Чем опасно землетрясение?

В прошлый раз мы с вами познакомились с механическими колебаниями и волнами. Давайте с вами вспомним, что механическая волна представляет собой процесс распространения колебаний в пространстве.

Волна может возникать в разных средах. Её легко увидеть, например, бросив в воду тяжёлый предмет. В толще земли действуют сейсмические волны, а в воздухе — световые. Характерным свойством подобных возмущений, какова бы ни была их природа, является перемещение энергии из одной точки пространства в другую. Вещество же при этом, как правило, не переносится, хотя такой вариант не исключён.

— А что это за сейсмические волны?

Сейсмические волны — это волны, переносящие энергию механических колебаний в горных породах. Их источником может быть взрыв, вибрация или удар. Но наиболее опасны сейсмические волны, которые возникают при землетрясении.

Землетрясение — это русское слово, которое буквально означает «трясение Земли». Под землетрясением понимают подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земных недрах и освобождающие огромное количество энергии. Эта энергия и распространяется в виде упругих сейсмических волн на большие расстояния, и вызывает смещения и разрывы в земной коре или верхней части мантии Земли.

Ежедневно Землю сотрясает около полумиллиона землетрясений. Но в большинстве случаев это или слишком слабые землетрясения, или землетрясения, происходящие слишком далеко от поверхности, чтобы их можно было почувствовать. Но иногда случаются и очень сильные землетрясения. И тогда их внезапность и огромная разрушительная сила может привести к большому числу человеческих жертв и уничтожению огромных материальных ресурсов.

Например, 6 февраля 2023 года разрушительное землетрясение обрушилось на восток Турции. В результате стихийного бедствия более 50 500 человек погибло и 107 204 человек получили ранения. Общий экономический ущерб составил более 104 миллиардов долларов.

— А что является причиной землетрясений?

Долгое время природа землетрясений оставалась загадкой. Однако в 1965 году канадский археолог Джон Уилсон установил, что твёрдая оболочка нашей планеты — литосфера — не является монолитным панцирем, а состоит из нескольких больших блоков — литосферных плит. А в 1968 году американский геофизик Уильям Морган определил границы этих плит. Оказалось, что более 90 % поверхности Земли покрыто 14 крупнейшими литосферными плитами. Эти плиты лежат на относительно мягком и пластичном верхнем слое мантии.

Литосферные плиты находятся в постоянном движении и, подобно льдам во время ледохода, они постоянно сталкиваются, разрушаются и подныривают одна под другую. Только происходит движение плит очень медленно — со скоростью до 6 см/год. Но при столкновениях литосферных плит могут возникать критические перегрузки с накоплением в недрах Земли огромных энергий. Но бесконечно энергия накапливаться не может и тогда внутреземное напряжение скачкообразно сбрасывается — происходит землетрясение. При этом колебания земной коры передаются на огромные расстояния в виде упругих сейсмических волн.

Пограничные области между литосферными плитами называются сейсмическими поясами. В них сосредоточена основная масса действующих вулканов и происходит около 95 % всех землетрясений на планете. Наиболее активны здесь Средиземноморско-Азиатский пояс, охватывающий страны Европы и Центральной Азии, и тихоокеанский пояс, который ещё называют Тихоокеанским огненным кольцом, так как здесь происходит до 80 % всех землетрясений на планете.

Разрывы земной коры в основном зарождаются на глубине в 10—15 километров. Иногда происходят и глубокофокусные землетрясения, зарождающиеся на глубине свыше 300 километров. Например, в мае 2013 года произошло Охотоморское землетрясение, глубина которого достигала 600 километров. Тогда сейсмические волны достигли многих уголков России, в том числе и Москвы.

Однако самые мощные землетрясения зарождаются на глубине от 40 до 60 километров.

Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром. Над ним на земной поверхности расположено место наибольшего проявления землетрясения — его эпицентр.

Для измерения количества энергии, выделяемой в очаге землетрясения, американский сейсмолог Чарльз Рихтер предложил использовать шкалу, содержащую магнитуды, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом.

Магнитуда — это безразмерная величина, которая характеризует общую энергию сейсмических колебаний.

А сейсмограф — это специальный прибор, который используется для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн.

А вы знали, что самый первый сейсмограф изобрели в 132 году в Китае. Это был огромный бронзовый сосуд, внутри которого, как полагают учёные, находился маятник, способный раскачиваться в 8 направлениях.

