Земные катастрофы

Последствия

Землетрясения наносят большой ущерб и природе, и человечеству. Чем выше магнитуда, чем катастрофичнее нанесенный урон. Все последствия сейсмических катастроф условно делятся по влиянию на человека и природу.

Последствия, влияющие на человека:

• человеческие жертвы обязательны для мощных землетрясений, но и при небольших сотрясаниях они могут возникать от последствий катастрофы, например пожара или наводнения;
• пожары и взрывы на нефтехранилищах и при авариях газопроводов;
• разрушение инфраструктуры, жилых помещений, дорог;
• повреждение коммуникаций: газовых линий, водоснабжения и канализации, отопления и линий электропередач;
• наводнения из-за смещения русла рек, обрушения плотин, выхода на поверхность земли подземных рек;
• радиация от поражения реакторов АЭС.

Последствия катастроф в природе:

• видоизменение горных массивов может происходить с увеличением высоты гор или наоборот с уменьшением или полным исчезновением;
• цунами, разрушающие природные ресурсы, уничтожающие флору и фауну;
• оползни и обвалы характерны для водонасыщенного и рыхлого грунта;
• возникновение каньонов, впадин, трещин в коре с возможным изменением высот вдоль разлома;
• смещение и разрушение горных пластов;
• проседание почвы часто происходит в долинах с аллювиальной почвой, впоследствии эти места заполняются водой;
• разжижение грунтов, изменение русла рек, исчезновение водоемов и появление новых, загрязнение водных источников.

Понятие землетрясения

Землетрясения – подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом 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. 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.

Землетрясение – не что иное, как подземные толчки, спровоцированные процессами, происходящими внутри нашей планеты, это сейсмическое явление, которое возникает вследствие резких смещений земной коры. Этот процесс может происходить на большой глубине в земных недрах, но чаще всего на поверхности (до 100 км).

Землетрясения – это завершающий этап движения пород Земли. Сила трения препятствует сдвигам земной коры, но когда напряжение достигает критического уровня, происходит резкое смещение с разрывом пород, энергия силы трения находит выход в движении, колебания от которых распространяются, подобно звуковым волнам, во все стороны. Место, где происходит разлом или движение, называется фокусом землетрясения, а точка на земной поверхности над фокусом – эпицентром землетрясения. По мере удаления от эпицентра, сила ударной волны уменьшается. Скорость таких волн может достигать 7-8 км в секунду.

Механизм возникновения

Любое землетрясение — это мгновенное высвобождение энергии из-за образования трещины в горных породах, возникающей в определенном объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженно-деформированного состояния горных пород. в данном конкретном месте. Резко происходящая деформация излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль в определении силы сейсмического удара и выделяемой энергии.  

Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в которых происходят разрывы и неупругие тектонические деформации, создают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентр или очаг землетрясения называется условным центром очага на глубине. Его глубина обычно не превышает 100 км, но иногда достигает 700 км. А эпицентр — это проекция гипоцентра на поверхность Земли. Зона сильных колебаний и значительных разрушений на поверхности при землетрясении называется плейстосейстической зоной.

По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся на три типа:

1. мелкий фокус (0-70 км),
2. средний фокус (70-300 км),
3. глубокий фокус (300-700 км).

Чаще всего очаги землетрясений концентрируются в земной коре на глубине 10-30 километров. Как правило, основному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки — форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного толчка, называются афтершоками. Происходящие в течение значительного времени афтершоки способствуют снятию напряжений в источнике и появлению новых разрывов в массиве горных пород, окружающих источник.  

Сейсмические волны землетрясения, возникающие из-за толчков, распространяются во всех направлениях от очага со скоростью до 8 километров в секунду.

Существует четыре типа сейсмических волн: P (продольные) и S (поперечные) проходят под землей, волны Лява (L) и Рэлея (R) — по поверхности. Все типы сейсмических волн распространяются очень быстро.  Волны P, сотрясающие землю вверх и вниз, являются самыми быстрыми и движутся со скоростью 5 километров в секунду. S-волны, колебания из стороны в сторону, лишь немного уступают по скорости продольным. Поверхностные волны более медленные, однако именно они вызывают разрушение, когда удар попадает в город. В твердых породах эти волны распространяются так быстро, что их невозможно увидеть глазом. Однако рыхлые отложения (в уязвимых местах, например, в местах засыпки грунта) волны Лява и Рэлея способны превращаться в жидкие, так что сквозь них можно видеть волны, как в море. Поверхностные волны могут опрокинуть дома. Во время землетрясения в Кобе в Японии в 1995 году и землетрясения в Сан-Франциско в 1989 году здания, построенные на насыпном грунте, были серьезно повреждены.    

