Чем глубже очаг землетрясения тем

ФИЗИКА ПРОЦЕССА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ ИНТЕНСИВНОСТЬ

В результате неравномерного радиоактивного разогрева вещества мантии происходит его перераспределение из областей с высокой температурой в более холодные (из областей срединно – океанических хребтов в сторону от их осей).

Блоки литосферы, лежащие на веществе мантии, перемещаются относительно друг друга по поверхности размягченных пород (астеносферы).

В краевых частях каждой плиты, в месте их соприкосновения с другими плитами, горные породы оказываются под действием больших деформирующих (тектонических) сил, которые приводят к крупным геологическим преобразованиям (горообразование, катастрофическим явлениям – землетрясениям) [4].

Землетрясения — это 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. Рассмотрим физику этого процесса (рис. 1) [3].

Рис. 1. Землетрясение

В результате перемещения блоков океаническая плита начинает подвигаться («подныривать») под континентальную плиту. При этом океаническая плита начинает изгибаться. Когда деформация достигает критической величины, на границе между континентальной корой островов и океанической происходит проскальзывание, в результате чего океаническая кора рывком возвращается в прежнее положение, т.е. поднимается.

При средней скорости продвигания 5 см в год и периодами между землетрясениями в 100 лет, получается, что величина проскальзывания будет равна 5 метров.

Вся жесткая тихоокеанская плита подвигается под континентальную.

Область, в которой происходит мгновенная разрядка тектонических напряжений называется гипоцентром. Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром землетрясения.

Землетрясения принято подразделять на три группы:

обыкновенные (мелкофокусные или нормальные) – до 70км,

промежуточные – от 70 до 300км,

глубокие – от 300 до 700км.

Гипоцентры глубокофокусных землетрясений располагаются на некоторой, уходящей вниз, плоскости, наклоненной в сторону континента. Эти плоскости названы зонами Беньофа.

Глубины очагов увеличивается в направлении к континенту. Наибольшая их глубина (около 500км) зафиксирована вблизи тихоокеанского побережья Азии.

Для возникновения упругих волн необходимо, чтобы разрыв произошел достаточно мгновенно (резко), а значит, материал должен быть хрупким.

На больших же глубинах вещество мантии находится в размягченном состоянии под влиянием высоких температуры и давления, т.е. хрупкости у вещества мантии нет. Чтобы хрупкость сохранялась нужно, чтобы породы быстро не нагревались.

Эта зона может оставаться достаточно холодной, если она постоянно снабжается новым холодным материалом, виде опускающейся литосферной плиты.

На это обстоятельство впервые (в 1969г) специально указал Д.Мак – Кензи. Он рассчитал, что, если холодная плита толщиной 70 – 100 км погружается в мантию со скоростью несколько см в год (5‐7см), средняя часть плиты может оставаться холодной до глубины 600‐700 км, т.е. до уровня очагов самых глубоких землетрясений [2].

Для классификации землетрясений по их интенсивности в очаге Ч. Рихтер предложил в 1935 году шкалу Магнитуд (М).

Магнитуда землетрясения – условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний (Е), вызванных землетрясением или взрывом, пропорциональна lg энергии землетрясения.

Она определяется как десятичный lg амплитуды наибольшего колебания и может быть вычислена по формуле Бота:

где А – амплитуда смещения почвы в микрометрах (1*10 ‐6 м) – для

Т – преобладающий период, в сек.

f(Δh) – эмпирическая калибровочная функция, дающая ход изменения А/Т в зависимости от Δ ‐ эпицентрального расстояния (измеряемое углом, который образуется радиусами, проведенными из центра Земли через очаг землетрясения (G) – гипоцентр и через сейсмостанцию(СП));

h – глубина очага, км;

c – станционная поправка (учитывает условие установки регистрирующей

Между энергией землетрясения (Е) и его магнитудой (М) существует ряд зависимостей, лучшей из которых считается формула, полученная Гутенбергом и Рихтером

При М=8,7 по шкале Рихтера (самое сильное землетрясение за последнее время Ассамское, 1952г), получил Е = 5*10 24 эрг. (1 эрг = 10 Дж; Дж = Н*м = Вт*с =(кг*м 2 )/с. 4,1868Дж = 1 калории(кал)).

Это составляет 0,05% от полного количества тепла, теряемого за год всей Землей 10 28 эрг, т.е. 1,5 мк.кал/см2 * с = (1*10 ‐6 кал * 4,1868)/10 4 м2 /с = 6,28*10‐10 Вт/м 2 [1].

Шкала Рихтера (рис 2.)

