Основы геологии

Насколько глубоко в теле Земли находятся  гипоцентры землетрясений? Одним из первых поразительных открытий, сделанных  сейсмологами, было то, что, хотя фокусы многих землетрясений расположены  на небольшой глубине, в некоторых  районах их глубина составляет сотни  километров. К таким районам относятся  южноамериканские Анды, острова Тонга, Самоа, Новые Гебриды, Японское море, Индонезия, Антильские острова в  Карибском море; во всех этих районах  имеются глубоководные океанические желоба. В среднем частота землетрясений  здесь резко убывает на глубинах более 200 км, но некоторые фокусы достигают  даже глубин 700 км. Землетрясение, возникающие  на глубинах от 70 до 300 км, весьма произвольно  относят к категории промежуточных, а те, которые возникают на еще  большей глубине, называют глубокофокусными. Промежуточные и глубокофокусные  землетрясения происходят также  и далеко от Тихоокеанского района: в Гиндукуше, Румынии, Эгейском море и под территорией Испании.

Мелкофокусные толчки - это те, очаги которых  расположены непосредственно под  земной поверхностью. Именно мелкофокусные  землетрясения вызывают самые большие  разрушения, и в общей сумме  энергии, выделяющейся во всем мире во время землетрясений, вклад их составляет 3/4. В Калифорнии, например, все известные до сих пор землетрясения были мелкофокусными.

В большинстве случаев после умеренных  или сильных мелкофокусных землетрясений  в той же местности в течение  нескольких часов, а то и нескольких месяцев отмечаются многочисленные землетрясения меньшей силы. Они  называются афтершоками, и их число при действительно крупном землетрясении бывает иногда чрезвычайно большим.

Некоторым землетрясениям предшествуют предварительные  толчки из той же очаговой области - форшоки; предполагается, что их можно использовать для предсказания главного толчка.

Типы  землетрясений.

Еще не так давно было широко распространено мнение, что причины землетрясений  будут скрыты во мраке неизвестности, поскольку они возникают на глубинах, слишком далеких от сферы человеческих наблюдений.

Сегодня мы можем объяснить природу землетрясений  и большую часть их видимых  свойств с позиции физической теории. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс  постоянного геологического преобразования нашей планеты. Рассмотрим теперь принятую в наше время теорию происхождения  землетрясений и то, как она  помогает нам глубже понять их природу  и даже предсказывать их.

Первый  шаг к восприятию новых взглядов заключается в признании тесной связи в расположении тех районов  земного шара, которые наиболее подвержены землетрясениям, и геологически новых и активных областей Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах плит: поэтому мы делаем вывод, что те же глобальные геологические, или тектонические, силы, которые создают горы, рифтовые долины, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба, те же самые силы представляют собой и первичную причину сильнейших землетрясений. Природа этих глобальных сил в настоящее время еще не совсем ясна, но несомненно, что их появление обусловлено температурными неоднородностями в теле Земли - неоднородностями, возникающими благодаря потере тепла путем излучения в окружающее пространство, с одной стороны, и благодаря добавлению тепла от распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах, - с другой.

Полезно ввести квалификацию землетрясений  по способу их образования. Больше всех распространены тектонические землетрясения. Они возникают, когда в горных породах под действием тех  или иных геологических сил происходит разрыв. Тектонические землетрясения имеют важное научное значение для познания недр Земли и громадное практическое значение для человеческого общества, поскольку они представляют собой самое опасное природное явление.

Однако  землетрясения возникают и от других причин. Подземные толчки другого  типа сопровождают вулканические извержения. И в наше время многие люди все  еще считают, что землетрясения  связаны главным образом с  вулканической деятельностью. Эта  идея восходит к древнегреческим  философам, которые обратили внимание на широкое распространение землетрясений  и вулканов во многих районах Средиземноморья. Сегодня мы также выделяем вулканические  землетрясения - те, которые происходят в сочетании с вулканической  деятельностью, но считаем что как  извержения вулканов, так и землетрясения  являются результатом действия тектонических  сил на горные породы, и они не обязательно возникают вместе.

Третью  категорию образуют обвальные землетрясения. Это небольшие землетрясения, возникающие  в районах, где есть подземные  пустоты и горные выработки. Непосредственная причина колебаний грунта заключается  при этом в обрушении кровли шахты  или пещеры. Часто наблюдаемая  разновидность этого явления - так  называемые «горные удары». Они случаются, когда напряжения, возникающие вокруг горной выработки, заставляют большие  массы горных пород резко, со взрывом, отделяться от ее забоя, возбуждающая сейсмические волны. Горные удары наблюдались, например, в Канаде; особенно часто они отмечаются в Южной Африке.

Большой интерес вызывает разновидность  обвальных землетрясений, возникающих  иногда при развитии крупных оползней. Например, в результате гигантского  оползня, образовавшегося 25 апреля 1974 г. на реке Мантаро в Перу, возникли сейсмические волны, эквивалентные землетрясению умеренной силы.

