2.3.2. Как изучают землетрясения?

Приблизительно через двадцать минут после сильного землетрясения о нем могут узнать сейсмологи всего земного шара. Для этого не нужные ни радио, ни телеграф. Землетрясение само сообщает о себе. Как это происходит? При землетрясении перемещаются, колеблются части горных пород. Они толкают соседние части, которые передают толчок еще дальше в виде упругой волны.

Следовательно, сотрясение передаётся цепочкой и расходится в виде упругих волн в разные стороны; постепенно, по мере отдаления от центра землетрясения, волна ослабевает. Представление о таких упругих волнах может дать грузовик, когда она идет неровной улицей. Упругие волны вызывают сотрясение ближайших домов. Известно, например, что упругие волны передаются рельсами далеко заранее от поезда, который мчит, наполняя рельсы равным, едва слышным гулом.

Упругие волны, которые возникают при землетрясении, называются сейсмическими. Самые быстрые из них распространяются в поверхностных слоях Земли со скоростью от 5 до 8 км/сек, а внутри Земли - до 13 км/сек.

2.3.3 Запись землетрясений

Когда вы находитесь в автобусе, то при движении машины с места отклоняетесь назад, а при резком торможении - вперед. Почему это происходит? Когда автобус резко трогается, то ваше тело стремится сберечь состояние покоя. Ноги, которые опираются на пол автобуса, «выезжают» из-под вас, и вы падаете назад. Свойство сохранять первичное состояние покоя или равномерного движения называется инерцией.

Это же свойство инерции используется и в специальном приборе - сейсмографе, который определяет силу землетрясения. Главная часть сейсмографа - маятник - представляет собой груз, подвешенный как в маятнике в настенных часах или на пружине. Когда почва колеблется, груз маятника сейсмографа отстает от его движения. Если к маятнику прикрепить иглу и к ней прижать закопченное стекло так, чтобы игла, лишь сталкивалась с его поверхностью, выйдет наиболее простой сейсмограф, которым пользовались раньше. Почва, а вместе с ним и стеклянная пластинка колеблются, груз маятника и игла остается неподвижным, а игла очерчивает на закопченной поверхности кривую колебания Земли. Если вместо иглы к маятнику прикрепить зеркало и направить на него луч света, то отбитый луч - «зайчик» - отображает колебания почвы в увеличенном виде. Такой «зайчик» направляют на ленту фотобумаги, которая равномерно двигается. После проявления на этой ленте можно увидеть записанные колебание - кривую колебаний Земли во времени.

Прекрасное достижение науки - электрический сейсмограф для записи наименьших колебаний почвы. Его изобрел академик Б. Голицын. Этот прибор регистрирует землетрясения, которые происходят на расстоянии до 20 тыс. км. Так, например

сейсмографы Голицына, установленные на сейсмической станции «Москва», отмечают колебания от землетрясений, которые совершаются в таких отдаленных местах, как Южная Америка или Антарктида.

Если центр землетрясения находится в предгорьях Памира на расстоянии около 3 тыс. км от Москвы, то через несколько минут после начала землетрясения упругие волны достигнут Москвы.

Запись сотрясений почвы называется сейсмограммой. Академик Б. Голицын изобрел способ, как по сейсмограмме даже одной станции узнать, где происходило землетрясение.

На сейсмических станциях приборы работают круглосуточно, следя за сейсмическими волнами - предвесниками далеких и близких подземных толчков. В приборах применяется автоматика, а ряд вычислений при обработке наблюдений выполняется на электронно-вычислительных машинах.

В зависимости от типа землетрясения применяют несколько магнитудных шкал. Сейсмические волны разделяются на волны сжатия и волны сдвига. Волны сжатия называются первичными (Р-волнами) или продольными волнами. Скорость распространения такой волны в 1,7 раз больше скорости распространения волн сдвига. Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, вынуждают части пород колебаться перпендикулярно к направлению распространения волны и называются вторичными (S-волнами). Существует еще третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны), именно они вызывают мощнейшие разрушения. Интенсивность (сила) у землетрясения характеризует степень разрушения и измеряется по шкале МSК-64 (Медведева -Шпонхайера - Карника) в баллах (0...12). В России используется шкала Медведева - Адамса , тоже в 12 баллах.

