Землетрясение - это высокочастотное в геологическом отношении колебания земной коры, в результате которого возникают сейсмы (греч. "сейсмос" - сотрясение).
Ежегодно на земном шаре происходит более миллиона землетрясений разной силы, в том числе 100 тыс. ощутимых, 100 разрушительных и один катастрофический. На сегодняшний день более половины человечества живет в зонах, где происходят землетрясения, и если до 1976 г. при землетрясениях на земном шаре с начала нашего века ежегодно погибало 10 тыс. чел., То за последующие 10 лет землетрясения внесли в эту жуткую среднюю статистику существенные коррективы , более чем удвоив количество жертв. По оценке сейсмологов за последние 4 тыс. лет от землетрясений погибло более 13 млн. чел., В том числе - со времени ашхабадского землетрясения 1948 до наших дней в разных странах мира от подземной стихии погибло более миллиона человек. Наиболее ужасные землетрясения по количеству жертв приведены в таблице 6.1 (А. Аллисон, Д. Палмер). По своей природе землетрясения могут быть вулканическими, обвальным и тектоническими.
Вулканические землетрясения связаны с извержением вулканов и приурочены к вулканическим поясов. Более двух третей действующих и потухших вулканов сосредоточены в островных дугах вокруг Тихого океана или на континентальном стороне границы между плитами. Остальные вулканов связана с срединно-океаническими хребтами. Вулканические землетрясения слабосильные и носят локальный характер. Обвальные землетрясения обусловлены обвалами горных пород, залегающих над пустотами, которые образовались в земной коре. Чаще они встречаются в породах, которые растворяются подземными водами (каменная соль, гипс, известняк и др.)..
Они образуются также при разработке полезных ископаемых. Несмотря на то, что пустоты часто достигают больших размеров, оползневые землетрясения, как и вулканические, относятся к числу слабых.
Точка в земной коре, в которой возникает толчок, называется гипоцентром или фокусом землетрясения. Глубина залегания эпицентра изменяется в широких пределах. В зависимости от глубины его расположения выделяют землетрясения поверхностные (до 10 км), нормальные (10 - 70 км), промежуточные (70-300 км) и глубоко фокусные (300-720 км). Проекция гипоцентра на поверхность Земли за земным радиусом называется эпицентром. В тех случаях, когда эпицентр находится на дне моря, это явление называют моретрусы.
От эпицентра распространяются два вида волн: продольные и поперечные. Продольные волны вызывают вертикальное перемещение частиц, а поперечные сдвигают частицы твердого вещества Земли, при этом изменяется только форма, а не объем. Эти волны не проходят через газы и жидкости, поскольку только твердым веществам присуща прочность на сдвиг.
Наибольшей разрушительной силой отмечаются тектонические землетрясения. Доказано, что они возникают в результате деформации прочной литосферы, когда под действием приложенных к ней напряжений предел прочности оказывается превышением и литосфера раскалывается, катастрофически освобождая большое количество энергии.
Подавляющее большинство неглубоких (мелко фокусных) землетрясений располагается вдоль осевой линии срединно-океаничиих хребтов, а глубокофокусные землетрясения приурочены к глубоководным океаническим желобам, островных дуг и молодых горных систем (рис. 6.13). Разрушительные действия землетрясения на здания и сооружения вызывают необходимость учитывать их при проектировании и строительстве. Инженер должен уметь предусмотреть место, силу и время землетрясения. Первые два фактора на сегодняшний день достаточно изучены. Проведено сейсмическое районирование территории страны, позволило выделить зоны, в которых происходят землетрясения той или иной интенсивности, и составлен сейсмические карты Украины. На этих картах выделены зоны с интенсивностью 6 и более баллов. Это Южный берег Крыма (8), Южная Буковина и Закарпатье (7 баллов). Соседние с ними районы имеют интенсивность 6 и менее баллов.
Известно, что местные сила землетрясения зависит от рельефа местности, свойств горных пород, составляющих ее, и водного режима. Так, на участках, сложенных рыхлая водонасыщенными почвами, сейсмическое ускорение может быть в 1,5-2 раза больше, чем на участках, где залегают более плотные грунты.
