Как изучают землетрясения

1. Главная
2. Природа
3. Как изучают землетрясения

За время своего существования человечество понесло немало жертв от землетрясений. Как изучают землетрясения, чтобы предупредить разрушения и человеческие жертвы, (подробнее: Какие землетрясения изменили лик Земли). Катастрофическое землетрясение

Приборы для изучения землетрясений

Землетрясения изучают при помощи специальных приборов, называемых сейсмографами. Эти приборы непрерывно ведут точную запись всех колебаний земной коры на специальной ленте, называемой сейсмограммой («грамма» по-гречески — запись). Мировой известностью  пользовались сейсмографы конструкции академика Б. Б. Голицына и дру­гих ученых. Первый сейсмограф и стенограмма

Современные сейсмографы — сложные электронные устройства. Современный сейсмограф

Сейсмограф  Татевского монастыря

Толчки землетрясения выявляли и другими спосо­бами. Большой интерес в этом отношении представляет Гавазан — качающийся восьмигранный каменный столб, высотой около 8 метров, в Татевском монастыре в Зангезуре (в Армян­ии). Этот древний монастырь был основан в IX веке. Он долгое время являлся центром армянской культуры и служил местом пребывания главы духовенства.

Гавазан сооружен во дворе монастыря. В 1931 г. монастырь сильно пострадал от землетрясения, были разрушены все его сооружения, кроме самого Гавазана. Татевский монастырь

Долгое время люди предполагали, что качающийся столб Гавазан имеет за­кругленное основание, которым входит в чашеобразное углубление. Высказывались предположения, что в это углубле­ние наливалась ртуть для большей чувствительности этого своеобразного сейсмоскопа, т. е. прибора, позволяющего отмечать толчки землетрясений  (по-гречески «скопео» — смотрю).

Гавазан завершается рельефным украшением в виде ажур­ного креста в квадратной каменной раме. Отсюда — второе его название хачкар — надгробный памятник. В середине ХХ века столб стоял неподвижно, так как, очевидно, был заклинен по­павшим в его основание щебнем, хотя еще недавно он легко на­клонялся от прикосновения руки.

Архитекторы разобрали Гавазан, это помогло определить, что он установлен на шарнире. Точный расчет цента тяжести обеспечивал ему вертикальное положение, а шарнир помогал ему раскачиваться и возвращаться в вертикальное положение. Амплитуда раскачивания могла достигать 20 метров.

В настоящее время, с целью сберечь старинный сесмограф, ученые застопорили механизм качания, а сам столб стянули металлическими обручами и скрепили болтами, поэтому он неподвижен.  

Как изучают землетрясения

Работа в области сейсмологии, иначе — науки о землетрясе­ниях, требует не только абсолютной точности приборов, но также и установки их в таком помещении, где наблюдается по­стоянная в течение года температура и куда не проникают слу­чайные толчки. Поэтому сейсмические станции устраиваются в глубоких подвалах, причем сами приборы устанавливаются на специальных глубоких фундаментах.

Землетрясения большей или меньшей силы совершаются ча­сто, известия же, подтверждающие их, не всегда доходят до на­шего сведения, так как колебания земной коры могут про­исходить в странах малонаселенных, а также на дне океанов, занимающих в общем около трех четвертей поверхности земно­го шара (71%). Каждый год, по подсчетам специалистов, совершается в среднем до десяти тысяч землетрясений, иначе говоря, земная кора содрогается ежечасно.

Если же учесть еще сигналы мор­ских глубин, то проявление жизни Земли, биение, так сказать, ее «пульса» будет еще чаще. На основании многолетних наблюдений сейсмических стан­ций, число которых в различных странах доходит до нескольких сотен, ученые в настоящее время приходят к такому выводу, что земная кора никогда не находится в состоянии сейсмического покоя.

Незначительные ее колебания, отличающиеся удивитель­ным постоянством, отмечаются сейсмическими станциями даже при отсутствии землетрясений. Последствие землетрясения

Основние определения в сейсмологии

Нарушение равновесия пластов земной коры, происходящее во время землетрясений, сопровождается колебаниями различ­ной силы. Тот участок внутри земной коры, в котором происхо­дят эти изменения, называется очагом землетрясения или ги­поцентром (от греческого предлога «гипо» — под, а вместе — «под центром», т. е. под центром землетрясения).

Глубина гипоцентра бывает различна, в зависимости от че­го различна и сила землетрясения: чем ближе к земной поверх­ности  расположен   гипоцентр,  тем  сотрясение  сильнее  и  тем ограниченнее область его распространения. При значительной глубине гипоцентра сила землетрясения не велика, зато область распространения его огромна.

