книги из ГПНТБ / Борголов И.Б. Геология с основами минералогии и петрографии учеб. пособие для студентов с.-х. вузов, обучающихся по специальности агрономия, агрохимия и почвоведение

меньший запас энергии. Скорость их в 1,7 раза меньше ско­ рости продольных волн. Эти волны не распространяются в жидких и газообразных средах. Кроме продольных и попе­ речных сейсмических волн, на границах раздела твердой и газообразной, твердой и жидкой сред могут возникать по­ верхностные волны, или волны Релея, обладающие более низкой скоростью, чем поперечные волны.

При оценке разрушающего воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она под­ ходит из гипоцентра к поверхности Земли. Его величина может быть различной. Результирующая сейсмической вол­ ны, пришедшей под углом к поверхности, может быть раз­ ложена на нормальную и горизонтальную составляющие (рис. 22). В эпицентре горизонтальная составляющая отсут­ ствует, поэтому сооружение испытывает вертикальные уда­ ры, не представляющие серьезной опасности.

г

Р и с. 22. Схема сейсмической волны, при­ шедшей под углом к поверхности: Г — гипо­ центр, Э — эпицентр; 1 — вертикальная и 2— горизонтальная составляющие сейсмической

волны.

Наибольшие разрушения возникают под действием гори­ зонтальной составляющей сейсмической волны. Поэтому степень разрушительности землетрясений оценивается по величине ускорения горизонтальной составляющей (а), вы­ числяемого по формуле:

4 ГР

Т- •А,

170

несколько миллионов раз выше энергии взрыва атомной бом­ бы. Особенно большой энергией обладают так называемые

движения записываются пером на бумаге. Полученная запись называется сейсмограммой (рис. 24).

171

современные сейсмографы регистрируют колебания при по­ мощи зеркальных гальванометров, отбрасывающих «световой зайчик» на фотографическую бумагу. Сейчас насчитываются сотни сейсмических станций, снабженных современными вы­ сокоточными сейсмографами, автоматически записывающими колебания земной коры. Таких станций много и в Советском Союзе. Изучением землетрясений в нашей стране занимается Институт физики Земли Академии наук СССР.

Оценка силы землетрясения

Для оценки силы землетрясения в СССР принята 12балльная шкала (ГОСТ-6249-52). В основу ее положены три группы признаков: 1) характер разрушения зданий; 2) ос­ таточные явления в грунтах и изменения в грунтовых водах; 3) прочие признаки (ощущение людей, звон оконных сте­ кол, посуды и т. п.).

Ниже приводится в сокращенном виде шкала интенсив­ ности землетрясений (ГОСТ 6249-52).

172

173

Степень разрушительности землетрясений в одном и томже районе зависит от особенностей рельефа, геологического строения и гидрогеологии участков. Исследования показали, что степень разрушения зданий возрастает по мере увеличе­ ния крутизны склона. Наиболее сильно проявляются земле­ трясения на участках шарниров складок. Особое значение имеет состав пород, слагающих местность. Установлено, что наиболее серьезные нарушения возникают на участках, сло­ женных рыхлыми, песчано-галечниковыми отложениями. Это объясняется отсутствием прочных связей между частицами, слагающими рыхлые отложения и в связи с этим возраста­ нием в них амплитуды сейсмических колебаний.

Географическое размещение и предсказание землетрясений

Изучение сейсмических явлений в течение ряда столетий показывает, что некоторые районы земной коры постоянно подвергаются землетрясениям, достигающим нередко очень большой силы. Такие районы или области называются сей­ смическими, а области, в которых почти не наблюдались та­ кие явления в течение исторического времени, называются асейсмическими (слабосейсмическими).