Последний тип землетрясений - это искусственные, производимые человеком взрывные землетрясения, возникающие при обычных или  ядерных взрывах. Подземные ядерные  взрывы, производившиеся в течение  последних десятилетий на ряде испытательных  полигонов в разных местах земного  шара, вызвали довольно значительные землетрясения. Когда в скважине глубоко под землей взрывается ядерное  устройство, высвобождается огромное количество ядерной энергии. За миллионные доли секунды давление там подскакивает до величин, в тысячи раз превышающих  атмосферное давление, а температура  увеличивается в этом месте на миллионы градусов. Окружающие породы испаряются, образуя сферическую  полость диаметром во много метров. Полость разрастается, пока кипящая  порода испаряется с ее поверхности, а породы вокруг полости под действием  ударной волны пронизываются  мельчайшими трещинами.

За  пределами этой трещиноватой зоны, размеры которой измеряются иногда сотнями метров, сжатие в горных породах приводят к возникновению  сейсмических волн, распространяющихся во всех направлениях. Когда первая сейсмическая волна сжатия достигает  поверхности, грунт выгибается вверх  и, если энергия волны достаточно велика, может произойти выброс поверхностных  и коренных пород в воздух образованием воронки. Если скважина глубокая, то поверхность  только слегка растрескается и порода на мгновение поднимется, чтобы затем  снова рухнуть на подстилающие слои.

Некоторые подземные ядерные взрывы были настолько  сильны, что распространившиеся от них сейсмические волны прошли через  внутренние области Земли и были записаны на дальних сейсмических станциях с амплитудой, эквивалентной волнам землетрясений с магнитурой 7 по шкале Рихтера. В некоторых случаях эти волны поколебали здания в отдаленных городах.

Признаки готовящегося землетрясения.

Прежде  всего, особый интерес сейсмологов  привлекают предвестниковые изменения скорости продольных сейсмических, волн, поскольку сейсмологические станции специально сконструированы так, чтобы точно отмечать время прихода волн.

Второй  из параметров, которые могут быть использованы для прогноза, - это  изменение уровня земной поверхности, например наклон поверхности грунта в сейсмических районах.

Третий  параметр - выделение инертного газа радона в атмосферу вдоль зон  активных разломов, особенно из глубоких скважин.

Четвертый параметр, привлекающий большое внимание, электропроводимость пород в  зоне подготовки землетрясения. Из лабораторных экспериментов, проведенных на образцах горных пород, известно, что электрическое  сопротивление водонасыщенной породы, например, гранита, резко меняется перед тем, как порода начинает разрушаться под действием высокого давления.

Пятый параметр - вариации уровня сейсмической активности. По этому параметру имеется  больше сведений, чем по четырем  другим, но полученные до сих пор  результаты не позволяют сделать  определенных выводов. Регистрируются сильные изменения нормального  фона сейсмической активности - обычно это увеличение частоты слабых землетрясений.

Рассмотрим  эти пять стадий. Первая стадия состоит  в медленном накоплении упругой  деформации благодаря действию главных  тектонических сил. В течение этого периода все сейсмические параметры характеризуются нормальными значениями. На второй стадии в коровых породах зон разлома развиваются трещины что приводит к общему возрастанию объема - к дилатансии. Когда открываются трещины, скорость продольных волн, проходящих через такую раздувающуюся область, падает, дневная поверхность при этом воздымается, выделяется газ радон, уменьшается электрическое сопротивление может измениться частота микроземлетрясений, отмечаемых на данной площади. На третьей стадии происходит диффузия воды из окружающих пород в поры и микротрещины, что создаете условия неустойчивости. По мере заполнения трещин водой скорость проходящих через данный район Р-волн начинает снова возрастать, поднятие поверхности грунта прекращается, выделение радона из свежих трещин затухает, а электрическое сопротивление продолжает уменьшаться. Четвертая стадия соответствует моменту самого землетрясения, после чего сразу наступает пятая стадия, когда на площади возникают многочисленные афтершоки.

Самозащита  при землетрясении.

Виды  возможного ущерба.

Виды  сейсмической опасности: сотрясение грунта, дифференцированная осадка грунта, оползни  и грязевые потоки, разжижение грунта, перекосы поверхности грунта, лавины, смещение горных пород по разлому, цунами и сейши, наводнения при прорыве  плотин и дамб, пожары.

Главнейшей  опасностью, далеко превосходящей остальные, является сотрясение грунта. Оно в  свою очередь приводит к сотрясению зданий, в результате чего в помещениях падают различные предметы, а сами постройки могут обрушиться - полностью  или частично. Колебания грунта приводят также к нарушению поверхностных  горных пород и материала основания  под постройками, и значительная часть ущерба от землетрясений является следствием потери прочности грунта.