Очаг землетрясения характеризуется интенсивностью сейсмического воздействия, выраженной в баллах и магнитудой. В России 12-балльная шкала интенсивности используется Медведевым- Спонхойером-Карником. Согласно этой шкале принята следующая градация силы землетрясений.

Иногда очаг землетрясения может быть на поверхности Земли. В таких случаях при сильном землетрясении мосты, дороги, дома и другие строения разрываются и разрушаются.  

Влияние стихийных явлений

Стихийные природные явления приводят к большому социальному и экономическому ущербу, а также наносят вред окружающей среде. На планете происходят сотни стихийных явлений, которые уносят тысячи человеческих жизней. Миллионы жителей подвергаются влиянию стихий и с каждым годом по всему миру количество природных стихийных катастроф увеличивается. По причине стихийных явлений жизнь человека может измениться до неузнаваемости. Любые природные катастрофы затрудняют развитие экономики, повышают уровень бедности и влекут прочие несчастья.

На территории России геоклиматические аномалии в последние несколько лет начали случаться чаще. Стихии приводят к большим разрушениям: страдают миллионы человек, гибнет скот, смещаются почвы, уничтожаются леса. Потеря запасов пресной воды и сотрясение грунта – это частые негативные последствия явления землетрясения. Наводнение наносит серьёзный ущерб сельскому хозяйству, разрушает дома, на территории России они наиболее распространены в бассейне Амура, Уссури, и др. Такие неблагоприятные явления как засухи, суховеи, проливные дожди и бури осложняют ведение сельского хозяйства.

Типы землетрясений

По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основные из которых — тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения. Они возникают в результате внезапного сброса напряжения, например, при перемещениях по разлому в земной коре (недавние исследования показывают, что причиной глубоких землетрясений также могут быть фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда на поверхность выходят глубокие разломы. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 г. общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение — 6 м. Максимальное зарегистрированное сейсмогенное смещение по разлому составило 15 м.    

Вулканические землетрясения. Они возникают из-за резких движений магматического расплава в недрах Земли или в результате разрывов под действием этих движений.  

Техногенные землетрясения. Они могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением резервуаров, добычей нефти и газа путем закачки жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и т. д. Менее сильные землетрясения возникают при обрушении сводов пещер или горных выработок. 

Шкала землетрясений по баллам

Интенсивность землетрясения измеряют по его последствиям и опросам очевидцев. В Японии используют 9-балльную классификацию, но в мире чаще применяют 12-балльную шкалу (в Америке – шкалу Меркалли, в России – MSK-64, в Европе – EMS).

Список по баллам:

• 1 балл – люди практически не замечают;
• 2 балла – могут чувствоваться слабые колебания;
• 3 балла – раскачиваются подвешенные предметы, покачиваются круглые вещи. Считается слабым;
• 4 балла – умеренное. Хлопают двери, падают незакрепленные вещи, но на открытом пространстве в поле человек может его не заметить;
• 5 баллов – такое землетрясение чувствуют все: бьется посуда, падают шкафы, трескается штукатурка, на улице наклоняются столбы, деревья;
• 6 баллов – сильное, трескаются кирпичные дома, волнение почвы мешает ходьбе, трясутся деревья;
• 7 баллов – появляются трещины в земле, рушатся печные трубы, появляются оползни на склонах;
• 8 баллов – разрушается часть типовых строений, падают заводские трубы, меняется уровень воды в водоемах;
• 9 баллов – рвутся подземные коммуникации, многие дома полностью разрушаются;
• 10-12 баллов — здания разрушаются, меняется рельеф местности.

Где обычно чаще всего случаются землетрясения?

Наиболее сейсмоактивные зоны планеты — Тихоокеанский пояс, тянущийся вдоль почти всего побережья Тихого океана (примерно 90% всех землетрясений Земли) и Альпийский пояс, тянущийся от Индонезии до Средиземного моря (5-6 % всех землетрясений).

Некоторые из стран чаще других испытывают землетрясения.

Япония

Страна расположена в Тихоокеанском огненном поясе и занимает первое место в списке наиболее сейсмоактивных стран мира. Здесь землетрясения происходят практически каждый день.

Индонезия

Почти ежегодно здесь происходят землетрясения магнитудой свыше 6,0. В 2018 году в Индонезии было 9 таких случаев, в результате которых погибли тысячи людей.

Китай

Это одна из стран, где наблюдаются наиболее разрушительные природные катаклизмы. Пример — землетрясение 2008 года магнитудой 7,9 в провинции Сычуань. В результате более 87 тысяч человек были убиты или пропали без вести.

