Землетрясения - это колебания Земли, вызванные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью в толще горных пород. Наиболее сильные землетрясения иногда ощущаются на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами (специальными высокочувствительными приборами) даже в противоположном полушарии.
Район, где зарождаются колебания, называется очагом землетрясения, а его проекция на поверхность Земли - эпицентром землетрясения. Очаги большей части землетрясений лежат в земной коре на глубинах не более 16 км, однако в некоторых районах глубины очагов достигают 700 км. Ежедневно происходят тысячи землетрясений, но лишь немногие из них ощущаются человеком.
Упоминания о землетрясениях встречаются в Библии, в трактатах античных ученых: Геродота, Плиния и Ливия, а также в древних китайских и японских письменных источниках. До 19 века большинство сообщений о землетрясениях содержало описания, обильно приправленные суевериями, и теории, основанные на скудных и недостоверных наблюдениях.
География
Большинство землетрясений сосредоточено в двух протяженных, узких зонах. Одна из них обрамляет Тихий океан, а вторая тянется от Азорских о-вов на восток до Юго-Восточной Азии. Тихоокеанская сейсмическая зона проходит вдоль западного побережья Южной Америки. В Центральной Америке она разделяется на две ветви, одна из которых следует вдоль островной дуги Вест-Индии, а другая продолжается на север, расширяясь в пределах США, до западных хребтов Скалистых гор. Далее эта зона проходит через Алеутские о-ва до Камчатки и затем через Японские о-ва, Филиппины, Новую Гвинею и острова юго-западной части Тихого океана к Новой Зеландии и Антарктике.
Вторая зона от Азорских о-вов простирается на восток через Альпы и Турцию. На юге Азии она расширяется, а затем сужается и меняет направление на меридиональное, следует через территорию Мьянмы, острова Суматра и Ява и соединяется с циркумтихоокеанской зоной в районе Новой Гвинеи.
Выделяется также зона меньшего размера в центральной части Атлантического океана, следующая вдоль Срединно-Атлантического хребта.
Существует ряд районов, где землетрясения происходят довольно часто. К ним относятся Восточная Африка, Индийский океан и в Северной Америке долина реки Святого Лаврентия и северо-восток США.
Иногда в районах, которые принято считать неактивными, происходят сильные землетрясения, как, например, в Чарлстоне (шт. Южная Каролина) в 1886.
Причины землетрясений
Хотя уже с давних времен ведутся многочисленные исследования, нельзя сказать, что причины возникновения землетрясений полностью изучены. По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.
Тектонические землетрясения возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях).
Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение - 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.
Вулканические землетрясения происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.
Техногенные землетрясения могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.
Кто такой Рихтер
Специалисты часто недоумевают, когда журналисты в своих сообщениях путают две основные характеристики землетрясения - балльность и магнитуду, да еще и норовят обозвать и то, и другое силой подземного толчка.
Из разъяснений ученых следует, что магнитуда - величина безразмерная, ни балл, ни километр, ни килограмм. Измеряется она чаще всего "по Рихтеру" и характеризирует величину энергии, которая выделяется при землетрясении. Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, но существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.
Шкала названа по имени американского сейсмолога Чарльза Ф. Рихтера (Richter, 1900-1985), это логарифмическая шкала. В ней возрастание магнитуды на единицу соответствует 10-кратному увеличению величины смещений грунта, т. е. высоты (амплитуды) сейсмических волн. Землетрясение с магнитудой 6 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5 по той же шкале.
Магнитуда землетрясения и его полная энергия - не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.
Шкала балльности (это уже не шкала не Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности) и имеет предел 12 баллов (в Японии - 9) и называется либо MSK (в России), ММ (в Америке) или JMA (в Японии). Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.
Например, 12-бальная шкала выглядит следующим образом:
1 балл. Ощущается немногими особо чувствительными людьми в особенно благоприятных для этого обстоятельствах.
3 балла. Ощущается людьми как вибрация от проезжающего грузовика.
4 балла. Дребезжат посуда и оконные стекла, скрипят двери и стены.
5 баллов. Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Незакрепленные предметы падают.
6 баллов. Ощущается всеми. Небольшие повреждения.
8 баллов. Падают дымовые трубы, памятники, рушатся стены. Меняется уровень воды в колодцах. Сильно повреждаются капитальные здания.
10 баллов. Разрушаются кирпичные постройки и каркасные сооружения. Деформируются рельсы, возникают оползни.
12 баллов. Полное разрушение. На земной поверхности видны волны.
Для ретроспективной оценки интенсивности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения.
Можно ли предсказать беду
Во многих районах земного шара, где существует вероятность возникновения сильных землетрясений, ведутся геодинамические наблюдения с целью обнаружения предвестников землетрясений, среди которых заслуживают особого внимания изменения сейсмической активности, деформации земной коры, аномалии геомагнитных полей и теплового потока, резкие изменения свойств горных пород (электрических, сейсмических и т.п.), геохимические аномалии, нарушения водного режима, атмосферные явления, а также аномальное поведение насекомых и других животных (биологические предвестники).
Традиционный подход к предсказанию землетрясений основывается на долговременном мониторинге самых различных геофизических и геохимических процессов, происходящих в области исследования: упругих напряжений и деформаций, геодезических параметров, различных характеристик электрического и магнитного поля. Привлекаются геохимические и гидродинамические данные и т.д.
Такого рода исследования проводятся на специальных геодинамических полигонах (например, Паркфилдском в Калифорнии, Гармском в Таджикистане и др.). С 1960 работает множество сейсмических станций, оборудованных высокочувствительной регистрирующей аппаратурой и мощными компьютерами, позволяющими быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясений.
Так, например, японский центр предсказания землетрясений изучил записи изменения электромагнитного поля, зафиксированные до толчков 1 июля 2000 года на японских островах. Ученые увидели, что, начиная с марта, их приборы начали фиксировать электромагнитное колебание малой мощности. Сделав поправку на "электромагнитный шум", помехи, создаваемые дождями, человеческую деятельность, они обнаружили слабый, не объясняемый классической теорией сигнал. Изменение электромагнитного поля составляло тысячные доли процента естественного показателя, но оно росло со временем, достигая максимума в момент землетрясения.