2.3.2 Як вивчають землетруси?

Приблизно через двадцять хвилин після сильного землетрусу про нього можуть довідатися сейсмологи всієї земної кулі. Для цього не потрібні ані радіо, ані телеграф. Землетрус сам повідомляє про себе. Як це відбувається? При землетрусі переміщуються, коливаються частки гірських порід. Вони штовхають сусідні частки, котрі передають поштовх ще далі у вигляді пружної хвилі.

Отже, струс немовби передається ланцюжком і розходиться у вигляді пружних хвиль вусібіч; поступово, у міру віддаляння від центра землетрусу, хвиля слабшає. Уяввлення про такі пружні хвилі може дати вантажівка, коли вона йде нерівною вулицею. Пружні хвилі спричиняють струс найближчих будинків. Відомо, наприклад, що пружні хвилі передаються рейками далеко наперед від потягу, який мчить, наповнюючи рейки рівним, ледь чутним гулом.

Пружні хвилі, які виникають при землетрусі, називаються сейсмічними. Найшвидші з них поширюються в поверхневих шарах Землі зі швидкістю від 5 до 8 км/сек, а усередині Землі - до 13 км/сек.

2.3.3 Запис землетрусів

Коли ви перебуваєте в автобусі, то за рушенн машини з місця відхиляєтесь назад, а за різкого гальмування - уперед. Чому це відбувається? Коли автобус різко рушає, ваше тіло прагне зберегти стан спокою. Ноги, що спираються на підлогу автобуса, «виїжджають» з-під вас, і ви падаєте назад. Властивість зберігати первинний стан спокою чи рівномірного руху називається інерцією.

Ця ж властивість інерції використовується й у спеціальному приладі - сейсмографі, який визначає силу землетрусу. Головна частина сейсмографа - маятник - являє собою тягар, підвішений як у маятнику у настінних годинниках чи на пружині. Коли ґрунт коливається, тягар маятника сейсмографа відстає від його руху. Якщо до тягара маятника прикріпити голку і до неї притиснути закопчене скло так, щоб голка лише стикалася з його поверхнею, вийде найбільш простий сейсмограф, яким користувалися раніш. Ґрунт, а разом з ним і скляна пластинка коливаються, тягар маятника і голка залишаються нерухомими, а голка окреслює на закопченій поверхні криву коливання Землі. Якщо замість голки до тягара маятника прикріпити дзеркало і спрямувати на нього промінь світла, то відбитий промінь - «зайчик» - відтворюватиме коливання ґрунту в збільшеному вигляді. Такий «зайчик» спрямовують на стрічку фотопаперу, яка рівномірно рухається. Після проявлення на цій стрічці можна побачити записані коливання - криву коливань Землі в часі.

Чудове досягнення науки – електричний сейсмограф для запису найменших коливань ґрунту. Його винайшов академік Б. Б. Голіцин. Цей прилад реєструє землетруси, котрі відбуваються на відстані до 20 тис. км. Так, наприклад, сейсмографи Голіцина, встановлені на сейсмічній станції «Москва», зазначають коливання від землетрусів, яківідбуваються в таких віддалених місцях, як Південна Америка чи Антарктида.

Якщо центр землетрусу перебуває в передгір'ях Паміру на відстані близько 3 тис. км від Москви, то через кілька хвилин після початку землетрусу пружні хвилі дістануться Москви.

Запис струсів ґрунту називається сейсмограмою. Академік Б. Б. Голіцин винайшов спосіб, як за сейсмограмою навіть однієї станції довідатися, де відбувався землетрус.

На сейсмічних станціях прилади працюють цілодобово, стежачи за сейсмічними хвилями - провісниками далеких і близьких підземних поштовхів. У приладах застосовується автоматика, а нзка обчислень при обробці спостережень виконується на електронно-рахункових машинах.

Залежно від типу землетрусу застосовують кілька магнітудних шкал. Сейсмічні хвилі поділяються на хвилі стискування та хвилі зрушення. Хвилі стискування називаються первинними (Р-хвилями) чи подовжніми хвилями. Швидкість поширення такої хвилі в 1,7 раза більше за швидкість поширювання хвиль зрушення. Хвилі зрушення, чи поперечні сейсмічні хвилі, змушують частки порід коливатися перпендикулярно до напрямку поширювання хвилі і називаються вторинними (S-хвилями). Існує ще третій тип пружних хвиль – довгі чи поверхневі хвилі (L-хвилі), саме вони викликають найпотужніші руйнування. Інтенсивність (сила) у землетрусу характеризує ступінь руйнування й вимірюється за шкалою MSK-64 (Медведєва – Шпонхайера – Карніка) у балах (0...12). У Росії використовується шкала Медведєва – Адамса, теж у 12 балах.

Блюмом запропоновано технічну шкалу інтенсивності землетрусів. У Японії використовують шкалу із семи магнітуд К. Вадаті (K.Wadati). Саме з цієї шкали й запозичив І.Ф. Ріхтер логарифмічний масштаб. Для локальних землетрусів у багатьох районах світу, наприклад у Новій Зеландії, Італії й ін., використовують шкали: де Россі, Фореля, Меркаллі. Відображуючи силу землетрусів „Магнітудний” масштаб Ріхтера відповідає амплітуді невеликого горизонтального зсуву, записаного сейсмографом на відстані 10 км від епіцентра (точки земної поверхні над фокусом землетрусу).