Филиппины

Это одно из сейсмоопасных государств мира. Из-за горного ландшафта землетрясения также могут вызывать смертельные оползни. Частые природные катастрофы вынуждают жителей страны возводить особо прочные здания.

Иран

Иран расположен у границ нескольких тектонических плит и разломов. Одно из самых сильных землетрясений в стране произошло в 1990 году в провинции Гилян и унесло жизни более 40 тысяч человек.

Турция

Страна часто испытывает сейсмическую активность, поскольку находится неподалеку от нескольких линий разломов. Ее окружают Евразийская, Африканская и Арабская литосферные плиты, постоянно провоцирующие подземные толчки разной силы.

Фото в тексте: Unsplash

Перу

Это государство расположено в центре огненного пояса и регулярно испытывает небольшие толчки, умеренные и даже сильные землетрясения. Чтобы предотвратить смерти от природных катастроф, по всей стране проводят учения.

США

Хотя Соединенные Штаты не находятся в сейсмически активном регионе, уникальный геологический ландшафт делает их очень уязвимыми к природным катастрофам. Многочисленное население также повышает риски. В результате даже от сравнительно небольшого землетрясения может пострадать множество людей.

Италия

Страна находится на нескольких линиях разлома и подвержена сейсмоактивности. Влияет и сам ландшафт, который отличается крутыми горными цепями, спящими вулканами и прибрежными равнинами. Одно из самых разрушительных землетрясений Италии произошло в 1908 году в Мессине. Число погибших составило более 75 тысяч человек.

Мексика

Как и многие страны в Тихоокеанском огненном поясе, Мексика подвержена регулярной сейсмической активности. Из-за этого здесь действуют строгие строительные нормы и протоколы действий в экстренных ситуациях.

Причины возникновения землетрясений

В зависимости от характера процессов, происходящих в очаге, в результате которых возникают колебания, учёные выделяют несколько видов землетрясений.

Тектонические землетрясения

Чаще всего землетрясения возникают вследствие сдвига тектонических плит, сопровождающегося движением горных пород с возникновением внутреннего напряжения. При накоплении значительного количества такой энергии, происходит деформация поверхности Земли – возникают трещины, вспучивания, проседает почва. Образуется ударная волна, вызывающая колебания земной поверхности, область распространения которой зависит от силы землетрясения и может достигать тысячи километров.

Вулканические землетрясения

Землетрясения такого типа являются слабыми, но продолжительными и многократными – вплоть до нескольких месяцев. Сами по себе опасности для людей они не представляют, но чаще всего являются предвестниками скорого извержения вулкана. Причины возникновения – резкое перемещение раскалённой лавы и давление на поверхность Земли газов. Это ведёт к накоплению напряжения в вулкане с последующим возникновением разрывов и сейсмических волн, которые ощущаются как толчки.

Обвальные землетрясения

Такие землетрясения происходят при обрушении больших масс верхнего слоя поверхности Земли в результате образования под землёй пустот, которые формируются под воздействием подземных рек и грунтовых вод. Колебания обычно несильные, волны распространяются на небольшие расстояния.

Искусственные и техногенные землетрясения

Подземные толчки могут быть вызваны не только естественными природными процессами. Спровоцировать колебания способен своей деятельностью и человек.

Техногенные землетрясения возникают в результате воздействия человека на природу при осуществлении каких-либо работ, связанных с ослаблением горных пород. Увеличение числа подземных толчков фиксируется в районах, где располагаются карьеры и шахты, а также добываются газ и нефть. К учащению колебаний ведёт также строительство водохранилищ, так как вода разрушительно воздействует на породы, и так подверженные высокому давлению из-за накопленной толщи воды.

Искусственное землетрясение может произойти, например, при сильных подземных или наземных взрывах, ядерных испытаниях.

Виды землетрясений

Факторами, раскрывающими, почему происходят землетрясения, могут быть тектонические явления (перемещение или деформация земной коры, процессы в планетарной мантии), вулканическая активность, оползни и прочие сдвиги горных пород, инженерная и военная деятельность на территории. Причины землетрясений имеют как природный, так и искусственный характер.

Ниже подробнее рассказывается, какие бывают землетрясения по происхождению.

Тектонические

В эту категорию входит наибольшая часть фиксируемых подземных процессов. Тектонические землетрясения возникают, когда из-за движения тектонических плит резко смещаются горные породы. Речь идет либо о столкновении толстых материковых плит, либо о подныривании тонкой океанической плиты под толстую материковую.

