Прогнозирование землетрясений

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

1. Определение землетрясение

2. Ранние объяснения причин землетрясений

3. Современные объяснения причин землетрясений

4. Прогнозирование землетрясений

Список литературы

1. Определение землетрясение

Землетрясение -- подземные толчки и колебания земной поверхности. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс геологического преобразования планеты. Считается, что первопричиной землетрясений являются глобальные геологические и тектонические силы, однако в настоящее время их природа не совсем ясна. Появление этих сил связывают с температурными неоднородностями в недрах Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах тектонических плит. Замечено, что за последние два века сильные землетрясения возникли в результате вспарывания крупных разломов, выходящих на поверхность.

2. Ранние объяснения причин землетрясений

В поисках причин землетрясений Аристотель обратился к недрам Земли. Он полагал, что атмосферные вихри внедряются в землю, в которой много пустот и сквозных щелей. Вихри, думал он, усиливаются огнем и ищут себе выхода, вызывая таким образом землетрясения, а иногда извержения вулканов. Эти представления просуществовали много веков, даже не смотря на то, что он не привел никаких аргументов в пользу своих гипотез, а просто дал волю своей бурной фантазии. Аристотель также «несет ответственность» за бытующее и поныне представление об особой «сейсмической погоде». Он говорил, что когда воздух затягивается в землю перед землетрясением, оставшийся над землей воздух становится спокойнее и разреженней, затрудняя дыхание. Четырьмя веками позже Плиний писал: «Сотрясенья земли случаются, лишь когда море спокойно и небо столь недвижно, что птицы не могут парить, потому что нет поддерживающего их дыхания». Поскольку такие условия бывают при жаркой влажной погоде, такую погоду стали называть «сейсмоопасной погодой», полагая, что она сигнализирует о приближении землетрясений.

В мифологии разных народов наблюдается интересное сходство в представлениях о причинах землетрясений. Это будто бы движение некоего реального или мифического животного, гигантского скрытого где-то в глубинах Земли. У древних индусов это слон, у даяков Суматры - огромный вол. Древние японцы вину за землетрясения возлагали на сома, который сотрясал землю. Если бы он не был под надзором доброго бога, даймедзина то земля сотрясалась бы постоянно. Однако добрый дух время от времени утрачивал бдительность, и совесть злого сома отягощалась следующим землетрясением.

Землетрясения часто рассматривали как наказание, ниспосланное рассерженными богами. В греческой мифологии землетрясения вызывает разъяренный Посейдон, владыка морей. Нептун, его аналог в римских мифах, мог не только вселять страх в людей, вызывая землетрясение, но и насылать на землю потопы, а на берега - огромные волны. В Европе Х VIII в. духовенство пыталось привить людям моралистический взгляд на землетрясения. Вот что можно прочесть в одной лондонской газете за 1752 год:” Землетрясения обычно случаются в больших городах. Карающий бич направлен туда, где есть жители, т.е. цель для предостережения, а не на голые утесы и необитаемые берега”. Знаменитое Лиссабонское землетрясение 1755г. произошло в День Всех Святых, в момент, когда люди были в церкви. Огромное число жертв было вызвано серией из некоторых толчков и гигантским цунами, обрушившимся на набережную. Положение усугубили пожары, расбушевавшиеся по всему городу. Те, кто верил в божью кару за грехи, видели в этом возмездие

3. Современные объяснения причин землетрясений

Наука о землетрясениях, сейсмология, хотя и молода, но сделала серьезные успехи в познании объекта своего исследования. Имена А.П. Орлова, И.В. Мушкетова, К.И. Богдановича, В.Н. Вебера, Б.Б. Голицина, Г.А.Гамбурцева, С.В. Медведева, Ю.В. Ризниченко - яркие опорные точки на кривой роста отечественной и мировой сейсмологии.