Иногда  сейсмические колебания становятся причиной наводнений. Либо это цунами, которые, обрушиваясь на океанское  побережье, вызывают большие жертвы и больший материальный ущерб, чем  само породившее их землетрясение, либо это стоячие волны (сейши) в озерах и водохранилищах. Обрушение плотин и прорыв запруд, образованных оползнями, может создать серьезную опасность для населения в нижних участках речных долин.

Существует, наконец, и угроза гигантских пожаров.

Неуемная  стихия огня - это одна из тех опасностей, которую можно значительно уменьшить  активными предупредительными мерами и разумным планированием. В жилых  домах, школах, больницах, на заводах  надо проводить противопожарную  учебу. Местные противопожарные  службы должны быть хорошо организованы, а правила противопожарной безопасности должны неуклонно выполнятся. В большинстве городов ситуация представляется в этом отношении обнадеживающей. Как Токио, так и Сан-Франциско теперь имеют лучшее оборудование и водоснабжение, и в них меньше уязвимых для огня зданий, чем во времена тех знаменитых пожаров.

Самая лучшая из рекомендуемых мер защиты, которые каждый человек должен всегда помнить, - это не поддаваться панике. Надо усвоить, что землетрясение  представляют собой сильные колебания  грунта, которые резко ослабевают меньше чем через минуту, обычно меньше чем через 15 секунд. В этот короткий период страшных сотрясений быстрота реакции и сообразительность  могут предотвратить опасность  для жизни и возможные увечья. Часто люди сами удивляются потом, насколько  они были спокойны.

Если  вы находитесь в сельской местности  или даже в открытой части города либо едете в машине по открытой дороге, вам вряд ли надо чего-то бояться  даже при сильном землетрясении. Если же, когда начнутся толчки, вы окажитесь  в помещении, заберитесь под самое  надежное прикрытие: скажем, в дверной  поем или под прочный стул или  стулья. Они защитят вас от падающих предметов, таких как люстры и  куски потолка. Постарайтесь как  можно быстрее покинуть здание, так  как оно может разрушиться, и  помните, что поврежденное землетрясением здание может рухнуть в результате какого-либо афтершока через много часов после главного толчка. Если вы будете на городской улице, держитесь ближе к середине улицы или зайдите в подъезд, чтобы уберечься от падающего стекла и кусков кровли.

Домовладельцам  и квартиросъемщикам следует  держать в доме огнетушители в  легкодоступных местах. В таком случае, если, допустим, на плите вспыхнет используемый для приготовления пищи жир, с  этим очагом пожара будет легко справиться. Если водопроводные магистрали будут  повреждены, то жидкость для тушения  небольших очагов огня, для первой помощи и даже для питья можно  обычно найти в туалетных бачках, водонагревателях, в бутылках с напитками  и т.п. Фонарь ночью всегда должен быть под рукой, так как электричество  часто сразу же выходит из строя. Может потребоваться аптечка, особенно для лечения порезов от битого стекла. Утечка газа из разорванных  соединений газовых труб при опрокидывании  плит или даже из самих поврежденных труб может вызвать опасные пожары и взрывы; поэтому при осмотре  поврежденных подвалов нельзя использовать открытый огонь. Если чувствуется запах  газа, надо также отключить электричество. Наконец, желательно быть в курсе  того, какого типа и размера разрушения произошли во всем прилегающем районе: держите в доме батарейный радиоприемник. Возможно, телефон будет молчать, но, даже если он будет в порядке, его следует использовать только для срочных вызовов.

Велика  вероятность (более 60%) того, что разрушительное землетрясение произойдет, когда  большинство людей будет находиться дома. Хорошо, если конструктивный уровень  жилых домов высок или если постройки имеют деревянные каркасы. Однако во многих местах, к сожалению, строительные материалы и традиции строительства таковы, что в сейсмическом отношении дома таят в себе чрезвычайно  большую опасность. Например, в Китае, как и во многих районах Средиземноморья, Южной и Центральной Америки, в Турции, Иране и других областях Азии, типичные жилища делают гибель многих людей практически неизбежной даже при умеренных сейсмических сотрясениях. Большинство стран, страдающих от землетрясений, пока не располагают экономическими ресурсами, достаточными для того, чтобы  в короткий срок довести жилищное строительство в сельских районах  до уровня необходимой сейсмостойкости.

Бедствие  окажется не столь тяжелым, если большинство  жителей пораженной области останутся  в живых, так как будет рабочая  сила, способная немедленно взяться  за восстановление и реконструкцию, и экономика страны не будет нести  дополнительного бремени. В этом одна из причин того, почему в Китае  прилагают так много усилий для  разработки прогноза землетрясений: сотни  миллионов сельскохозяйственных рабочих  находятся там под постоянной угрозой землетрясения. Недорогие  видоизменения в проектах сельских домов - лучшие из возможных предупредительных  мер для сокращения числа убитых и раненых в дальней перспективе.