Движение литосферных плит незначительное, обычно не превышает пары сантиметров, но оно провоцирует сдвигание находящихся над фокусом горных пород, в результате чего выделяется много энергии. Перемещение пород приводит к появлению трещин в земле. Блоки земли, примыкающие к этим трещинам, разваливаются, деформируются, а расположенные на их поверхности объекты разрушаются.

Техногенные

Из-за активной человеческой деятельности возникают техногенные землетрясения, и число их с каждым годом увеличивается вслед за усилением разрушающего воздействия человека на планету. Сейсмологи отмечают, что увеличивается число толчков на территориях, окружающих крупные водохранилища, зоны добычи природных ископаемых, действующие и выработанные шахты и карьеры и другие инженерные конструкции.

Частое возникновение подземных процессов в области расположения водохранилищ связано с тем, что значительная масса воды давит на земную кору, размывает породы.

Вулканические

Такой тип землетрясений отличается слабостью проявления, но длительностью существования. Особых разрушений земные колебания не вызывают, катастрофические последствия – редкость.

Мощнейший сдвиг земной коры в результате вулканической активности случился в 19 веке в Индонезии. Извергающийся вулкан Кракатау расколол на три части одноименный индонезийский остров. Толчки были такие мощные, что вулкан наполовину разрушился, а две части острова ушли в воду. Далее на побережье обрушилось цунами, уничтожило все население, не успевшее вовремя покинуть злосчастный остров.

Обвальные

Причинами подземных колебаний могут стать крупные обвалы склонов и оползни. Такие землетрясения тоже неинтенсивные, но опасность заключается в сходе огромных грунтовых пластов.

Самое страшное обвальное землетрясение произошло в Перу в январе 1062 года. Гигантская лавина, состоящая из грязи и растаявшего снега, сошла с горы Уаскаран, спровоцировала колебания земной коры, снесла с лица земли несколько поселений. Погибло более 18 тысяч человек.

Подводные

При столкновении тектонических плит, образующих океаническое ложе, возникают подводные землетрясения. При неглубоком расположении фокуса, и при магнитуде выше 7 баллов сейсмический процесс крайне опасен, поскольку является провокатором цунами. А при сдвигании океанической коры одни части дна поднимаются, другие – опускаются, в итоге водная масса, пытающаяся вернуться в изначальное положение, начинает вертикально двигаться. Так рождаются гигантские, направленные в сторону побережья волны – цунами.

Землетрясения, отягощенные цунами, часто имеют катастрофические последствия. Так, несколько лет назад в Индийском океане произошел сдвиг тектонической плиты, приведший к образованию огромной волны. Цунами обрушилось на индийский и индонезийский берега, погибло более 200 тысяч местных жителей.

Искусственные

Речь идет о сейсмических процессах, спровоцированных инженерной и военной деятельностью человека. Искусственные землетрясения бывают следствием запуска ракет, бурения скважин, разработки нефтеносных и газоносных подземных пластов. Так, во время демонстрационного запуска ядерных ракет КНДР в разных частях планеты сейсмографы зафиксировали толчки умеренной интенсивности.

От удара космических тел

Когда крупный космический объект, преодолев земную атмосферу, врезается в поверхность планеты, он взрывается, из-за чего формируется ударная волна, распространяющаяся и в земле, и в воздухе на значительные расстояния.

Географическое распределение землетрясений

Распространение землетрясений на земном шаре вполне естественно и в целом хорошо объясняется теорией тектоники литосферных плит. Наибольшее количество землетрясений связано с сходящимися и расходящимися границами плит, то есть с такими зонами, где плиты либо сталкиваются друг с другом, либо расходятся и растут за счет образования новой океанической коры. Высокосейсмичный регион — активные окраины Тихого океана, где океанические плиты погружаются, то есть опускаются под континентальные, и напряжения, возникающие в холодной и тяжелой плите, разряжаются в виде многочисленных землетрясений, гипоцентры которых образуют наклонную сейсмофокальную зону. простирается в верхнюю мантию до глубин 600 700 км.  

Такие наклонные сверхглубокие очаговые зоны были установлены и описаны голландским геофизиком С. В. Виссером в 1936 г., японским геофизиком К. Вадативом в 1938 г. и российским ученым А. Н. Заварицким в 1946 г. Однако благодаря более поздним исследованиям американского сейсмолога Х. Бениоффа в 1949 г. они были названы сейсмофокальными зонами Бениофа.   

Землетрясения также сопровождают образование рифтов в срединно-океанических хребтах и ​​на континентах, но там, в отличие от условий сжатия в зонах субдукции, они происходят в геодинамических условиях растяжения или сдвига.