Рис. 2. Шкала Рихтера

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: M_L=lgA+f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна А 3/2 то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.

Из-за ограничений используемой аппаратуры шкала Рихтера была ограничена значением около 6,8.

Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн [5].

Для сравнения силы сотрясений на поверхности Земли было предложено несколько шкал, по которым интенсивность сотрясений оценивается полуколичественным способом в баллах. В нашей стране применяется международная шкала MSK‐64(по начальным буквам фамилий ее создателей С.В. Медведева, В. Шпонхойера, В. Карника и ее году принятия) – ГОСТ 6249‐52.

По шкале MSK‐64 землетрясения по интенсивности их проявления на поверхности подразделяются на 12 баллов(I‐XII).

I –IV бала – слабые: при III балльном земные колебания отмечаются немногими людьми и только в помещении.

V‐VII бал – сильные: при V баллах – качаются висячие предметы. Ощущается всеми людьми толчки в помещениях. При VI появляются повреждения в зданиях.

VIII‐XII бал – сильнейшие: при VIII бал серьезные повреждения в зданиях с обрушениями. Люди впадают в состояние испуга и паники. При X бал. ‐ всеобщее разрушение зданий, нарушение поверхности почвы. Интенсивность землетрясения оценивается:

Шкала магнитуд М и шкала интенсивностей J в баллах независимы. Они описывают разные стороны проявления землетрясений.

Шкала J дает оценки качественного характера – силу разрушений на поверхности Земли, а шкала М – количественную характеристику землетрясения – его общую энергию.

При одной и той же (М) но при разных глубинах (h) очага будут разные интенсивности землетрясения (J) в баллах.

Для неглубоких землетрясений существует корреляционная зависимость между М и J.

Хотя огромное большинство землетрясений связанно с основными тектоническими процессами в глубинах Земли – имеются и другие причины их возникновения. Различают землетрясения тектонические, вулканические, денудационные (обвальные), глубинные, а также искусственные, являющиеся результатом деятельности человека – обрушение огромных горных выработок – шахт, штолен; ядерные взрывы и т.п. Причиной землетрясений могут быть и падения на Землю крупных метеоритов, болидов [1].

Литература:

Болт Б. А. Землетрясения. М.: Мир, 1981. 256 с.

www.epicentrum.ru/ Эпицентр землятрясений

Землетрясения // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Источник

Глубина очагов землетрясений

Землетрясение-это просто колебание грунта. Волны, которые вызывают землетрясение, называются сейсмическими волнами; подобно звуковым волнам, расходящимся от гонга при ударе по нему, сейсмические волны также излучаются из некоторого ис­точника энергии, находящегося где-то в верхних слоях Земли. Хотя источник естественных землетрясений занимает некоторый объем горных пород, часто его удобно определять как точку, из которой расходятся сейсмические волны. Эту точку называют фокусом (или гипоцентром-Перев) землетрясения. При есте­ственных землетрясениях она, конечно, находится на некоторой глубине под земной поверхностью. При искусственных землетря­сениях, таких как подземные ядерные взрывы, фокус расположен близко к поверхности. Точку на земной поверхности, располо­женную непосредственно над фокусом землетрясения, называют эпицентром землетрясения.

Насколько глубоко в теле Земли находятся гипоцентры зе­млетрясений? Одним из первых поразительных открытий, сде­ланных сейсмологами, было то, что, хотя фокусы многих земле­трясений расположены на небольшой глубине, в некоторых райо­нах их глубина составляет сотни километров. К таким районам от­носятся южноамериканские Анды, острова Тонга, Самоа, Новые Гебриды, Японское море, Индонезия, Антильские острова в Ка­рибском море (см. рис. 1); во всех этих районах имеются глубо­ководные океанические желоба. В среднем частота землетрясений здесь резко убывает на глубинах более 200 км, но некоторые фо­кусы достигают даже глубин 700 км. Землетрясения, возникаю­щие на глубинах от 70 до 300 км, весьма произвольно относят к категории промежуточных, а те, которые возникают на еще большей глубине, называют глубокофокусными. Промежуточные и глубокофокусные землетрясения происходят также и далеко от Тихоокеанского района: в Гиндукуше, Румынии, Эгейском море и под территорией Испании.