Сейсмическую интенсивность площадке строительства определяют с учетом сейсмического микрорайонирования, выполняемого для районов с сейсмичностью более 6 баллов с учетом тех или иных горных пород. В тех районах, где нет таких карт, допускается определение сейсмичности площадки по нормативным документам (табл. 6.3).
Строительство в сейсмических районах ведется по нормативным документам, утвержденным правительственными учреждениями. Эти нормы гарантируют устойчивость сооружений в районах сейсмичностью 6, 7, 8 и 10 баллов. На основании этих документов принимаются симметричные конструктивные схемы, обеспечивается равномерное распределение жесткостей, конструкций, масс и др..
Самая главная проблема сейсмических районов - определение времени землетрясений - остается на сегодня нерешенной, хотя некоторые их предвестники известны с давних времен. Древние греки не раз наблюдали помутнение воды в колодцах и необычное поведение животных перед землетрясением. Несколько исторических фактов.
Италия, Калабрия, 5 февраля 1783 Перед землетрясением гегекалы гуси и выли собаки. Суеверные люди решили, что их необычное поведение может навлечь беду. Начали стрелять в собак. Вместе на поверхность всплыла большое количество рыбы.
Россия, Камчатка, 23 августа 1792 За 12 часов до землетрясения очень сильное волнение обнаружили птицы, особенно ласточки. Перед первым толчком они исчезли совсем.
Япония, Эддо, 11 ноября 1855 За три месяца до беды все села покинули воробьи. За десять дней куры не хотели идти в курятники, а за три дня из отрядов вырвались все коровы. Перед самым землетрясением на берег вылезли крабы, а из нор выползли змеи. Таких фактов известно более трехсот.
Ученые считают, что реакция животных на изменения в окружающей среде носит защитный характер и приобретенная в длительной эволюции, когда на Земле выживали в бесчисленных катаклизмах только те, кто способен был вовремя реагировать и спасаться. Например, звуки, порождаемые землетрясением, приближается, человек услышать не способна, но их слышат животные.
Что касается научно обоснованных методов прогноза времени землетрясений, то они пока не разработаны, а исследования находятся на стадии поисков. Так, геохимиками обнаружено, что в периоды перед землетрясением и во время его изменяется химический и компонентный состав подземных вод в районах, территориально связанные с эпицентральной зоной. Замечено, например, что перед Ташкентским землетрясением 1966, концентрация радона в термоминеральной воде выросла более чем в три раза, причем максимальное значение содержания радона получено за 5 суток до первого толчка. Резкие колебания в составе подземных вод наблюдались непосредственно во время толчков силой более 3 баллов. Концентрация гелия при сильных толчков увеличивается в 10-12 раз, фтора и аргона в 2-3 раза. Обнаружены также аномальные отклонения от нормы перед землетрясением силы земного притяжения и электропроводности горных пород. Известны и другие диагностические методы, основанные на измерениях горизонтальных и вертикальных напряжений в горных породах. Изменение геодинамической обстановки перед землетрясением является бесспорным фактом.
Все эти и другие методы требуют бурения глубоких скважин вблизи литосферных разломов, которые далеко не всегда могут быть обнаружены и и технически не совсем совершенны. Поэтому достоверных методов прогноза времени землетрясения пока нет.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды движения присущи земной коре? Их краткая характеристика.
2. Что такое геосинклинали и платформы?
3. Опишите главные формы и элементы складок разрывных нарушений массивов горных пород.
4. Что положено в основу теории тектоники литосферных плит? Назовите основные составные части этой теории.
5. Назовите причины дрейфа материков.
6. Каковы причины землетрясений? Где преимущественно возникают землетрясения?
7. Что такое очаг и эпицентр землетрясения и как измеряется интенсивность землетрясения?
8. Какие внешние признаки землетрясений?
9. Назовите сейсмические районы Украины и общие положения строительства в этих районах.