Другой регион сильных и частых землетрясений — альпийский пояс складчатых гор, простирающийся от Гибралтара через Альпы, Балканы, Анатолию, Кавказ, Иран, Гималаи до Бирмы и возникший всего 15-10 миллионов лет назад в результате столкновение грандиозных литосферных плит: Африкано-Арабской и Индостанской, с одной стороны, и Евразийской, с другой. Процесс сжатия продолжается и по сей день, поэтому постоянно накапливающиеся напряжения непрерывно разряжаются в виде землетрясений. Наибольшее количество гипоцентров землетрясений в этом поясе приурочено к земной коре, то есть до глубин до 50 км, хотя бывают глубокие (до 300 км), но наклонные сеймофокальные зоны выражены слабо и встречаются редко. Интересно, что распределение эпицентров в плане очерчивает, например, в Иране и Афганистане почти асейсмичные крупные блоки, которые в процессе столкновения оказались «спаянными», зоны их сочленения еще активны. В СНГ наиболее сейсмически активными регионами являются Восточные Карпаты, Горный Крым, Кавказ, Копетдаг, Тянь-Шань и Памир, Алтай, а также регион озера Байкал и Дальнего Востока, особенно Камчатка, Курильские острова и остров Сахалин. где 28 мая 1995 года произошло разрушительное Нефтегорское землетрясение магнитудой 7,5, а число погибших составило 2 тысячи человек.      

Все эти регионы имеют горный, часто высокогорный рельеф, что свидетельствует о том, что в настоящее время они испытывают активные тектонические движения, а скорость вертикального подъема земной поверхности превышает скорость эрозии. Во многих регионах, например, на Закарпатье, на Кавказе, на Байкале, недавние извержения вулканов произошли геологически недавно, а на Камчатке и Курильских островах они происходят до сих пор. Именно эти районы характеризуются высокой сейсмической активностью, которая напрямую коррелирует с тектонической активностью. Следует отметить, что землетрясения происходят и в устойчивых участках земной коры, на платформах, в том числе древних. Правда, эти землетрясения довольно редки и в целом относительно слабые. Однако есть и сильные, как, например, на эпипалеозойской молодой Туранской плите в горах Кызылкум в Газлинском районе в 1976 и 1984 годах, а поселок Газли был полностью разрушен дважды.     

Подавляющее большинство землетрясений (более 85%) происходит в условиях сжатия и только 15% — в условиях растяжения, что согласуется с современной геодинамикой геологических структур и характером смещения литосферных плит. 

Кто исследует землетрясения

Существует множество компаний и организаций, которые занимаются исследованиями землетрясений — как частные, так и государственные.

• Геологическая служба США (USGS) — научное агентство правительства США, которое предоставляет информацию о землетрясениях и других стихийных бедствиях. Геологическая служба США управляет Передовой национальной сейсмической системой (ANSS), национальной сетью сейсмических приборов, которые отслеживают землетрясения в США.
• Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти — исследовательское подразделение Колумбийского университета, специализирующееся на науках о земле и окружающей среде, включая исследования землетрясений.
• Калифорнийский технологический институт (Калтех) — ведущий исследовательский университет, где находится сейсмологическая лаборатория, которая проводит исследования землетрясений и оценку сейсмической опасности.
• Японское метеорологическое агентство (JMA) — национальное метеорологическое агентство Японии, отвечает за мониторинг землетрясений и их исследования в Японии.
• Научно-геологические компании, такие как Schlumberger, Halliburton и CGG — используют методы сейсмической съемки для изучения подповерхностной структуры Земли.
• Инженерные и консалтинговые компании, такие как Arup, MWH Global и GHD — специализируются на оценке сейсмической опасности и снижении рисков, а также на сейсмостойком проектировании и модернизации зданий.
• Технологические компании, такие как Early Warning Labs, ShakeAlert и MyShake — разрабатывают и внедряют системы раннего предупреждения землетрясений, используя сочетание сенсорных сетей, машинного обучения и других передовых технологий.

В России работают несколько организаций, которые занимаются исследованиями и мониторингом землетрясений.

• Институт физики Земли — ведущий российский научно-исследовательский институт, специализирующийся на геофизике, в том числе на изучении землетрясений.
• Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) — государственное учреждение, ответственное за мониторинг и прогнозирование опасных природных явлений, включая землетрясения.
• Институт динамики геосфер — научно-исследовательский институт РАН, который специализируется на геодинамике, сейсмологии и изучении землетрясений.
• Дальневосточное отделение РАН — филиал Российской академии наук, который проводит исследования в различных областях, включая сейсмологию и изучение землетрясений в Дальневосточном регионе.