Если расположение очагов землетрясений, происходящих вблизи островных дуг, сопоставить с их глубинами, возникает чрезвычайно интересная картина. Рассмотрим вертикальный раз­рез, помещенный в верхней части рис. 3. Он построен под прямым углом к дуге Тонга в южном районе Тихого океана. Во­сточнее этих вулканических островов лежит желоб Тонга, глуби­

на которого местами доходит до 10 км. В нижней части рисунка показаны глубины очагов в проекции на вертикальную пло­скость, проходящую через Ниумате-населенный пункт на остро­ве Тонга. Заметьте, что гипоцентры лежат в узкой, четко ограни­ченной зоне, которая от желоба уходит вниз под островную дугу под углом около 45е. Ниже глубины 400 км эта активная зона становится круче, и некоторые гипоцентры располагаются глуб­же 600 км. В других районах, где происходят глубокофокусные землетрясения, отмечены различные углы наклона и имеются свои особенности в расположении гипоцентров, но само наличие наклонной сейсмической зоны*) является характерной чертой островных дуг. В этой главе мы рассмотрим одно из объяснений, которые даются этому простому, но универсальному распределе­нию фокусов землетрясений.

В этой книге главное внимание уделяется мелкофокусным толчкам, очаги которых расположены непосредственно под зем­ной поверхностью. Именно мелкофокусные землетрясения вызы­вают самые большие разрушения, и в общей сумме энергии, вы­деляющейся во всем мире во время землетрясений, вклад их составляет 3/4. В Калифорнии, например, все известные до сих пор землетрясения были мелкофокусными. Для Центральной Ка­лифорнии было установлено, что подавляющее большинство зе­млетрясений возникает там в самых верхних горизонтах Земли, на глубине до 5 км, и только некоторые гипоцентры оказывают­ся глубже, достигая 15 км. К сожалению, глубину очага земле­трясения по разным причинам не удается установить с той же точностью, что и положение эпицентра. Однако для практики оп­ределение глубины может быть жизненно важным делом, посколь­ку в сейсмичном районе (скажем, в районе строительства атомной электростанции) при глубине фокуса 10 км возникнут более силь­ные сотрясения, чем при глубине 40 км.

Иногда по размещению фокусов (если их положение удается определить с нужной точностью) можно установить форму и размеры области, в которой формируются очаги землетрясе­ний. Сейсмологическое картирование глубинных структур горных пород-прекрасное дополнение к обычным полевым ме­тодам, которые используют геологи для картирования поверх­ностных структур. Пример успешного определения границ одной такой области по мелкофокусным местным землетрясениям в рай­оне Оровилла (штат Калифорния) дан на рис. 3 в гл. 8.

Источник

Землетрясения

Землетрясение – это резкие импульсные сотрясения участков земной поверхности. Эти сотрясения могут быть вызваны разными причинами, что позволяет по происхождению землетрясения разделять на следующие главные группы:

Условный центр очага землетрясения называют гипоцентром, или фокусом землетрясения. Его объём можно очертить по расположению гипоцентров афтершоков. Проекция гипоцентра на поверхность называется эпицентром землетрясения. Вблизи эпицентра колебания земной поверхности и связанные с ними разрушения проявляются с наибольшей силой. Территория, где землетрясение проявилось с максимальной силой, называется плейстосейстовой областью. По мере удаления от эпицентра интенсивность землетрясения и степень связанных с ним разрушений уменьшается. Условные линии, соединяющие территории с одинаковой интенсивностью землетрясения называются изосейстами. От очага землетрясения изосейсты вследствие разной плотности и типа грунтов расходятся в виде эллипсов или изогнутых линий.

По глубине гипоцентров землетрясения делятся на мелкофокусные (0-70 км от поверхности), среднефокуные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км). Основанная часть землетрясений зарождается в очагах на глубине 10-30 км, т.е. относится к мелкофокусным.

Регистрация и измерение интенсивности землетрясений

Ежегодно на Земле регистрируется несколько сотен тысяч землетрясений, часть из них оказываются разрушительными, часть вообще не ощущается людьми. Интенсивность землетрясений может быть оценена с двух позиций: 1) внешнего эффекта землетрясения и 2) измерения физического параметра землетрясения – магнитуды.

Определение внешнего эффекта землетрясения основано на определении его интенсивности, представляющей собой меру величины сотрясения грунта. Она определяется степенью разрушения построек, характером изменения земной поверхности и ощущениями, которые испытывают люди во время землетрясений. Интенсивность землетрясений измеряется в баллах.