Ценою усилий нескольких поколений исследователей специалисты теперь неплохо представляют, что происходит при землетрясении и как оно проявляется на поверхности Земли. Но ведь поверхностные явления - это результат того, что происходит в недрах . И основное внимание специалистов теперь сосредоточено на познании глубинных процессов в недрах Земли, процессов, приводящих к землетрясению, его сопровождающих и за ним следующих.

Теория землетрясений как геофизического процесса еще только разрабатывается. Хотя в исследованиях такого рода ныне широко используется физическое и математическое моделирование, познание различных природных феноменов, связанных с землетрясениями, в значительной мере основывается на наблюдениях на земной поверхности.

Научная геология (ее становление относится к Х VIII в.) сделала правильные выводы о том, что сотрясаются главным образом молодые участки земной коры. Во второй половине Х I Х в. уже была выбрана общая теория, согласно которой земная кора была подразделена на древние стабильные щиты и молодые, подвижные горные сооружения. Выяснилось, что молодые горные системы - Альпы, Пиренеи, Карпаты, Гималаи, Анды - подвержены сильным землетрясением, в то время как древние щиты ( к ним относится Чешский массив) являются областями где сильные землетрясения отсутствуют.

К числу наиболее употребительных сейсмологический терминов, связанных с понятием «землетрясение», можно отнести следующие: очаг, гипоцентр, эпицентр, магнитуда, балл.

Под очагом тектонического землетрясения понимается замкнутый объем земного вещества, в котором достаточно короткого, до 1-3 минут, времени произошли разрушения. Как правило, в области очага происходит смещение (подвижка) одной части объема относительно другой. Место, в котором начинается подвижка, именуется гипоцентром.

Именно с этой точки начинается процесс генерации сейсмических волн, которые могут привести к разрушениям за пределами очага. Проекция гипоцентра по вертикали на земную поверхность получила название эпицентра.

Понятие балла характеризует интенсивность сотрясения в точке наблюдения. В нашей стране с 1964 года используется 12-бальная шкала MSK - 64. Следует отметить, что несейсмологи в баллах зачастую характеризуют саму силу землетрясения в очаге. Это неверно, однако в газетных сообщениях встречается регулярно. Как правило, это касается шкалы Рихтера, в которой используется безразмерная величина магнитуды М землетрясения, пропорциональная логарифму выделенной в очаге энергии. Путаница возникла в связи с двумя обстоятельствами: 1) магнитуды известных до сих пор землетрясения не превышает 9 единиц (в каталогах есть только М (макс.) равна 8,9) ,то есть магнитуда численно близка к значениям баллов сотрясений ; 2) мы привыкли к тому, что любой параметр имеет размерность (метры, килограммы, градусы) ,а ведь логарифмы любых параметров всегда безразмерны. Поэтому, если в печати появляется сообщения типа « землетрясение имело 7 баллов по шкале Рихтера», то в действительности это означает, что магнитуда землетрясения М=7. А ощущаться в разных пунктах оно может силой 10 баллов, 8 баллов,5 баллов-

это зависит от расстояния до очага. Таким образом, если бальность зависит от расстояния до очага, то магнитуда - не зависит.

Шкала MSK -64 составлена применительно к зданиям и сооружениям, не имеющем сейсмостойкого усиления конструкций. Приведу здесь описание первых четырех баллов этой шкалы без изменений, а начиная с пятого, когда возможны повреждения строений, опишу основные отличительные признаки землетрясений и вероятное их воздействие на здания современной застройки на Камчатке. При описании каждого балла в скобках указана частота повторяемости землетрясений данной силы для Петропавловска- Камчатского.

1 балл. Неощутимое землетрясение. Интенсивность колебаний лежит ниже предела чувствительности, сотрясения почвы обнаруживаются и регистрируются только сейсмографами.

2 балла. Слабое землетрясение. Колебания ощущаются только отдельными людьми, находящимися внутри помещения, особенно на верхних этажах.

3 балла. Слабое землетрясение. Ощущается не многими людьми, находящимися внутри помещений, под открытым небом - только в благоприятных условиях. Колебания схожи с сотрясениями, создаваемыми проезжающим легким грузовиком. Внимательные наблюдатели замечают небольшое раскачивание висячих предметов, несколько более сильное на верхних этажах.