По краям сосуда были укреплены восемь драконов, каждый с шариком в пасти. А под драконами находились жабы с открытым ртом. Сейсмическая волна заставляла раскачиваться маятник. Последний с помощью специального механизма открывал пасть дракона. Шарик вылетал и падал в рот к жабе. По тому, какой из драконов выбрасывал шарик, узнавали, в каком из восьми направлений произошло землетрясение.

Очень часто шкалу Рихтера путают со шкалой интенсивности землетрясения в баллах, которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты).

В разных странах по-разному оценивают интенсивность землетрясений. К примеру, в США используется шкала интенсивности землетрясений Меркалли.

Европа использует Европейскую макросейсмическую шкалу….

А в России и некоторых странах бывшего Советского Союза используют двенадцатибалльную шкала интенсивности землетрясений Медведева — Шпонхойера — Карника.

Отметим, что при одинаковой магнитуде сила землетрясения может быть различной. Это зависит от того, на какой глубине залегает очаг землетрясения. Например, в 1966 году в Ташкенте, столице Узбекистана, произошло землетрясение, магнитуда которого была 5,2. Однако очаг этого землетрясения находился на глубине от 3 до 8 километров. Поэтому в эпицентре, который пришёлся на центр города, сила землетрясения достигла 8 баллов, вызвав практически полное разрушение центра города. Но если бы очаг располагался где-нибудь на глубине 20 километров, то его сила едва бы превысила 5 баллов.

На долю землетрясений приходится до 25 % ущерба, причиняемого человечеству всеми стихийными бедствиями. Резкое колебание почвы, образование разломов, просадка земной поверхности приводят к разрушению различных объектов, что в свою очередь вызывает цепь взаимосвязанных вторичных бедствий. Так, разрушение плотины становится причиной наводнения. А вода может уничтожить жилье, сельскохозяйственные угодья, вывести из строя линии коммуникации и связи.

Но землетрясения происходят не только на суше, но и в морях, и океанах. И тогда они могут привести к очень печальным последствиям — образованию цунами.

— А что такое цунами?

Слово «цунами» японское и образовано оно двумя иероглифами: «Цу» — гавань, и «Нами» — большая волна. То есть оно означает большую волну в гавани, что хорошо определяет суть явления.

Итак, цунами — это гигантские волны большой длины, возникающие в морях и океанах в результате мощных подводных землетрясении и вулканических извержений, а также в результате оползней.

В открытом море волна цунами практически незаметна, так как её высота над очагом возникновения редко когда достигает 5 метров. А в глубоководных районах цунами вообще не проявляются, так как длина волны может достигать 300 километров. При этом скорость этой волны достаточно большая — до 900 км/ч. Но при приближении волны к берегу её скорость сильно падает. Зато амплитуда волны (то есть её высота) резко возрастает (в некоторых случаях до 40 метров). И когда волна выходит на берег, она сметает всё на своём пути.

Например, в марте 2011 года сильнейшее землетрясение у восточного побережья японского острова Хонсю породило гигантскую волну цунами, высота которой превышала 40 метров. Оно произвело массовые разрушения на северных островах японского архипелага. Кроме того, землетрясение и последовавшее за ним цунами стали причиной крупной радиационной аварии на атомной электростанции «Фукусима-1». Финансовый ущерб только от этой аварии, включая затраты на ликвидацию последствий, оценили почти в 200 миллиардов долларов США.

Главными признаками угрозы цунами являются:

• сильное землетрясение (или моретрясение) с магнитудой в семь и выше по шкале Рихтера;

• внезапный и быстрый отход воды от берега на значительное расстояние. При этом морское дно оголяется на сотни метров. Многие люди, не знающие этого признака, остаются на пляже из любопытства или ради сбора рыбы и ракушек.

Цунами, в отличии от землетрясений, можно спрогнозировать. В Тихом океане этим занимается Международная служба предупреждения о цунами. А в 2006 году заработала и Система предупреждения о цунами в Индийском океане.

Интересно, что первые системы предупреждения цунами (если их так можно назвать) появились в Японии несколько веков назад. Они представляли собой каменные таблички, расположенные по всему побережью Тихого океана.

На каждой табличке имелась надпись: «Помни о землетрясении! Почувствовав землетрясение, вспомни о цунами! Увидев цунами убегай в сопки!» (Сопка — это общее название холмов и относительно невысоких гор со сравнительно пологими склонами).