2. Чрезвычайные ситуации в литосфере

2.1. Геофизические чрезвычайные ситуации. Землетрясения. Основные понятия

З

30

емлетрясения – это подземные удары (толчки) и колебания поверхности Земли, вызванные процессами высвобождения энергии внутри нее (главным образом тектоническими). По разрушительным последствиям землетрясения не имеют себе равных среди стихийных бедствий. Вся поверхность земного шара делится на несколько огромных частей земной коры, которые называются тектоническими плитами. Это североамериканская, евроазиатская, африканская, южноамериканская, тихоокеанская и атлантическая плиты. Тектонические плиты находятся в постоянном движении, которое составляет несколько сантиметров в год. Они могут раздвигаться, сдвигаться или скользить одна относительно другой.

Согласно теории, землетрясения являются результатом столкновения этих плит и сопровождаются изменениями поверхности земли в виде складок, трещин и т. п., которые могут простираться на большое расстояние. Районы, расположенные вблизи границ тектонических плит, в наибольшей степени подвержены землетрясениям.

Иногда случаются землетрясения во внутренних частях плит – так называемые внутриплитовые землетрясения.

Землетрясения могут возникать и по другим причинам. Одна из таких причин – вулканическая деятельность в местах, где раздвигаются тектонические плиты. Другая причина – обрушение кровли шахт или подземных пустот с образованием упругих волн. Это обвальные землетрясения. Землетрясения, возникающие при развитии крупных оползней, также называют обвальными. Кроме того, землетрясения может вызывать и инженерная деятельность человека (заполнение глубоких, более 10 м, водохранилищ, закачка воды в скважины, образование подземных полостей вследствие добычи полезных ископаемых, горные работы и взрывы большой мощности).

Опасные последствия землетрясений разделяются на природные и связанные с деятельностью человека. К природным последствиям относятся: сотрясение грунта, нарушение грунта (трещины и смещения), оползни, лавины, сели, разжижение грунта, оседания, цунами, сейши.

К последствиям землетрясений, связанных с деятельностью человека, относятся:

- разрушение или обрушение зданий, мостов и других сооружений;

- наводнения при прорывах плотин и водопроводов;

-

31

пожары при повреждениях нефтехранилищ и разрывах газопроводов;

- повреждение транспортных средств, коммуникаций, линий энерго- и водоснабжения, а также канализационных труб;

- радиоактивные утечки при повреждении ядерных реакторов.

Область возникновения подземного удара – очаг землетрясения – представляет собой некоторый объем в толще земли, в пределах которого происходит процесс высвобождения накапливающейся длительное время энергии. В центре очага условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность земли – эпицентр.

Одной из главных характеристик землетрясения является энергия, излучаемая при сейсмическом толчке в форме упругих волн.

Энергия сейсмических волн, или магнитуда, может составлять до сотен тысяч миллионов КВт/час (1020). Для удобства записи при обозначении энергии землетрясения пользуются логарифмом отношения амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого эталонного землетрясения. Немецкий ученый Рихтер для характеристики энергии землетрясения в качестве эталона (точки отсчета) предложил принять такую энергию, при которой на расстоянии 100 км от эпицентра стрелка сейсмографа стандартного типа отклоняется на 1 мкм, т. е. энергия землетрясения определяется как десятичный логарифм отношения амплитуды сейсмических волн, замеренных на каком-либо расстоянии от эпицентра, к эталону. Изменение отношения на 10 соответствует изменению значения интенсивности колебания грунта на поверхности земли на 1 балл. Например, амплитуда землетрясения равна 300000, эталон равен 10. По шкале Рихтера амплитуда землетрясения составит: 300000 : 10 = log 30000 – 4,48. Наивысший балл по шкале Рихтера – 10. Максимальный балл по этой шкале был зарегистрирован в Колумбии в 1906 году – 8,6.

В

32

ряде Европейских стран наряду со шкалой Рихтера с 1964 года используется 12-балльная шкала MSK (авторы Медведев, Спонхевер, Карник), которая характеризует силу землетрясения в соответствии с его последствиями.