4 балла. Заметное сотрясение. Землетрясение ощущается внутри здания многими людьми, под открытым небом - немногими. Кое-где просыпаются, но никто не пугается. Колебания схожи с сотрясением, создаваемым проезжающим тяжелым грузовиком. Дребезжание около дверей, посуды. Скрип стен, полов. Дрожание мебели. Висячие предметы слегка раскачиваются. Жидкость в открытых сосудах слегка колеблется. В стоящих на месте автомашинах толчок заметен.

5 баллов (15-25 раз в 100 лет). Просыпаются почти все спящие, колеблется и частично расплескивается вода в сосудах, могут опрокинуться легкие предметы, разбиться посуда. Здания не повреждаются.

6 баллов (10-15 раз в 100 лет). Многие люди пугаются, колебания мешают ходить. Здания шатаются, сильно раскачиваются подвесные светильники. Падает и бьется посуда, предметы падают с полок. Может сдвигаться мебель. Осыпание побелки, тонкие трещины в штукатурке.

7 баллов (4-6 раз в 100 лет). Сильный испуг, колебания мешают стоять на ногах. Двигается и может упасть мебель. В любых зданиях - трещины в перегородках. Трещины в штукатурке, тонкие трещины в стенах, трещины в швах между блоками и в перегородках, выпадение заделов швов, нередко тонкие трещины в блоках.

8 баллов (1-3 раза в 100 лет). Сбивает с ног. Трещины в грунте на склонах.. В любых зданиях - повреждение, иногда частичное разрушение перегородок. Трещины в несущих стенах, обвалы штукатурки, смещение блоков, трещины в блоках.

9 баллов (приблизительно 1 раз в 300 лет). Повсеместно трещины в грунте. На склонах - оползни грунта. В любых зданиях - обрушение перегородок. Разрушение части несущих стен, повреждение и смещение некоторых панелей.

Рубленные дома из бревен и бруса, как правило, без разрушений переносят 9-балльные толчки.

Причины землетрясений сразу же станут понятны, как только мы представим себе динамичный характер Земли и те медленные движения, которые происходят в ее коре - литосфере. Толщина коры весьма изменчива. Под континентами она равна 30-35км, при чем большим горам, значительно превышающим средний уровень поверхности земли, почти всегда сопутствуют глубокие «корни». Так, в Тибете толщина коры оказалась более 70 км. Основание коры под океанами находится примерно на 10 км ниже уровня моря. Его небольшую толщину хорошо иллюстрирует такой пример: если Землю уменьшить до размера яйца, то твердая кора окажется толщиной со скорлупу. Этот твердый слой, однако, не цельный: он разбит на несколько больших кусков, называемых плитами.

Под литосферой действуют силы, принуждающие плиты перемещаться со скоростью, как правило, нескольких сантиметров в год. Причина этих глубинных сил не вполне ясна. Они могут быть вызваны, например, медленными течениями горячего пластичного вещества в недрах. Течения возникают в результате тепловой конвекции в сочетании с динамическими эффектами вращения Земли. В некоторых областях новое вещество поднимается на верх из земных недр, оттесняя плиты в стороны (это происходит, например, в Срединно - Атлантическом хребте) ; в других местах проскальзывают одна вдоль другой (как вдоль разлома Сан-Андреас в Калифорнии) ; есть области называемые зонами субдукции (поддвига), где одна плита при встрече заталкивается под другую ( например, в океане у западных берегов Южной и Центральной Америки, у побережья Аляски и Японии). Несогласованность в движении плит при любом его направлении заставляет каменную толщу растрескиваться, создавая таким образом землетрясения.

Не удивительно, что большинство землетрясений (почти 95%) происходит по краям плит. Землетрясения, вызванные движением плит, называются тектоническими. Хотя обычно они происходят на границах плит, все же небольшая доля их возникает внутри плит. Некоторые другие землетрясения как, например, на Гавайских островах, имеют вулканическое происхождения и уже совсем редко они бывают вызваны деятельность человека (заполнением водохранилищ, закачкой воды в скважины, горными работами, большими взрывами).

