книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 1/. Геологические опасные природные процессы

ной связи между силой землетрясения (или размерами его фокальной зоны), расстоянием от очага до сейсмографа и максимальной амплитудой колеба­ ния, зарегистрированной этим сейсмографом. И вся разница лишь в выбо­ ре наилучшего способа определения этой зависимости для данного толчка в данном регионе Земли. Поэтому магнитудой по шкале Рихтера (М) назы­ вают магнитуды ML до 5,9, Ms в интервале 5,9—8,0 и Mw до 8,3 в краевых частях плит.

Землетрясение с магнитудой 7 и выше по шкале Рихтера может стать крупной катастрофой в плотно населенных местах земного шара. Недавний пример — землетрясение близ г. Кобе в Японии 17 января 1995 г. с М = 7.2, в результате которого погибли 6300 человек, разрушено 200 тыс. зданий, ущерб составил около 100 млрд долл. Самые сильные из зарегистрированных толчков — это землетрясение в Колумбии и Эквадоре в 1906 г. и Санрикю в Японии в 1933 г., магнитуда которых достигла ML = 8,9. Землетрясения с магнитудой выше 4,5 регистрируются сейсмографами во всем мире, а близ­ кий толчок с М = 5 может повредить дымовые трубы и штукатурку. Воздей­ ствия же с М < 2 ощущаются редко. Сильные землетрясения, особенно мел­ кофокусные, часто сопровождаются афтершоками — многочисленными (до тысячи) толчками меньшей энергии.

К счастью, слабых землетрясений гораздо больше, чем сильных. Во всем мире ежегодно происходит около 20 толчков с М > 7, около 1000 толчков с М > 5 и более 100 тыс. ощутимых толчков вообще. В последнее десятилетие наблюдается уменьшение среднегодового количества сильных землетрясе­ ний по сравнению с их среднемноголетним числом. За 1975—1997 гг. во всем мире произошло всего 308 толчков с магнитудой более 7. из них лишь 32 глубокофокусных (глубже 70 км). Существует и верхний предел силы зе­ млетрясений: он определяется прочностью пород, что ограничивает возмож­ ную величину накопленных напряжений. Иначе в соответствии с законом повторяемости землетрясений разной силы хотя бы раз в столетие должны были происходить землетрясения М = 10, а такой ужасный толчок сотряс бы целиком всю планету.

Энергетический класс землетрясения (К) определяется на расстоянии 10 км от гипоцентра, он изменяется от 0 до 18 Дж. Существует опреде­ ленная зависимость между энергетическим классом и магнитудой земле­

Наиболее простой способ приближенного определения величины маг­ нитуд представлен на приведенной ниже номограмме (рис. 11.8).

481

Разде i //. Опасные природные процессы

Рис. 1L8. Запись на сейсмографе показывает приход волн Р и S. По разнице во времени прихода (здесь 24 с) можно вычислить зпицентральное расстояние. Далее по разнице времени прихода и амплитуде (23 мм) по номограмме определяют магнитуду землетрясения [Кукал 3., 1989|

Интенсивность — это внешний эффект землетрясения на поверхности Земли (сила землетрясения), который выражается в определенной величи­ не смешения почвы, частиц горных пород, степени разрушения зданий и т.д. Интенсивность сейсмических воздействий на различные объекты зави­ сит от гипоцентрального расстояния:

С= л[Ё Г + К '

Сувеличением расстояния С интенсивность уменьшается. Зону поверх­ ностного грунта в радиусе примерно R < Н считают эпицентрсыьной. В ней преобладают колебания грунта вертикального направления. По мере удале­ ния от эпицентра усиливается влияние горизонтальной компоненты коле­ баний, представляющей наибольшую опасность для зданий.

482

Гшва //. Гео югические опасные природные процессы

Максимальное число градаций сотрясения в современных шкалах ин­ тенсивностей — 12 (их называют баллами) (табл. 11.1).

Наиболее распространены американская модифицированная шкала Меркалли (ММ), международная шкала MSK-1964 (рекомендована ЮНЕСКО) (Медведев — Спонхейер — Карник) и российская шкала, разработанная в ИФЗ. Последняя шкала на территории России положена в основу норм «Строительство в сейсмических районах» — СНиП 11-7-81. Все 3 шкалы близ­ ки между собой.

Условность таких шкал очевидна: сила землетрясения получается зави­ сящей от качества строительства, субъективности оценок и других факторов. Последствия воздействия землетрясений оценивают по шкале, одобренной Бюро МСССС (1973 г.), согласно которой здания и сооружения классифи­ цируют по трем типам:

А — здания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпичасырца, глинобитные дома;

Б — кирпичные дома, здания крупноблочного типа, здания из естест­ венного тесаного камня;

В— здания панельного типа, каркасные железобетонные здания, де­ ревянные дома хорошей постройки.

Степень повреждений зданий и сооружений оценивается следующим образом [Аварии и катастрофы, 1995]:

1— легкие повреждения: тонкие трещины в штукатурке и откалыва­ ние небольших кусков штукатурки;

2 — умеренные повреждения: небольшие трещины в стенах, откалыва­ ние довольно больших кусков штукатурки, падение кровельных черепиц, трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб;

3 — тяжелые повреждения: большие, глубокие и сквозные трещины в трубах, падение дымовых труб;

4 — разрушения: обрушение внутренних стен и стен заполнения кар­ каса, разрушение связей между отдельными частями здания;

5 — обвалы: полное разрушение зданий.

Втабл. 11.1 указана интенсивность землетрясений и приведены пос­ ледствия их действий для зданий и сооружений разных типов.