Залежно від відстані й глибини фокуса землетрусу, що визначаються за допомогою емпіричних таблиць графіків (Gibluly,Waters, Woodford, 1968), визначається сумарна енергія (Е), що зв'язана з магнітудою (М):

Ріхтер установив, що вивільнена енергія у 31,6 раза більше за ту, котра існувала за попередньої одиниці шкали. Інші алгебричні залежності показують, що при збільшенні магнітуди на одиницю вивільняється в 60 разів більше енергії. Найбільші землетруси вивільнюють енергії в 10²⁵ ерг (1 ерг = 10^-7 Дж), що є еквівалентне до енергії 12 тис. атомних бомб типу хіросимської.

Землетруси з магнітудою понад 7 за шкалою Ріхтера – сильні землетруси (majer earthquakes), а з магнітудою понад 8 – великі землетруси (sreat earthquakes).

Упродовж кількох десятків років шкала Ріхтера уточнювалася; сьогодні існує кілька похідних шкал, наприклад:

• магнітуда об'ємних хвиль

,

де А – амплітуда коливань землі (у мікрометрах за сейсмографом);

Т – період хвилі (у секундах) і Q – виправляння, що залежить від відстані епіцентра D і глибини вогнища землетрусу h.

• магнітуда поверхневих хвиль

Ця шкала погано працює при М=8 через перенасичення.

Таблиця 5.3 Класифікація землетрусів за шкалою Ріхтера

Бал	Найменування землетрусу	Коротка характеристика
1	Невідчутний	Фіксується лише сейсмічними приладами
2	Дуже слабкий	Відчувається окремими людьми, які перебувають у стані повного спокою
3	Слабкий	Відчувається лише невеликою частиною населення
4	Помірний	Розпізнається за легким подзвонюванням і коливанням предметів, посуду, скрипінням дверей та стін
5	Досить сильний	Загальний струс будинків, коливання меблів. Тріщини у штукатурці, прокидання сплячих
6	Сильний	Відчувається усіма. Картини падають зі стін. Відколюються шматки штукатурки, легкі ушкодження будинків
7	Дуже сильний	Тріщини у стінах кам'яних будинків. Антисейсмічні і дерев'яні будівлі залишаються неушкодженими
8	Руйнівний	Тріщини на схилах і сирому ґрунті. Пам'ятники зсуваються з місця чи руйнуються. Будинки сильно ушкоджуються
9	Спустошливий	Сильне ушкодження і руйнування кам'яних будинків
10	Нищівний	Великі тріщини в ґрунті. Зсуви й обвали. Руйнування кам'яних будівель, скривлення рейок
11	Катастрофа	Широкі тріщини в землі, численні зсуви й обвали. Кам'яні будинки сильно руйнуються
12	Потужна катастрофа	Змінювання у ґрунті сягають величезних розмірів. Численні обвали, зсуви. Виникнення водоспадів, підпруд на озерах, відхиляння течії річок. Руйнуються всі споруди.

Залежно від сили підземних поштовхів можуть руйнуватися цілі селища і міста. Через короткі замиканя в електромережах виникають пожежі. Внаслідок виходу з ладу комунально-енергетичних комунікацій виникають потопи з води або нечистот.

2.3.4 Визначення центра ураження при землетрусах

Магнітуда являє собою десятковий логарифм максимальної амплітуди зсуву земної кори (λ_max) за сейсмографом (у мікронах) на відстані 100 км від епіцентра землетрусу:

Сейсмічна енергія (Е) пов'язана з магнітудою (М) співвідношенням

,

звідки

Дж.

За іншими джерелами

Дж,

чи

ерг,

де1 ерг = 10^-7 Дж.

Залежно від глибини центра h в епіцентрі зв'язок поміж магнітудой М та силою землетрусу в балах подано в таблиці 5.4.

Таблиця 5.4

h,км	Магнітуда М
	5	6	7	8
10	Сила в балах
	VII	VIII–X	X	XI–XII
20	VI	VII–III	IX	X–XI
40	V	VII–VIII	VIII	IX–X
l	11	25	50	200
h	6	18	30	50

Центри ураження при землетрусах силою V балів і вище дають чотири зони: слабкі, середні, сильні і повні руйнування (табл 5.5).

Таблиця 5.5

Зони руйнування	Сила землетрусу	Буревій, урагани, смерчі (швидкість вітру)		Надлишковий тиск при вибухах, ΔРор,кПа	Збитки від виходу з ладу споруд, %
		км/год	м/год
Слабкі	V–VII	65-90	18-25	10-20	10-30
Середні	VII–VIII	90-126	25-35	20-30	30-50
Сильні	VIII–X	126-180	35-50	30-50	50-90
Повні	X–XII	>180	>50	>50	90-100

Подовжні сейсмічні хвилі мають велику швидкість (6...8 км/с) і відчуваються на поверхні землі в першу чергу. Поперечні хвилі перпендикулярні доподовжніх і мають швидкість удвічі - втрічі менше.

Інтенсивність (сила) землетрусу за шкалою МСК-64 в епіцентрі складає:

(бали);

на відстані