Зона землетрясений окружающая Тихий океан, называется Тихоокеаническим поясом: здесь происходит около 90% всех землетрясений земного шара. Другой район высокой сейсмичности, включающий 5-6% всех землетрясений, - это Альпийский пояс, протягивающийся от Средиземноморья на восток через Турцию, Иран и Северную Индию. Остальные 4-5% землетрясений происходят вдоль срединно-океанических хребтов или внутри плит.

3. Прогнозирование землетрясений

Каждый год на земном шаре происходят несколько сотен тысяч землетрясений, и около ста из них - разрушительные, несущие гибель людям и целым городам. Среди самых страшных землетрясений уходящего ХХ века - землетрясение в Китае в 1920 году, унесшее жизни более 200 тысяч людей, и в Японии в 1923 году, во время которого погибли более 100 тысяч человек. Научно-технический прогресс оказался бессилен перед грозной стихией. И спустя более чем пятьдесят лет во время землетрясений продолжают гибнуть сотни тысяч людей: в 1976 году во время Тянь-Шаньского землетрясения погибли 250 тысяч человек. Затем были страшные землетрясения в Италии, Японии, Иране, США (в Калифорнии) и у нас - на территории бывшего СССР: в 1989 году в Спитаке и в 1995 году в Нефтегорске. Совсем недавно - в 1999 году стихия настигла и погребла под обломками собственных домов около 100 тысяч человек во время трех страшных землетрясений в Турции.

Хотя Россия - не самое сейсмоопасное место на Земле, землетрясения и у нас могут принести немало бед: за последние четверть века в России произошло 27 значительных, то есть силой более семи баллов по шкале Рихтера, землетрясений. Положение отчасти спасает малонаселенность многих сейсмически опасных районов - Сахалина, Курильских островов, Камчатки, Алтайского края, Якутии, Прибайкалья, чего, однако, не скажешь о Кавказе. Тем не менее в зонах возможных разрушительных землетрясений в России в общей сложности проживают 20 миллионов человек.

Имеются сведения, что в прошлые века на Северном Кавказе бывали разрушительные землетрясения интенсивностью в семь-восемь баллов. Особенно сейсмически активен район Кубанской низменности и нижнего течения реки Кубань, где в период с 1799 по 1954 год произошло восемь сильных землетрясений силой шесть-семь баллов. Также активна Сочинская зона в Краснодарском крае, поскольку она расположена на пересечении двух тектонических разломов.

Последние полтора десятка лет оказались сейсмически неспокойными для нашей планеты. Не составила исключение и территория России: основные сейсмически опасные зоны - Дальневосточная, Кавказская, Байкальская - активизировались.

Большинство очагов сильных толчков находится поблизости от крупнейшей геологической структуры, пересекаю щей Кавказский регион с севера на юг, - в Транскавказском поперечном поднятии. Это поднятие разделяет бассейны рек, текущих на запад - в Черное море и на восток - в Каспийское море. Сильные землетрясения в этом районе - Чалдыранское 1976 года, Параванское 1986 года, Спитакское 1988 года, Рача-Джавское 1991 года, Барисахское 1992 года - постепенно распространялись с юга на север, с Малого Кавказа на Большой и наконец достигли южных границ Российской Федерации.

Северное окончание Транскавказского поперечного поднятия располагается на территории России - Ставропольского и Краснодарского краев, то есть в районе Минеральных Вод и на Ставропольском своде. Слабые землетрясения силой два-три балла в районе Минеральных Вод - явление обычное. Более сильные землетрясения здесь происходят в среднем раз в пять лет. В начале 90-х годов достаточно сильные землетрясения интенсивностью три-четыре балла были зарегистрированы в западной части Краснодарского края - в Лазаревском районе и в Черноморской впадине. А в ноябре 1991 года аналогичное по силе землетрясение ощущалось в городе Туапсе.