Сильные и частые землетрясения имеют место в перифе­ рической части Тихого океана — Тихоокеанский сейсмиче­ ский пояс. Одной из крупных областей сильных землетрясе­ нии является Средиземноморский сейсмический пояс, охва­ тывающий складчатые сооружения от Гибралтарского про­ лива до Малайского архипелага. К сейсмическим районам относятся также Срединноатлантический хребет (Атланти­ ческий пояс) и районы, прилегающие к гигантским грабенам Африки (Африканский сейсмический пояс).

Наибольшей сейсмической активностью обладают Тихо­ океанский (где сосредоточено до 80% всех сильных земле­ трясений) и Средиземноморский пояса альпийских, еще формирующихся складчатых сооружений, а также примы­ кающие к ним области байкальских, каледонских и герцинских сооружений,, находящихся в стадии перестройки гео­ логической структуры Землетрясения, приуроченные к поясу альпийских складчатых сооружений, хотя и часты, но обладают меньшей силой, чем землетрясения, приурочен­ ные к областям перестройки геологических структур. Пос­ ледние имеют глыбовое строение. Глыбы, поднимаясь с боль­ шой скоростью, или даже перемещаясь в противоположных направлениях, как бы «вспарывают» и восстанавливают

174

древние глубинные разломы, залеченные некогда про­ явлениями различных эндогенных процессов. Почти мгно­ венные разрядки медленно накапливающихся ^напряжений в жестких глыбах вызывают землетрясения необычайно боль­ шой силы. Примером такого рода сейсмических явлений яв­ ляется Гоби-Алтайское землетрясение 1957 г. По масштабу и макроэффекту оно является одним из сильнейших в исто­ рии. Длина его эппцентральной зоны составляла не менее 275 км. Произошло это землетрясение в горах Гобийского Алтая, в межгорном прогибе, ограниченном Монгольским Ал­ таем и Хангаем. Сила его достигала 11 —12 баллов. Разру­ шения наблюдались «а площади 300000 км2. Во время зем­ летрясения имело место перемещение горных пород как по старым, так и по вновь образовавшимся разломам, протя­ женностью в сотни километров.

Асейсмические области приурочены к платформам, не вступившим в альпийскую орогению и связанную с нею пе­ рестройку геологической структуры.

Институтом физики Земли АН СССР для всей террито­ рии СССР составлена карта-схема сейсмического райониро­ вания. На этой карте к сейсмическим областям отнесены все южные районы нашей страны: Прикарпатье, Южный Крым, Кавказ, Южная Туркмения, восточные высокогорные части Средней Азии, полоса горных возвышенностей от Алтая до Саян, Прибайкалье, Южное Приморье, о. Сахалин, Куриль­ ские острова, Камчатка. Таким образом, сейсмические об­ ласти в пределах СССР также приурочены к областям совре­ менного горообразования и регенерации древних сооруже­ ний. К асейсмическим или слабосейсмическим областям в пределах СССР относятся Русская и Восточно-Сибирская равнины. Эти территории испытывают лишь незначительной амплитуды колебания, являющиеся отзвуками тектонических землетрясений в сейсмических областях.

Громадный ущерб, причиняемый землетрясениями, при­ вел к необходимости создания специальной сейсмической службы, которая занимается комплексными наблюдениями за этими грозными явлениями природы.

В результате наблюдений возможно определить место, время, силу и ряд других данных о землетрясении, т. е. уста­ новить сейсмический режим данной местности. На основе этого сейсмологи дают прогноз о силе и месте возможных землетрясений.