Шкала MSK-64 (с упрощениями)

Баллы	Критерии
ОДИН БАЛЛ	Людьми такое землетрясение не ощущается, за исключением единичных наблюдателей, находящихся в особо чувствительных местах и занимающих определенные положения. Толчки регистрируются только специальными сейсмографами.
ДВА БАЛЛА	Землетрясение очень слабое. Колебание почвы ощущается немногими людьми, находящимися в покое, главным образом в самых верхних этажах зданий, расположенных в непосредственной близости от эпицентра.
ТРИ БАЛЛА	Землетрясение слабое. Колебания ощущаются в помещениях, главным образом в верхних этажах высотных зданий. Во время этого землетрясения раскачиваются подвешенные предметы, особенно люстры, скрипят и приходят в движение раскрытые двери. Стоящие автомобили начинают слегка раскачиваться на рессорах. Некоторые люди способны оценить длительность сотрясения.
ЧЕТЫРЕ БАЛЛА	Умеренное землетрясение. Оно ощущается многими людьми и особенно теми, кто находится в помещении. Лишь немногие люди могут почувствовать такое землетрясение на открытом воздухе, и только те, кто в данное время находится в покое. Некоторые люди ночью от такого землетрясения пробуждаются. В момент землетрясения раскачиваются подвешенные предметы, дребезжат стекла, хлопают двери, звенит посуда, трещат деревянные стены, карнизы и перекрытия. Заметно покачиваются на рессорах стоящие автомашины.
ПЯТЬ БАЛЛОВ	Ощутимое землетрясение. Оно чувствуется всеми людьми, где бы они ни находились. Просыпаются все спящие. Двери раскачиваются на петлях и открываются самопроизвольно, стучат ставни, захлопываются и открываются окна. Жидкость в сосудах раскачивается и иногда переливается через край. Бьется часть посуды, трескаются оконные стекла, местами в штукатурке появляются трещины, опрокидывается мебель. Маятниковые часы останавливаются. Иногда раскачиваются телеграфные столбы, опорные мачты, деревья и все высокие предметы.
ШЕСТЬ БАЛЛОВ	Сильное землетрясение. Ощущается всеми людьми. Многие люди в испуге покидают помещение. В момент колебания почвы и после них походка становится неустойчивой. Бьются окна и стеклянная посуда. Отдельные предметы падают со стола. Падают картины. Приходит в движение и опрокидывается мебель. Появляются трещины на стенах в кирпичной кладке. Заметно сотрясаются деревья и кусты.
СЕМЬ БАЛЛОВ	Очень сильное землетрясение. Люди с трудом удерживаются на ногах. В испуге инстинктивно выбегают из помещений. Дрожат подвешенные предметы. Ломается мебель. Многие здания получают сильные повреждения. Печные трубы обламываются на уровне крыш. Обваливается штукатурка, плохо уложенные кирпичи, камни, черепица, карнизы и неукрепленные специально парапеты. Появляются значительные трещины в грунте. Происходят оползни и обвалы на каменистых и глинистых склонах. Самопроизвольно звонят колокола. В реках и открытых водоемах мутнеет вода. Из бассейнов вода выплескивается. Повреждаются бетонные оросительные каналы.
ВОСЕМЬ БАЛЛОВ	Разрушительное землетрясение. Типовые здания получают значительные повреждения. Иногда частично разрушаются. Ветхие постройки разрушаются. Происходит отрыв панелей от каркасов. Покачиваются и падают печные и фабричные трубы, памятники, башни, колонны, водонапорные башни. Ломаются сваи. Обламываются ветви на деревьях, возникают трещины во влажном грунте и на крутых склонах.
ДЕВЯТЬ БАЛЛОВ	Опустошительное землетрясение. От действия такого землетрясения возникает паника. Дома разрушаются. Серьезно повреждаются плотины и борта водохранилищ. Рвутся подземные трубопроводы. На земной поверхности появляются значительные трещины.
ДЕСЯТЬ БАЛЛОВ	Уничтожающее землетрясение. Большая часть построек разрушается до основания. Обрушиваются некоторые хорошо построенные деревянные здания и мосты. Серьезные повреждения получают дамбы, насыпи и плотины. На земной поверхности появляются многочисленные трещины, некоторые из них имеют ширину около 1 м. Возникают большие провалы и крупные оползни. Вода выплескивается из каналов, русел рек и из озер. Приходят в движение песчаные и глинистые грунты на пляжах и низменных участках. Слегка изгибаются рельсы на железных дорогах. Ломаются крупные ветви и стволы деревьев.
ОДИННАДЦАТЬ БАЛЛОВ	Катастрофическое землетрясение. Сохраняются только немногие, особо прочные каменные здания. Разрушаются плотины, насыпи, мосты. На поверхности земли появляются широкие трещины, уходящие глубоко в недра. Подземные трубопроводы полностью выходят из строя. Сильно вспучиваются рельсы на железных дорогах. На склонах возникают крупные оползни.
ДВЕНАДЦАТЬ БАЛЛОВ	Сильное катастрофическое землетрясение. Полное разрушение зданий и сооружений. До неузнаваемости изменяется ландшафт, смещаются скальные массивы, оползают склоны, возникают крупные провалы. Поверхность земли становится волнообразной. Образуются водопады, возникают новые озера, изменяются русла рек. Растительность и животные погибают под обвалами и осыпями. Обломки камней и предметов взметаются высоко в воздух.