Чаще всего землетрясения происходят в районах быстро меняющегося рельефа: в области перехода островной дуги к океанологическому желобу или в горах. Однако много землетрясений бывает и на равнине. Так, например, на сейсмически спокойной Русской платформе за все время наблюдений зафиксировано около тысячи слабых землетрясений, большая часть из которых произошла в районах добычи нефти в Татарии.

Возможен ли прогноз землетрясений? Ответ на этот вопрос ученые ищут на протяжении многих лет. Тысячи сейсмостанций, плотно окутавших Землю, следят за дыханием нашей планеты, и целые армии сейсмологов и геофизиков, вооружившись приборами и теориями, пытаются спрогнозировать эти страшные стихийные бедствия.

Земные недра никогда не бывают спокойны. Процессы, в них происходящие, вызывают движения земной коры. Под их воздействием поверхность планеты деформируется: она поднимется и опускается, растягивается и сжимается, на ней образуются гигантские трещины. Густая сеть трещин (разломов) покрывает всю Землю, разбивая ее на большие и малые участки _ блоки. По разломам отдельные блоки могут смещаться относительно друг друга. Итак, земная кора _ неоднородный материал. Деформации в ней накапливаются постепенно, приводя к локальному развитию трещин.

Чтобы прогноз землетрясения был возможен, надо знать, как оно возникает. Основу современных представлений о возникновении очага землетрясения составляют положения механики разрушений. Согласно подходу основателя этой науки Гриффитса, в какой-то момент трещина теряет устойчивость и начинает лавинообразно распространяться. В неоднородном материале перед образованием крупной трещины обязательно появляются различные предваряющие этот процесс явления - предвестники. На этой стадии увеличение по каким-либо причинам напряжений в области разрыва и его длины не приводит к нарушению устойчивости системы. Интенсивность предвестников с течением времени снижается. Стадия неустойчивости - лавинообразное распространение трещины возникает вслед за уменьшением или даже полным исчезновением предвестников.

Если применить положения механики разрушений к процессу возникновения землетрясений, то можно сказать, что землетрясение - это лавинообразное распространение трещины в неоднородном материале - земной коре. Поэтому, как и в случае материала, этот процесс предваряют его предвестники, а непосредственно перед сильным землетрясением они должны полностью или почти полностью исчезнуть. Именно этот признак наиболее часто используется при прогнозировании землетрясения.

Прогноз землетрясений облегчается еще и тем, что лавинообразное образование трещин происходит исключительно на сейсмогенных разломах, где они уже неоднократно происходили ранее. Так что наблюдения и измерения с целью прогнозирования ведут в определенных зонах согласно разработанным картам сейсмического районирования. Такие карты содержат сведения об очагах землетрясений, их интенсивности, периодах повторяемости и т.д.

Предсказание землетрясений обычно ведется в три этапа. Сначала выявляют возможные сейсмически опасные зоны на ближайшие 10-15 лет, затем составляют среднесрочный прогноз - на 1-5 лет, и если вероятность землетрясения в данном месте велика, то проводится краткосрочное прогнозирование. землетрясение геологический извержение вулкан

Долгосрочный прогноз призван выявить сейсмически опасные зоны на ближайшие десятилетия. В его основе лежит изучение многолетней цикличности хода сейсмотектонического процесса, выявление периодов активизации, анализ сейсмических затиший, миграционных процессов и т.д. Сегодня на карте земного шара очерчены все области и зоны, где в принципе могут случиться землетрясения, а значит, известно, где нельзя строить, например, атомные электростанции и где надо строить сейсмостойкие дома.

Среднесрочный прогноз базируется на выявлении предвестников землетрясений. В научной литературе зафиксировано более сотни видов среднесрочных предвестников, из которых около 20 упоминается наиболее часто. Как отмечалось выше, перед землетрясениями появляются аномальные явления: исчезают постоянные слабые землетрясения; меняются деформация земной коры, электрические и магнитные свойства пород; падает уровень подземных вод, снижается их температура, а также меняется их химический и газовый состав и др. Сложность среднесрочного прогнозирования состоит в том, что эти аномалии могут проявляться не только в зоне очага, и поэтому ни один из известных среднесрочных предвестников нельзя отнести к универсальным.

