Як вивчають землетруси?

Приблизно через двадцять хвилин після сильного землетрусу про нього можуть довідатися сейсмологи всієї земної кулі. Для цього не потрібно ні радіо, ні телеграфу. Землетрус саме повідомляє про себе.

Як це відбувається? При землетрусі переміщаються, коливаються частки гірських порід. Вони штовхають сусідні частки, що передають поштовх ще далі у виді пружної хвилі.

Таким чином, струс як би передається по ланцюжку і розходиться у виді пружних хвиль в усі сторони; поступово, у міру видалення від центрам землетрусу, хвиля слабшає.

Представлення про такі пружні хвилі може дати вантажівка, коли він йде по нерівній вулиці. Пружні хвилі викликають струс найближчих будинків. Відомо, наприклад, що пружні хвилі передаються по рейках далеко уперед від потяга, що мчиться, наповняючи рейки рівним, ледве чутним гулом.

Пружні хвилі, що 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.

Запис землетрусів

Коли ви прибуваєте в автобусі, то при рушені машини з місця падаєте назад, а при різкому гальмуванні - 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 первісний стан чи спокою рівномірного руху називається інерцією. Ця ж властивість інерції використовується й в особливому приладі - сейсмографі, що відзначає землетрусу. Головна частина сейсмографа - маятник - являє собою вантаж, підвішений як у маятнику на стінних годинників чи на пружині. Коли ґрунт коливається, вантаж маятника сейсмографа відстає від її руху. Якщо до вантажу маятника прикріпити голку і до неї пригорнути закопчене скло так, щоб голка лише стикалася з його поверхнею, вийде найбільш простий сейсмограф, яким користалися раніш. Ґрунт, а разом з нею і скляна пластинка коливаються, вантаж маятника і голка залишаються нерухомими, а голка креслить на закопченій поверхні криву коливання Землі.

Якщо замість голки до вантажу маятника прикріпити дзеркало і направити на нього промінь світла, то відбитий промінь - «зайчик» - буде відтворювати коливання ґрунту в збільшеному виді. Такий «зайчик» направляють на стрічку фотопаперу. Яка рівномірно рухається після прояву на цій стрічці можна бачити записані коливання - криву коливань Землі в часі.

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

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

Запис струсів ґрунту називається сейсмограмою. Академік Б. Б. Голицин винайшов спосіб, як по сейсмограмі навіть однієї станції довідатися, де відбувався землетрус.

На сейсмічних станціях прилади працюють день і ніч, стежачи за сейсмічними хвилями - вісниками далеких і близьких підземних поштовхів. У приладах застосовується автоматика, а ряд розрахунків при обробці спостережень виконується на електронно-рахункових машинах.

У залежності від типу землетрусу застосовують декілька магнитудных шкал. Сейсмічні хвилі поділяються на хвилі стиску і хвилі зрушення. Хвилі стиску називаються первинними (Р-волнами) чи подовжніми хвилями. Швидкість поширення такої хвилі в 1,7 рази більше швидкості поширення хвиль зрушення.

Хвилі зрушення чи поперечні сейсмічні хвилі змушують частки порід коливатися перпендикулярно напрямку поширення хвилі і називаються вторинними (S-хвилею). Існує ще третій тип пружних хвиль – довгі чи поверхневі хвилі (L-хвилі), саме вони викликають самі сильні руйнування. Інтенсивність (сила) у землетрусу характеризує ступінь руйнування, виміряється по шкалі MSK-64 (Медведива – Щпонхайера – Карніка) у балах (0-12). У Росії використовується шкала Медведєва-Адамса теж у 12 балах.

Блюмом запропонована технічна школа інтенсивності землетрусів. У Японії використовують шкалу із семи магнитуд К. Вадати (K.Wadati). Саме з цієї шкали і запозичав И.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 «Магнитудний» масштаб Ріхтера відповідає амплітуді невеликого горизонтального зсуву, записаного сейсмографом на відстані 10 км від епіцентру (крапки земної поверхні над фокусом землетрусу).

У залежності від відстані і глибини фокуса землетрусу, що визначаються за допомогою емпіричних таблиць графіків (Gibluly,Waters, Woodford, 1968), визначається (Е) – сумарна енергія, що зв'язана з (М) – магнитудою

Ріхтер установив, що енергія, що вивільнилася, у 31,6 рази більше тієї, котра існувала при попередній одиниці шкали. Інші алгебраїчні залежності показують, що при збільшенні магнитуды на одиницю вивільняється в 60 разів більше енергії. Найбільші землетруси вивільняють енергії в 10²⁵ ерг (1ерг=10^-7 Дж), що еквівалентно енергії 12 тис. атомних бомб типу Хіросимської.

Землетрусу з магнитудою 7 і більш по шкалі Ріхтера – сильні землетруси (majer earthquakes), а з магнитудою 8 і більш – великі землетруси (sreat earthquakes).

Протягом декількох десятків років шкала Ріхтера уточнювалася, зараз існує кілька похідних шкал, наприклад:

• магнитуда об'ємних хвиль

,

де А – амплітуда коливань землі (у мікрометрах по сейсмографі),

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

• магнитуда поверхневих хвиль

Ця шкала погано працює при М=8 через насичення.