Блюмом предложена техническая шкала интенсивности землетрясений. В Японии используют шкалу из семи магнитуд К. Вадатти. Именно из этой шкалы и заимствовал И.Ф. Рихтер логарифмический масштаб. Для локальных землетрясений во многих районах мира, например в Новой Зеландии, Италии и др., используют шкалы: где Росси, Форели, Меркалли. Отображая силу землетрясений „Магнитудний" масштаб Рихтера отвечает амплитуде небольшого горизонтального сдвига, записанного сейсмографом на расстоянии 10 км от эпицентра (точки земной поверхности над фокусом землетрясения).

В зависимости от расстояния и глубины фокуса землетрясения, что определяются с помощью эмпиричных таблиц графиков (Gibluly, Waters, Woodford, 1968), определяется суммарная энергия (Е), что связанна с магнитудой (М):

lgE=11,4+1,5M.

Рихтер установил, что высвобожденная энергия в 31,6 раз больше той, которая существовала в предыдущей единице шкалы. Другие алгебраические зависимости показывают, что при увеличении магнитуды на единицу высвобождается в 60 раз больше энергии. Наибольшие землетрясения высвобождают энергии в 10²⁵ эрг (1 эрг = 10^-7 Дж), что есть эквивалентное к энергии 12 тыс. атомных бомб типа хиросимской.

Землетрясения с магнитудой свыше 7 за шкалой Рихтера - сильные землетрясения, а с магнитудой свыше 8 - большие землетрясения.

На протяжении нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась; сегодня существуют несколько производных шкал, например:

- магнитуда объемных волн

M₀=lg(A/T)+Q(D,h),

Где А-амплитуда колебаний земли (в микрометрах по сейсмографу);

Т-период волны (в секундах) и Q-исправления, которые зависят от расстояния эпицентра D и глубины очага землетрясения h.

- магнитуда поверхностных волн

Mn=lg(A/T)+1,66lgD+3,3

Эта шкала плохо работает при М=8 через перенасыщение.

Таблица 5.3 - Классификация землетрясений по шкале Рихтера

Балл	Наименование землетрясения	Короткая характеристика
1	Неощутимый	Фиксируется лишь сейсмическими приборами
2	Очень слабый	Чувствуется отдельными людьми, которые находятся в состоянии полного покоя
3	Слабый	Чувствуется лишь небольшой частью населения
4	Умеренный	Распознается по легким колебаниям предметов, посуды, скрипу дверей и стен
5	Достаточно сильный	Общее сотрясение домов, колебания мебели. Трещины в штукатурке, пробуждение спящих
6	Сильный	Чувствуется всеми. Картины падают со стен. Откалываются куски штукатурки, легкие повреждения домов
7	Очень сильный	Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические и деревянные здания остаются невредимыми
8	Разрушительный	Трещины на склонах и сырой почве. Памятники смещаются с места или разрушаются. Дома сильно повреждаются
9	Опустошительный	Сильное повреждение и разрушение каменных домов
10	Сокрушительный	Большие трещины в почве. Сдвиги и обвалы. Разрушение каменных зданий, искривления рельсов
11	Катастрофа	Широкие трещины в земле, многочисленные сдвиги и обвалы. Каменные дома сильно разрушаются
12	Мощная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные обвалы, сдвиги. Возникновение водопадов, прудов на озерах, отклонение течения рек. Разрушаются все сооружения.

В зависимости от силы подземных толчков могут разрушаться целые поселки и города. Из-за короткого замыкания в электросетях возникают пожары. В результате выхода из строя коммунально-энергетических коммуникаций возникают потопы воды или нечистот.