Процессы внутренней динамики (эндогенные). Землетрясения

Изменения поверхности Земли при землетрясениях

Сейсмические нарушения

Регистрация землетрясений

Географическое распределение землетрясений

Причины землетрясений

Значение изучения землетрясений

Антисейсмическое строительство

Предсказание землетрясений

Вопросы для самопроверки

Эндогенные процессы - такие процессы, происхождение которых связано с глубинными недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех зонах, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под действием сложных физико-механических и физико-химических преобразований вещества возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю.

К эндогенным процессам относятся:

1. Землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков и сотрясений.

2. Колебательные движения земной коры - опускания и поднятия больших участков коры со скоростями несколько сантиметров или миллиметров в столетие.

3. Магматизм - процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

4. Складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород. Явления смятия и разрыва способствуют образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин.

5. Метаморфизм (греч. Metamorphos - превращение) -перекристаллизация горных пород под действием температуры и давления в результате смены условий.

Из этих явлений только колебательные движения проявляются повсеместно, остальные же главным образом приурочены к подвижным (геосинклинальным) поясам.

Некоторые ученые отводили складчатым деформациям ведущую роль в образовании гор, называя этот процесс орогенезом (греч. Oros - возвышенность, genesis - образование). Но в настоящее время установлена большая роль колебательных движений в образовании гор, поэтому этот термин устарел. Орогенез проявляется в основном в подвижных участках земной коры - так называемых геосинклиналях, а на платформах - устойчивые области) проявляется эпейрогенез (греч. Epeiron - материк) - вертикальные медленные движения.

Напомним, что эндогенные процессы расчленяют рельеф, делают его более контрастным.

Землетрясения

1 ноября 1755 года Лиссабон отмечал один из больших католических праздников - День Всех святых. Улицы города были украшены, собор и церкви переполнены прихожанами. После богослужения верующие намеревались пройти по улицам португальской столицы. Однако шествие не состоялось. в 9 часов 20 минут город содрогнулся и, как рассказывал позднее один из очевидцев, высокие шпили церквей закачались, словно колосья на ветру. Не успела Земля успокоиться, как через несколько секунд последовал второй, еще более мощный толчок: колокольни рухнули на крыши храмов, стены домов развалились, погребая под собой сотни и тысячи идущих по улицам людей. Сквозь доносящийся из-под земли гул и грохот рушащихся стен едва слышались крики и стоны раненых и погибающих. Город будто погребальным саваном накрыла огромная свинцово-серая туча пыли. Те, кому удалось спастись из этого ада, устремились к берегам реки Тахо и портовым причалам, надеясь найти там спасение. Но после первого толчка воды реки отступили, обнажилась вся акватория порта, и стоявшие у причалов корабли завалились набок на илистом дне. Вода тут же вернулась: высокие, как дом, бурлящие волны неистово обрушились на город, швыряя на берег трехмачтовые суда, как игрушечные кораблики. Вскоре волны докатились до центра города, затопили лабиринт узких улочек - они мгновенно превратились в стремительные потоки, поглотившие все, что встречалось им на пути. Лиссабон, один из самых богатых и красивых городов мира, центр торговли, ремесел и искусств, в считанные минуты превратился в груду развалин. Однако это еще не вся беда. Горящие в храмах свечи попадали на пол, в жилых домах разрушились очаги и печи, вспыхнули мебель, одежда, огонь охватил бесчисленные строения. В разных кварталах города запылали пожары - все, что уцелело после землетрясения и наводнения, гибло теперь в пламени. 32000 человек нашли свою смерть под обвалившимися домами, в воде и в огне. Не только Лиссабон пострадал от катастрофы. Во всей Западной и Центральной Европе дрожала земля и шатались стены. В Люксембурге рухнула казарма, погибли 500 солдат. Даже в Северной Африке не обошлось без жертв: по позднейшим оценкам, около 10000 человек остались под развалинами. Мир был потрясен. Землетрясение - божья кара, в этом было убеждено большинство тогдашних жителей планеты.

Землетрясение - это всякое колебание земной поверхности, вызванное естественными причинами, среди которых основное значение принадлежит тектоническим процессам (перемещения масс внутри Земли). Это распространенное явление, наблюдаемое на многих участках материков и на дне океанов.