Но человеку важно знать, когда и где конкретно ему грозит опасность, то есть нужно предсказание события за несколько дней. Именно такие краткосрочные прогнозы пока составляют для сейсмологов главную трудность.

Основной признак грядущего землетрясения - исчезновение или уменьшение среднесрочных предвестников. Существуют и краткосрочные предвестники - изменения, происходящие вследствие уже начавшегося, но пока еще скрытого развития крупной трещины. Природа многих видов предвестников еще не изучена, поэтому приходится просто анализировать текущую сейсмическую обстановку. Анализ включает измерение спектрального состава колебаний, типичность или аномальность первых вступлений поперечных и продольных волн, выявление тенденции к группированию (это называют роем землетрясений), оценку вероятности активизации тех или иных тектонически активных структур и др. Иногда в качестве природных индикаторов землетрясения выступают предварительные толчки - форшоки. Все эти данные могут помочь спрогнозировать время и место будущего землетрясения.

По данным ЮНЕСКО, такая стратегия уже позволила предсказать семь землетрясений в Японии, США и Китае. Наиболее впечатляющий прогноз был сделан зимой 1975 года в городе Хайчэн на северо-востоке Китая. Район наблюдали в течение нескольких лет, возрастание числа слабых землетрясений позволило объявить всеобщую тревогу 4 февраля в 14 часов. А в 19 часов 36 минут произошло землетрясение силой более семи баллов, город оказался разрушенным, но жертв практически не было. Эта удача очень обнадежила ученых, однако за ней последовал ряд разочарований: предсказанные сильные землетрясения не произошли. И на сейсмологов посыпались упреки: объявление сейсмической тревоги предполагает остановку многих промышленных предприятий, в том числе непрерывного действия, отключение электроэнергии, прекращение подачи газа, эвакуацию населения. Очевидно, что неверный прогноз в этом случае оборачивается серьезными экономическими потерями.

В России до недавнего времени прогнозирование землетрясений не находило своего практического воплощения. Первым шагом в организации сейсмического мониторинга в нашей стране было созданние в конце 1996 года Федерального центра прогнозирования землетрясений Геофизической службы РАН (ФЦП РАН). Теперь Федеральный центр прогнозирования включен в мировую сеть аналогичных центров, и его данные используют сейсмологи всего мира. В него стекается информация с сейсмических станций или комплексных пунктов наблюдений, расположенных по всей стране в сейсмоопасных районах. Эту информацию обрабатывают, анализируют и на ее основе составляют текущий прогноз землетрясений, который еженедельно передается в Министерство чрезвычайных ситуаций, а оно в свою очередь принимает решения о проведении соответствующих мероприятий.

Служба срочных донесений РАН использует сводки 44 сейсмических станций России и СНГ. Поступавшие прогнозы были достаточно точны. В минувшем году ученые заблаговременно и правильно спрогнозировали декабрьское землетрясение на Камчатке силой до восьми баллов в радиусе 150-200 км.

Тем не менее ученые вынуждены признать, что главная задача сейсмологии еще не решена. Можно говорить лишь о тенденциях развития сейсмической обстановки, но редкие точные прогнозы вселяют надежду, что в недалеком будущем люди научатся достойно встречать одно из самых грозных проявлений силы природы.

Список литературы

1. А.А. Никонов «Землетрясения» Издательство «Знание» 2002г.

2. Дж.А. Эйби «Землетрясения» Издательство «Недра»,Москва 1982г.

3. А.В. Викулин, Н.В. Семенец, В.А. Широков «Землетрясение будет завтра» П-Камчатский, 1989г.

4. Т. ЗИМИНА. Предвестники землетрясений 2005г.

Размещено на Allbest.ru