Для того чтобы получить представление о возможной си­

175

ле землетрясении на тех пли других участках Земли, суще­ ствуют специальные карты сейсмичности. Как уже отмеча­ лось выше, подобная карта составлена институтом физики Земли АН СССР для всей территории Советского Союза. Вы­ деленные на ней различной силы зоны землетрясений позво­ ляют судить о том, где и какой силы землетрясение следует ожидать. Однако уровень современных знаний пока еще не­ достаточен, чтобы дать точный ответ на вопрос, когда оно произойдет, хотя и накоплен некоторый опыт в этом направ­ лении. Индикаторами, указывающими приближение земле­ трясений, являются возникающие примерно за сутки до его начала магнитные бури; усиление звуковых эффектов в зем­ ной коре, обусловленное, по-видимому, объединением мелких разрывов в более крупные; изменение упругих свойств гор­ ных пород в результате накопления напряжений в очаге; воз­ никновение электрических токов в Земле, а также резкое изменение наклона земной поверхности, наблюдаемое за 3— 10 дней до землетрясения. Совсем недавно стало известно, что прогнозировать землетрясения можно но изменению уровня воды в артезианских скважинах. Так, например, гео­ лог Ф. Р. Гордон в одном из районов Австралии наблюдал за полтора часа до его начала резкое повышение (на несколько сантиметров) уровня воды в скважинах.

Антисейсмические мероприятия при строительстве

В районах, подверженных землетрясениям (от 7 и более баллов). осуществляется сейсмостойкое строительство с низ­ ведением специальных построек, выдерживающих землетря­ сения различной силы.

Согласно существующим правилам, в сейсмических об­ ластях не рекомендуется строить здания на крутых косого­ рах, у обрывов, на рыхлых породах, а также на влажных и болотистых почвах. Непригодны также постройки из глины; деревянные срубы выдерживают землетрясения лѵчше. чем кирпичные здания, даже хорошей кладки. Перекрытия зда­ ний должны быть как можно более жесткими и прочно сое­ диняться со стенами. В областях, подверженных землетря­ сениям, не следует также строить многоэтажные здания..

Расчеты показывают, что в зонах интенсивно,! сепсмпчцо- с'.п следует строить железобетонные здания с крепкими связями в углах; лучше проектировать круглые сечения зда­ нии. При этом особое внимание обращается на соблюдение правил противопожарной безопасности, так как при к м л .-

176

трясениях часто возникают пожары в результате коротких замыканий в электрической сети.

Моретрясения

В большинстве случаев море не обнаруживает больших волнений, даже при самых сильных подземных ударах. Ино­ гда оно вспучивается, вызывая кратковременные течения во всех направлениях и быстро успокаивается. Только отдель­ ные сильные землетрясения, сопровождающиеся быстрыми поднятиями или опусканиями значительных участков мор­ ского дна, вызывают сильные волнения — моретрясения. При таких перемещениях приходят в движение большие массы воды, образующие огромные волны так называемые цунами. Так, например, большой высоты цунами возникли во время

и 150—200 м. При этом имели место перемещения по гори­ зонтали до 5 м. Часть возникших в результате этого волн высотой более 10 м накатилась на берег, смывая и разру­ шая все на своем пути.

При Чилийском землетрясении 1960 г. цунами, возник­ шие у берегов Южной Америки, прокатились по всему Тихо­ океанскому бассейну, захлестнули берега Японских и Гавай­ ских островов, достигли Курильских островов. Огромные волны при этом растянулись более чем на 16 тыс. км. 28 марта 1964 г. на Аляске произошло землетрясение 10—11- балльной силы с эпицентром, находящимся в заливе «Принц Вильям». Приливная волна, возникшая в результате этого землетрясения, продвигалась со скоростью 640—960 км, до стигая высоты 9,14 м. В результате ею была разрушена значительная часть г. Анкоридж, а также города на острове Ванкувер, Альберни и порт Альберни.

