоко под землей, чтобы расколоть породу и высвободить нефть или природный газ, находящиеся в ней. ГРП может вызывать наведенную сейсмичность. Обычно это происходит вблизи места разрыва породы, на глубине 2000-3000 метров под землей.

Наведенная сейсмичность обычно регистрируется как микросейсмические события, которые редко ощущаются на поверхности из-за их низкой магнитуды. Большинство сейсмических событий, ощущаемых на поверхности, не превышает 3,0ML по шкале Рихтера — это эквивалентно вибрации от проезжающего грузовика. В редких случаях гидроразрыв пласта вызывал сейсмические явления силой от 4,0 до 4,8ML. Даже при таких уровнях ущерб имуществу или угроза общественной безопасности маловероятны.

Признаки

Хотя предсказать бедствие с уверенностью сложно, есть некоторые предупреждающие признаки, которые могут указывать на приближающееся землетрясение. К ним относятся:

1. Перед землетрясением животные могут вести себя странно или проявлять беспокойство.
2. Небольшие толчки или форшоки.
3. Подъем или оседание грунта: изменения уровня земли могут быть признаком напряжения, нарастающего вдоль линий разлома.
4. Изменения уровня грунтовых вод: внезапные изменения уровня воды в колодцах могут быть вызваны сдвигами в земной коре.
5. Выбросы радоновых газов.

Важно отметить, что эти признаки не являются окончательными, и землетрясения могут происходить и без них.

В чем измеряются

Существует два способа измерения силы землетрясения: магнитуда и интенсивность.

1. Магнитуда пропорциональна энергии, выделяемой землетрясением в очаге. Она рассчитывается по данным землетрясений, зарегистрированных прибором, называемым сейсмографом.
2. Интенсивность — это сила землетрясения, воспринимаемая и ощущаемая людьми в определенной местности. Это числовая оценка, основанная на относительном воздействии на людей, предметы, окружающую среду и строения в окрестностях. Интенсивность обычно выше вблизи эпицентра. В России измеряется по шкале Медведева — Шпонхойера — Карника.

Сейсмограф и шкала Рихтера — важнейшие инструменты, используемые в сейсмологии для понимания и описания землетрясений. Хотя они связаны друг с другом, они служат разным целям.

Сейсмограф

Сейсмограф — прибор, используемый для измерения и регистрации колебаний или движений грунта, вызванных землетрясениями.
Он состоит из датчика движения грунта, обычно представляющего собой массу, прикрепленную к неподвижному основанию, и системы регистрации, которая фиксирует движения, обнаруженные датчиком.
Сейсмографы необходимы для мониторинга сейсмической активности, поскольку они предоставляют ценные данные об интенсивности, продолжительности и частоте подземных толчков.
Анализируя записанные сейсмограммы, ученые могут определить различные характеристики землетрясения, такие как его магнитуда, местоположение и глубина очага.
Сейсмографы также обнаруживают другие сейсмические события, такие как извержения вулканов и подземные взрывы.

Шкала Рихтера

Измеряется сила или энергия. Шкала Рихтера, разработанная американскими сейсмологами Чарльзом Ф. Рихтером и Бено Гутенбергом в 1935 году, количественно определяет силу толчков. Магнитуда рассчитывается по логарифму самой высокой сейсмической волны, выровненной по шкале сейсмографа.

Шкала Рихтера была создана для измерения силы сейсмических толчков умеренной силы, от 3 до 7 баллов. Она дает число, позволяющее сравнивать силу одного землетрясения с силой другого. В настоящее время сейсмографы могут быть настроены на регистрацию величины по шкале Рихтера, а также разработаны новые методики расчета магнитуды толчков, позволяющие получать результаты, сопоставимые с результатами, полученными с помощью шкалы Рихтера.

Другие методы, используемые для измерения стихии, включают в себя измерители колебаний грунта, акселерометры и пьезоэлектрические датчики.

Возможные последствия

Само по себе землетрясение не опасно, однако последствия стихии для окружающей среды, например зданий и других искусственных сооружений, могут быть катастрофическими. К числу последствий относятся:

1. Повреждение инфраструктуры
   Обрушение зданий, стен, мостов, падение мебели или предметов, а также осколки стекла. Обломки разрушающихся конструкций — одна из главных опасностей во время землетрясения, поскольку удар больших и тяжелых предметов может быть смертельным. При землетрясениях иногда разбиваются стекла и зеркала, и это тоже очень опасно. Афтершоки землетрясений могут привести к полному обрушению зданий, поврежденных во время землетрясения.
2. Разжижение
   Когда осадочные породы с высоким содержанием воды подвергаются длительной тряске, давление воды, содержащейся в порах осадка, градиентно возрастает, в итоге осадочные породы теряют прочность и начинают вести себя как жидкость. Здания и другие сооружения погружаются в землю или опрокидываются, а закопанные резервуары и другие полости поднимаются на поверхность. Это явление известно как разжижение. Разжижение произошло во время землетрясения 1692 года на Ямайке и стало причиной разрушения города Порт-Ройал. За последние несколько десятилетий многие районы восточной части Карибского бассейна стали все более уязвимыми к разжижению из-за более активного использования намывных земель для застройки городов и прибрежных районов.
3. Движение масс. Во время землетрясения большие камни и части земли, расположенные высоко на холмах, могут сместиться и быстро скатиться или сползти в долину в виде оползня. Уже неустойчивые склоны могут внезапно обрушиться, что приведет к травмам и смерти.
4. Пожары. Землетрясения могут привести к падению столбов электропередач и оголению проводов под напряжением, а также к пожарам. Разрыв газопроводов и разлив горючих веществ. Пожары, вызванные землетрясениями, - одна из самых опасных вторичных опасностей. После сильного землетрясения они могут привести к новым разрушениям. Утечка газа из разорванных газопроводов и опрокидывание емкостей с легковоспламеняющимися веществами (керосином, бытовой химией и т. д.) представляют собой значительную угрозу взрывов и пожаров, которые могут привести к гибели людей и уничтожению имущества. Кроме того, во время землетрясения иногда рвутся водопроводные трубы, что усугубляет проблему борьбы с такими пожарами.
5. Наводнения. Они могут быть вызваны обрушением стен плотин. Землетрясения могут привести к тому, что стены плотин и других важнейших объектов гидрологической инфраструктуры, таких как дамбы, начнут трескаться и в конечном итоге разрушаться, направляя бушующие воды на близлежащие территории и вызывая сильные наводнения.
6. Цунами — это большая океанская волна или серия волн, которые могут возникнуть в результате сильного подводного землетрясения. Крупные цунами могут полностью опустошить низколежащие прибрежные районы.