Землетрясения создаются ударными волнами и упругими колебаниями земной коры. Причиной неглубинных землетрясений (глубина очага не менее 60 км) могут служить скольжение литосферных блоков вдоль разломов земной коры, скачкообразное изменение давления паровых газов в коре, вулканическая деятельность. Более глубокие землетрясения вызываются изменениями фазового состояния магмы, подстилающей земную кору. Наиболее часты и сильны мелкофокусные землетрясения (глубина очага менее 15 км), обусловленные относительными смещениями блоков.

Разрушительная способность землетрясения зависит от его магнитуды и от глубины очага и характеризуется в условных баллах интенсивности. В России принята 12-балльная Международная сейсмическая шкала интенсивности MSK-64 (шкала Меркалли), описывающая результат землетрясения в его эпицентре, а для разрушительных (6-9 баллов) землетрясений – дополнительная собственная шкала 1973 г.

В ней рассмотрены следующие типы зданий:

А – глинобитные или из кирпича-сырца, или из рвано­го камня;

Б – кирпичные или из тесаного камня, или из крупных блоков;

В – каркасные железобетонные, каменные или деревянные хорошей постройки.

Интенсивность землетрясений по характеру повреждений зданий и сооружений оценивается на основании показателей типа строений и степени их разрушения.

Характеристика степени повреждения зданий и сооружений:

1 степень – легкие – тонкие трещины в штукатурке;

2

33

степень – умеренные – небольшие трещины в стенах, откалывание довольно больших кусков штукатурки, падение кровельной черепицы, трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб;

3 степень – тяжелые – большие, глубокие или сквозные трещины в стенах, падение дымовых труб;

4 степень – разрушения – обрушение внутренних стен, проломы во внешних стенах, обрушение частей зданий, разрушение связей между отдельными элементами зданий;

5 степень – обвалы – полное разрушение зданий.

С учетом этих степеней разрушения зданий и сооружений шкала интенсивности землетрясений (последствия по масштабам разрушений) представлена следующим образом:

6 баллов – 1-я степень повреждений в отдельных зданиях типа Б и во многих типах А; 2-я – в отдельных типа А; в немногих случаях оползни; на сырых грунтах возможны трещины шириной до 1 см; в горных районах – отдельные случаи оползней;

7 баллов – 1-я степень повреждений во многих зданиях типа В; 2-я – в отдельных случаях типа Б и во многих типа В; 3 я – в отдельных типа Б и во многих типа А; 4-я -в отдельных типа А; в отдельных случаях оползни дорожных откосов на крутых склонах, трещины на дорогах; нарушения стыков трубопроводов; отдельные случаи оползней на крутых песчаных и граве л истых берегах рек;

8 баллов – 2-я степень повреждений во многих зданиях типа В; 3-я – во многих типа Б и в отдельных типа В; 4-я – во многих типа А и в отдельных типа Б; 5-я – в отдельных типа А; сдвигаются памятники, разрушаются каменные ограды; небольшие оползни на крутых откосах дорожных выемок и насыпей; трещины в грунте шириной до нескольких сантиметров; во многих случаях изменяется дебит источников, уровень воды в колодцах;

9

34

баллов – 3-я степень повреждений во многих зданиях типа В; 4-я – в отдельных типа В и во многих типа Б; 5-я – в большинстве зданий типа А и отдельных типа Б; памятники и колонны опрокидываются; значительные повреждения берегов искусственных водоемов; разрывы подземных трубопроводов; в отдельных случаях искривление рельсов железных дорог и повреждение полотна автомобильных дорог, трещины в грунте шириной 10 см; частые оползни, обвалы, осыпания грунта;

10 баллов – сохраняется незначительная часть зданий типа А и отдельные здания типа Б;

11 баллов – сохраняются отдельные здания типа А;

12 баллов – тотальные разрушения.

Установлены также количественные характеристики терминов, определяющие последствия по масштабу разрушений:

- отдельные – около 10 %;

- многие- около 50 %;

- большинство – около 75 % разрушений.