Цунами наблюдаются по побережьям Тихого и Атланти­ ческого океанов, а также по побережьям Средиземного. Японского и других морей. Однако основная часть моретря­ сений, порождающих такие явления, приходится на Тихо­ океанский сейсмический пояс. Обычно цунами состоят не из одной, а из серии волн, следующих друг за другом: коли­ чество их достигает 5—7, причем наиболее сильными являют­ ся вторая и третья волны. В открытом океане цунами имеют большую длину (расстояние от гребня до гребня достигает ICO—300 км) и незначительную высоту. Поэтому д.щ мор-

ских судов они незаметны и не представляют опасности, несмотря «а громадную скорость их распространения, до 1000 км/час. Однако по мере приближения к побережью вы­ сота их быстро возрастает до 5—10 м, реже до 20—30 м, скорость, інапротив, убывает до 30—70 км/час. Изменение высоты и силы цунами зависит от рельефа морского дна и прибрежного участка. Наибольшей высоты цунами наблюда­ ются у изрезанных, крутых берегов с узкими и глубокими бухтами клино- и серповидной формы, открытых в сторону моря или океана. В такие бухты они нагоняют воду, которая заливает берега и проникает по долинам рек на 2—3 км. В отличие от этого на пологих берегах с ровной береговой ли­ нией, при ширине их более 500 м цунами не распространя­ ются дальше 300—500 м от берега.

Несмотря на то, что такие явления наблюдаются сравни­ тельно редко, цунами являются тяжелым стихийным бед­ ствием, причиняющим большой вред прибрежному населению.

Для того чтобы защитить прибрежное население, а так­ же спасти портовое оборудование и имущество от катастро­

сейсмические колебания распространяются быстрее, чем мор­ ские волны. Одним из предвестников возможного цунами яв­ ляется сильное землетрясение на побережье, другим же — отступание океана от берегов во внеурочное время. При этом дно обнажается на расстояние нескольких сотен метров, а затем огромные океанические волны с большой скоростью

склону берега на высоту 30—40 м над уровнем океана. На берег не рекомендуется возвращаться после первой волны в течение 1,5—2,0 часов; за первой волной следует вторая, а может быть и третья, еще более сильные, по сравнению с первой. Затем волны начинают постепенно утихать. Если же в течение двух часов после сильного землетрясения отступле­ ние океана от берегов не наблюдалось и цунами не появи­ лись. то они обычно больше не возникают.

178

Глава VII. ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

К числу геологических явлений, возникающих под дей­ ствием внешних сил Земли, главным образоім под влиянием лучистой энергии Солнца, относится подавляющее большин­ ство. Это такие явления или процессы, как выветривание, геологическая деятельность ветра, атмосферных, поверхност­ ных и подземных вод, ледников, морей и озер, животных и растительных организмов, а также деятельность человека. В совокупности, все эти экзогенные процессы производят боль­ шую разрушительную и созидательную работу. В результате весьма длительного и непрерывного их воздействия на толщи горных пород земной коры происходит изменение лика Зем­ ли, сглаживание и выравнивание форм рельефа, созданного эндогенными процессами и, наконец, образуются скопления различных рыхлых отложений.

§ 1. ВЫВЕТРИВАНИЕ

Процессы изменения, точнее разрушения горных пород па земной поверхности под влиянием непосредственного воздей­ ствия лучей Солнца, колебаний температуры воздуха, за­ мерзающей в пустотах горных пород воды, кислорода, угле­ кислоты, а также живых организмов объединяются под на­ званием выветривания. В соответствии с этим различают: физическое, химическое и биологическое выветривания. Не­ обходимо отметить, что в природе все указанные типы вы­ ветривания проявляются одновременно. Особенно тесно взаи­ мосвязаны между собой химическое и биологическое вывет­ ривания, объединяемые под общим названием биохимиче­ ского выветривания.

ее формирования.

Физическое выветривание. При данном типе выветривания происходит раздробление горных пород без изменения их хи­ мического состава. Оно обусловлено в основном как изменени­ ем температуры воздуха, так и прямым солнечным нагревани­ ем. Как и все твердые тела, минералы и горные породы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. В ре­ зультате периодически сменяющихся сжатий и расширений сцепление между минеральными зернами пород ослабевает и тем больше, чем крупнее зерна. При этом имеет значение и цвет минералов, входящих в состав той или иной горной по­ роды. Темные минералы сильнее нагреваются, чем светлые.