За год на Земле происходит несколько сотен тысяч землетрясений, т.е. в среднем 1-2 в минуту. Сила их различна; большинство улавливается только высокочувствительными приборами - сейсмографами, другие ощущаются человеком.

Землетрясения можно подразделить на эндогенные (связанные с глубинными процессами) и экзогенные. Эндогенные бывают вулканические (вызванные процессом извержения) и тектонические (обусловленные перемещением вещества в недрах Земли). Экзогенные землетрясения случаются при подземных обвалах, взрывах газов, обвалах скал, ударах метеоритов, падения воды с большой высоты и др.

Нас интересуют эндогенные землетрясения.

Одним из самых разрушительных в нашей стране было землетрясение в Ашхабаде 5 октября 1948 г. Участок, в пределах которого подземные толчки ощущались с наибольшей силой, располагался в 25 км к ЮВ от Ашхабада. На поверхности Земли было много трещин различного размера (некоторые достигали нескольких сотен метров), произошли многочисленные осыпи, обвалы, оползни. Город Ашхабад был разрушен полностью, погибли более 100 тыс. человек. Сила этого землетрясения достигала 10 баллов. Землетрясение в Анкоридже на Аляске 27 марта 1964 года достигало 12 баллов. Огромный береговой блок съехал в море. Землетрясение в Ташкенте 26 апреля 1966 г., сильно разрушившее город, оценивалось в 8 баллов.

В глубинах Земли постоянно накапливаются упругие напряжения, и в тот момент, когда они достигают предела прочности горных пород, в последних возникает разрыв, потенциальная энергия переходит в кинетическую, напряжение снимается, а энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага землетрясения), достигает поверхности Земли и там ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы. Таким образом, каждое землетрясение сопровождается освобождением упругой энергии. И важно определить ее величину.

Энергия землетрясения колеблется от 10¹⁰ до 10²⁵ эрг (Е). 1 дж=10⁷ эрг.

Энергетический класс землетрясения К = lgE (Е в джоулях). Изменяется от 0 до 18.

Магнитуда M = lg A/A^*, где А - смещение частиц почвы при данном землетрясении; А^* - смещение частиц почвы при эталонном землетрясении.

Магнитуда изменяется от 0 до 8,8.

Глубинный центр, или очаг землетрясения, называется гипоцентром (в плане округлая или овальная площадь). Область, расположенная на поверхности Земли над гипоцентром, называется эпицентром. Она характеризуется максимальными разрушениями, причем многие предметы здесь смещаются вертикально (подпрыгивают) и трещины в домах располагаются вертикально. Область над очагом называется плейстосейстовой областью.

При смещении блоков земной коры возникает несколько типов волн.

Продольные волны(Р) - волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой со скоростью (в твердых породах) порядка нескольких километров в секунду. Продольные волны - реакция среды на изменение объема; они распространяются с твердых, жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении движения волн, т.е. во все стороны от источника колебаний.

Поперечные волны (S) - результат реакции среды на изменение формы, следовательно, они не могут распространяться в жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении, поперечном к направлению движения волн.

Поверхностные волны, или волны Релея (L) - возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, различных по своему агрегатному состоянию (жидкость-газ, твердое тело-газ и т.д.) под воздействием колебаний, приходящих от очага землетрясения к этой границе. Отличаются гаименьшей по сравнению с Р и S скоростью распространения (V_L=0,9 V_S) и быстро затухают, но в эпицентре могут привести к большим повреждениям. В жидкости вызываются силами веса (под действием ветра и т.п.), в твердой среде - упругими силами.

Землетрясение обычно происходит не в результате единовременного акта на глубине, а вследствие какого-то длительно развивающегося процесса движения материи во внутренних частях земного шара. Обычно за начальным крупным толчком следует цепь более мелких толчков (афтершоков). Время их проявления составляет период землетрясения. Все толчки одного периода исходят из общего гипоцентра, который иногда в процессе развития может смещаться, а вместе с ним и эпицентр.

Основное различие между сильным и слабым землетрясением заключается не в величине напряжения (она постоянна и равна примерно 10³ эрг/см³), а в объеме очага.

Интенсивность (I) землетрясения - внешний эффект его, т.е. проявление на поверхности Земли. Измеряется в баллах. В России (как и раньше в СССР) принята 12-балльная шкала интенсивности.