Оценка интенсивности землетрясений, хотя и опирается на качественную оценку эффекта землетрясения (воздействие землетрясения на поверхность), но не позволяет проводить математически точное определение параметров землетрясения.

В 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером была предложена более объективная шкала, основанная на измерении магнитуды (эта шкала впоследствии стала широко известна как шкала Рихтера). Магнитуда (от лат. «magnitudo» – величина), согласно определению Ч. Рихтера и Б. Гуттенберга, это величина, представляющая собой десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (в тысячных долях миллиметра), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения.

Хотя в этом определении не уточняется, какие из существующих волн надо принимать в расчет, стало общепринятым измерять максимальную амплитуду продольных волн (для землетрясений, очаг которых располагается вблизи поверхности, обычно измеряется амплитуда поверхностных волн). В целом, магнитуда характеризует степень смещения частиц грунта при землетрясениях: чем больше амплитуда, тем значительнее смещение частиц.

Шкала Рихтера теоретически не имеет верхнего предела. Чувствительные приборы регистрируют толчки с магнитудой 1,2, в то время как люди начинают ощущать толчки только с магнитудой 3 или 4. Наиболее сильные землетрясения, происшедшие в историческое время, достигали магнитуды 8,9 (печально знаменитое землетрясение в Лиссабоне в 1755 г.).

Между интенсивностью землетрясения в эпицентре (I₀), которая выражается в баллах, и величиной магнитуды (М) существует зависимость, описываемая формулами

I₀ = 1,7М-2,2 и М = 0,6I₀+1,2.

Соотношение между балльностью и магнитудой зависит от расстояния между очагом и точкой регистрации на поверхности земли. Чем меньше глубина очага, тем больше интенсивность сотрясения на поверхности при одной и той же магнитуде.

Следовательно, землетрясения с одинаковой магнитудой могут вызывать разные разрушения на поверхности в зависимости от глубины очага.

Регистрация землетрясений проводится на сейсмических станциях с помощью специальных приборов – сейсмографов, записывающих даже малейшие колебания грунта. Запись колебаний называют сейсмограммой. Сейсмограммы должны регистрировать колебания грунта в двух взаимоперпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости и колебания в вертикальной плоскости, для чего в состав сейсмографов включены три записывающих устройства (сейсмометра). На основании определения разницы во времени регистрации разных типов сейсмических волн, и зная скорость их распространения, можно определить положение гипоцентра землетрясения. Точность таких определений достаточно высока, особенно с учётом того, что к сегодняшнему дню действует развитая международная сеть сейсмических станций.

Для характеристики землетрясений важное значение имеют также их энергия и ускорение при сотрясении грунта.

Энергия, выделяемая при землетрясении, может быть рассчитана исходя из значения магнитуды по формуле

log Е = 11,5 M, где Е – энергия, М – магнитуда.

Размещение сейсмически активных зон

Подавляющее большинство землетрясений приурочены к тектонически активным зонам земной коры, связанным с границами литосферных плит. Так высокосейсмичным районом является обрамление Тихого океана, где океаническая литосферная плита поддвигается под континентальные или более древние океанические плиты (процесс поддвига океанической плиты называют субдукцией). Зоны поддвига плиты и её погружения в мантию трассируется положением очагов землетрясений, фиксируемых до поверхности нижней мантии (граница 670 км, связанная с возрастанием плотности вещества) и иногда глубже. Эти зоны получили название сейсмофокальных зон Беньофа. Ещё одна область активной сейсмичности связана с Альпийско-Гималайским поясом, протягивающимся от Гибралтара до Бирмы. Этот грандиозный складчатый пояс образован в результате столкновения континентальных литосферных плит. В пределах этого пояса очаги землетрясений приурочены главным образом к земной коре (глубинам до 40-50 км) и не образуют выраженных сейсофокальных зон. Их образование связано с процессами скучивания и раскалывания на надвигающиеся друг на друга пластины толщ континентальной литосферы. Очаги землетрясений приурочены и к зонам раздвижения и раскалывания плит. Процесс раздвижения литосферных, сопровождающийся формированием новой океанической коры за счёт мантийных расплавов, активно протекает в зонах срединно-океанических хребтов. Растяжение континентальных литосферных плит (происходящее, например, в Восточной Африке или в районе озера Байкал).

Источник