Согласно большинству опреде­лений гипоцентры возникают в земной коре на глубине до 50 километров от земной поверхности, реже — до 100 километров (примером   могут  служить   Карпатские  землетрясения   1802   и 1940 гг.) и лишь единичные землетрясения — от 300 километров и глубже.

Участок поверхности земли, находящийся непосредственно над гипоцентром, называется эпицентром (от греческого предло­га «эпи» — на, т. е. район землетрясения на поверхности земли). Здесь землетрясение проявляется наиболее резко. Во время сильных землетрясений в эпицентре ощущаются вертикальные толчки, подбрасывающие вверх все предметы.

По мере удале­ния от эпицентра толчки принимают более косое, боковое на­правление, постепенно теряя свою разрушительную силу. Удары, получающиеся при землетрясении, передаются во все стороны как в глубинах земной коры, так и по ее поверх­ности. Распространение и силу ударов можно грубо сравнить с теми волнами, которые получаются на гладкой поверхности воды от брошенного в нее камня.

Большой камень, производя значительное колебание частиц воды, дает большие волны, ма­ленький — небольшие. Точно так же и сила землетрясений за­висит от мощности подземных ударов. Колебания частиц жид­кости, конечно, отличны от колебаний частиц твердого тела. Они не могут прийти в такое колебательное движение, как частицы жидкости — движения их ограничены соседними частица­ми; они могут только сжиматься, изменять свой объем.

Волны землетрясений

Волны землетрясений распространяются двумя путями:

1. первый путь — снизу вверх, иначе говоря, в направлении удара; этот путь называется продольным, потому и волны получают определение продольных волн;
2. другой путь — направление попе­речное, т. е. перпендикулярно предыдущему, почему волны и называются поперечными.

И те и другие волны возникают од­новременно в гипоцентре и распространяются от него во все стороны по радиусам. Наибольшей скоростью распространения отличаются про­дольные волны — от 8 до 10 километров в секунду.

Эти волны отмечаются сейсмографами первыми. Скорость поперечных волн приблизительно вдвое меньше продольных —4 километра в се­кунду, а скорость поверхностных еще меньше — 3,5 километра.

Эти волны, по данным Пулковской сейсмической станции, обе­жали весь земной шар во время Мессинского землетрясения (1908)  за 3 часа 8 минут 51 секунду. При особенно сильных землетрясениях возникают в области эпицентра, особенно в рыхлых породах, волны тяжести, подобные волнам на поверхности воды. Распространяются эти волны с весьма незначительной скоростью — 4 метра в секунду, зато действие их особенно разрушительно.

Этим волнам не могут сопротивляться ни почва, ни постройки. Именно эти волны заставляют нагибаться деревья, качаться заводские трубы, соборы и высотные дома. Нередко подобные волны так и запечатлеваются на поверхности земли. Расшифровка, иначе — чтение, сейсмограмм какого-нибудь землетрясения требует от исследователя большой работы для выяснения содержания всех записей в целом и ответа на вопрос как изучают землетрясения.

Сейсмические шкалы

В мире существует большое число сейсмических шкал.

• Первоначально сила   землетрясений   определялась   по   специальной   шкале Росси — Фореля. Эти ученые  (Росси и Форель), в 1883 году расположили в определенной  последовательности  те характерные признаки, которые наблюдаются во время землетрясений, и разделили их на десять номеров, или баллов. В настоящее время эта шкала используется в странах Латинской Америки.
• В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала землетрясений МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), основанная на  шкале Меркалли‑Канкани (1902 г.).
• В Японии используют  7‑балльную шкалу землетрясений.

Шкала землетрясений

Ознакомимся с содержанием Шкалы землетрясений по описанным ниже баллам:

1. Колебания непосредственно не ощущаются людьми, а об­наруживаются только специальными приборами.
2. Очень слабые сотрясения, замечаемые только отдельными лицами в состоянии покоя.
3. Весьма слабые сотрясения, замечаемые большинством лю­дей только внутри здания и часто смешиваемые с сотрясениями здания от грузовика.
4. Слабые колебания почвы, ощущаемые людьми в движе­нии и работе. Дребезжание оконных стекол и посуды, скрип двери, полов, треск потолков.
5. Довольно сильное землетрясение, ощущаемое всеми. Со­трясение зданий. Колебание кроватей, стульев и другой мебели. Качание ветвей деревьев, как при небольшом ветре. Занавески, люстры и картины покачиваются. Двери и окна открываются и закрываются. Спящие пробуждаются.
6. Сильное землетрясение, чувствительные удары. Падение картин со стен и книг с полок. Движение мебели. Остановка ча­сов с маятником. Штукатурка, начинает осыпаться. Пробужде­ние всех спящих.
7. Очень сильное землетрясение. Сильные удары. Опрокиды­вание предметов квартирной обстановки. Звон больших коло­колов. Откалывание кусков штукатурки и лепных украшений. Повреждение дымовых труб. Появление оползней, изменение уровней колодцев.
8. Разрушительное землетрясение, весьма сильные удары. Образование трещин в стенах зданий. Разрушение дымовых труб. Падение фабричных труб. Деревья сильно раскачиваются и даже ломаются. Многие испытывают «морскую болезнь».
9. Опустошительное землетрясение. Разрушение отдельных частей зданий или целых построек. Появление трещин в почве.
10. Необыкновенно сильные удары. Всеобщее разрушение. Образование трещин в земле, сбросы, обвалы, оползни. Искрив­ление железнодорожных рельсов. Разрывы водопроводной, ка­нализационной, газовой и электрической сети. На дорогах появляются трещины и волнообразные выпячивания.
11. Катастрофическое землетрясение. Образование широких трещин, многочисленных оползней и обвалов. Полное разру­шение каменных построек и устоев мостов, разрушение насы­пей, плотин и других сооружений.
12. Сильное катастрофическое землетрясение. Образование сбросовых трещин, сдвигов и разрывов. Громадные изменения в природной обстановке: появление водопадов, отклонение тече­ний рек, образование озер в результате завалов рек. Окончательное разрушение всех сооружений, воздвигнутых чело­веком.

Определения района землетрясения

Для определения района землетрясения отмечают по кар­те в пунктах наблюдения время ощущения толчков и их силу. Соединяя пункты с одинаковыми по времени отметками, полу­чают линии — гомосейсты (от древнегреческого слова «гомос» — одинаковый), а одинаковые по силе удара пункты дают изосейсты (от греческого слова «изос» — равный по мере, по силе).

Область наибольших разрушений называется плейстосейстовой (что значит в переводе с древнегреческого «наиболее потрясенной», т. е. испытавшей наибольшее потрясение). Очер­тания этой области имеют различную форму — более или ме­нее правильного круга, овала, наконец, полосы.

При Верненском землетрясении (1887) плейстосейстовая область занимала 5476 кв. км, а область распространения самого землетрясения 1 478 570 кв. км; область распространения второго Крымского землетрясения была свыше 1 млн. кв. км. Продолжительность каждого в отдельности удара земле­трясения бывает весьма незначительна, в редких случаях она продолжается минуту.

В начале землетрясения удары бывают обыкновенно часты, до трех в секунду, затем они становятся все реже и реже. Тот срок, в течение которого повторяются в данной местности удары, называется периодом землетрясения. Он отличается различной продолжительностью — от нескольких минут до нескольких лет; например, в Верненском землетрясе­нии он продолжался около трех лет.

Фокидское землетрясение 1870 г. (Фокида — провинция в Греции), беспримерное по силе, продолжалось три года и дало до 750 тысяч ударов (из которых 300 сопровождалось страшными разрушениями). Наибольшей силой отличаются удары в начале землетрясе­ния, к концу его периода удары постепенно замирают. Самые первые удары бывают обыкновенно слабее тех, которые следу­ют непосредственно за ними.

Землетрясения могут неоднократно повторяться в одном и том же районе. В связи с этим различают сейсмические области, где землетрясения часты, например побережье Тихого океана (Японские острова, Курильские, Алеутские, Филиппинские, Ан­ды, а из других горных районов — Апеннины, Карпаты, Кавказ, Тянь-Шань, Гималаи), страны Латинской Америки. Землетрясения часто являются последствием перемещения тектонических плит земной коры. Карта сейсмических областей Земли

Асейсмические области, где землетрясения более редки или вовсе отсутствуют, такова, например, Русская равнина, Западно-Сибирская низменность и др. Первые землетрясения отмечаются по летописям в Киеве в 1107, 1122, 1196 и 1211 гг. Особенно сильное впечатле­ние произвело на современников «потрясение земли» во Влади­мире, Киеве и Переяславле в 1230 г.

В Москве заметные колебательные движения были отмече­ны несколько раз: в 1445 г., как говорит летопись:

В 6 час. нощ­и потрясеся град Москва, Кремль и посад весь и храм поколебашеся, мнози люди не спяще и слышавши то, во многи скорби быша и живота отчаявшеся.

Затем отмечались сотрясе­ния также в 1802 г. и в 1940 г. Более незначительные колебания имели местный характер и были вызваны провалами кровель известковых пустот. Москва белокаменная в основном на глу­бине 10—30 метров лежит на каменноугольных известняках, в которых встречаются значительные пустоты, обусловленные раз­мывающей деятельностью воды, (подробнее: Горные породы слагающие земную кору).

При постройке метро такие пустоты действительно были обнаружены во многих местах.