483

Раздел //. Опасные природные процессы

зданиях типа Б повреждения 3-й степени и в отдельных — 4-й степени. Во многих зданиях типа А повреждения 4-й степени и в отдельных — 5-й степени. Трещины на крутых склонах и сырых почвах. Незакре­ пленное оборудование сдвигается и повре­ ждается Старые здания разрушаются, остальные сильно повреждаются. Падение отдельных опор ЛЭП, линий связи, памят­ ников, каменных оград, наземных эстакад

484

Интенсивность (I) сотрясений на конкретной строительной площадке по 12-балльной шкале может быть определена в зависимости от магниту­ ды землетрясения (М), гипоцентрального расстояния (С) и региональных констант (а, б, с) по формуле:

I = a + b M - c l g C .

На территории России константы имеют значения: а = 3, b = 1,5, с = 3,5. Как правило, после землетрясения проводится картирование результатов его воздействия путем отождествления зон одинакового воздействия путем

проведения изосейст.

485

Разде i II. Опасные природные процессы

Изосейсты — линии, соединяющие точки (пункты на местности), в ко­ торых землетрясение проявилось с одинаковой интенсивностью (рис. 11.9).

Плейстосейстовая зона — место на поверхности Земли, располагающе­ еся непосредственно над гипоцентром или очагом землетрясения и харак­ теризующееся максимальной интенсивностью землетрясения (рис. 11.9).

Рис. /7.9. Схема расположения очага, эпицентральной зоны (плейстосейстовой зоны) и изосейст неглубокого землетрясения [по Н.В. Шебалину]

Землетрясение редко происходит в одиночку, гораздо чаше парами, груп­ пами, роями. После сильных землетрясений обычно следует множество толч­ ков постепенно убывающей силы. Такие последующие толчки называют аф­ тершоками. После сильного землетрясения афтершоки дают целый спектр колебаний с меняющимися ритмами, частотой и силой ударов. Подобные «концерты» могут длиться несколько суток, недель и месяцев.

Значительно реже перед сильным землетрясением возникают предшест­ вующие толчки — форшоки. Известно немало случаев, когда именно после первых слабых толчков люди покидали дома и тем самым спасались от по­ следующего, более сильного сотрясения. Однако иногда серия форшоков длится достаточно долго, и это отчасти вводит в заблуждение, так как неко­ торые форшоки могут быть достаточно сильными, что создает иллюзию, что основной толчок произошел.

486

Глава П. Геологические опасные природные процессы

Рис. 77.70. Схема простого метода определения расстояния до гипоцентра [Гир Дж., Ш ахХ., 1988|

Рассмотрим, как определяется расстояние до гипоцентра (рис. 11.10). Волны Р распространяются быстрее волн S и поэтому достигают сейсмогра­ фа первыми. Пусть Т — интервал времени между вступлениями волн Р и S. измеренный по сейсмограмме одной из сейсмических станций. Обозначим через Vp и Vs скорости соответствующих волн. Тогда расстояние d от стан­ ции до гипоцентра можно рассчитать по формуле:

487

Разде i II. Опасные природные процессы

Космические связи. Природа подземных катаклизмов во многом еще ос­ тается нераскрытой, неясной* Это не удивительно, ведь в «подготовке» зем­ летрясений участвуют самые различные силы и факторы. Кроме того, очаги большинства этих стихий располагаются на таких глубинах, куда человек еще не может проникнуть.

Несмотря на то, что в настоящее время ученые в состоянии иной раз предсказать, где и какой силы возможны землетрясения, но предвидеть главное — в какой именно день и час в том или ином районе в земных не­ драх возникнут колебания, наука пока не может. Однако и тут уже многое известно. Например, установлено, что перед самым землетрясением меняет­ ся характер медленных движений земной поверхности. Однако принять этот признак за определяющий нельзя, потому что такие движения могут быть вызваны разными причинами.

Несомненно, землетрясение не является случайным явлением, оно вызва­ но теми тектоническими движениями, которые происходят в глубинах земно­ го шара. Поэтому необходимо всесторонне исследовать закономерности этих движений, причины, которые их вызывают. Это очень трудная задача, но со­ временная наука ее решает.

Причин, которые вызывают тектонические движения, много. Вследствие высокой температуры внутри Земли вещество мантии не остается неизмен­ ным, оно переходит из одного состояния в другое за счет мантийной конвек­ ции. изменяется его объем. На тектонические движения оказывает влияние

исила тяжести. Земной шар состоит из пород разного удельного веса. Более тяжелые горные породы стремятся опуститься, более легкие — подняться.

ВXIX в. профессор Н. Слигунов обратил внимание на сильные магнит­ ные возмущения, сопровождавшие верненское (алма-атинское), эквадорское

идругие катастрофические землетрясения того времени. А при землетрясе­ нии 1966 г. в Ташкенте было отмечено свечение атмосферы над самим оча­ гом. Очевидно, оно было связано с изменением электрического поля Земли.

Сейчас ученые уделяют много внимания изучению влияния, которое оказывает на Землю наше дневное светило. Накоплено немало фактов, сви­ детельствующих о том, что некоторые процессы, происходящие на Солнце, оказывают явное воздействие на природные явления на Земле. Интересно, что в годы, когда возрастает количество солнечных пятен (что связано со вспышками на Солнце), на Земле усиливается тектоническая деятельность.

Американский геофизик Д. Симпсон, изучавший этот вопрос, пишет: «Если число солнечных пятен достигает 150, то вероятность возникновения землетрясений приблизительно на 31% выше, чем когда число солнечных пятен составляет 50. А если разница в числе солнечных пятен по сравнению

спредыдущим днем равняется 20, то вероятность возникновения землетря­ сений приблизительно на 26% выше, чем когда такого резкого перепада нет». К такому выводу он пришел, проанализировав 22 тыс. землетрясений, происходивших между 1950 и 1963 гг.

490