ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Природа землетрясений и их классификация

Землетрясения - грозные природные явления, с которыми связаны наиболее сильные катастрофы. При землетрясении, как правило, формируется обширный очаг поражения, на территории которого разрушаются и повреждаются здания, сооружения, техника, гибнут и получают травмы различной степени тяжести люди. Для определения очага поражения необходимо знать физические параметры землетрясения и критерии поражения различных объектов. Ежегодно на нашей планете происходит порядка 100000 землетрясений, из них 100... 120 способны вызвать разрушения и 10...20 оказываются достаточно сильными [1].

Землетрясения - это толчки и колебания земной поверхности, обусловленные смещением горных пород и распространением по фунтовой среде упругих сейсмических волн. По механизму образования землетрясения подразделяются на обвальные, наведенные, тектонические, вулканические и вызванные падением космических тел.

Обвальные землетрясения происходят при разрушении сводов подземных карстовых пустот, заброшенных шахт, рудников, а также обвалах, сбросах горных пород. Возникающие при этом толчки и колебания земной поверхности относительно слабы.

Наведенные землетрясения связаны с дополнительным давлением на земную кору, создаваемым строящимися крупными плотинами и водохранилищами, а также с изменением порового давления в фунтах при закачке воды в скважины и, наоборот, при интенсивном отборе воды с подземных горизонтов.

Сильное землетрясение, вызванное заполнением водохранилища, имело место в районе расположения плотины Койна в Индии. Вскоре после начала заполнения водохранилища здесь стали ощущаться слабые толчки и колебания земной поверхности. Водохранилище было заполнено полностью к 1965 году, а в декабре 1967 года произошло землетрясение магнитудой 6,4, что соответствует энерговыделению при землетрясении ~1014 Дж (определение магнитуды и связь этой величины с энергией землетрясения даются в п. 1.3). Землетрясения меньшей интенсивности наблюдались при заполнении водохранилищ у плотин Гувер и Оровилл в США, плотины Синьфын в Китае, плотины Монтэр во Франции, плотины Кремаста в Греции и в некоторых других странах [2].

Землетрясение магнитудой 5,2, что соответствует энерговыделению ~1012,7 Дж, обусловленное закачкой загрязненной отходами воды в скважину глубиной три километра, имело место в 1967 в штате Колорадо в США. И это не единственный случай.

Тектонические землетрясения обусловлены движением земной коры. Наша планета имеет сложную структуру. Земная кора и верхняя часть мантии (субстрат) представляют собой твердую наружную оболочку - литосферу. Литосфера не сплошная оболочка. Она состоит из плит, средние горизонтальные размеры которых варьируются от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Ниже литосферы находится горячая мантия. Под действием сил, обусловленных глубинными тепловыми процессами и вращением Земли, плиты движутся со скоростью, как правило, нескольких сантиметров в год. В результате на границах литосферных плит возникают огромные механические напряжения, сопровождающиеся разрушением земных пород, - они и приводят к тектоническим землетрясениям. Тектонические землетрясения - основной тип землетрясений на нашей планете. Самые сильные из них имеют магнитуду 9,0, что соответствует энерговыделению ~1018 Дж. К числу сильнейших землетрясений XX века относят землетрясение у берегов Эквадора (1906 г., магнитуда 8,9) и землетрясение у берегов Японии (Санрику, 1933 г., магнитуда 8,9). Землетрясения, сопровождавшиеся большими человеческими жертвами и большим экономическим ущербом: Китай (пров. Нинся, 1920 г., магнитуда 8,6, погибло 200000 чел.), Япония (Токио, 1923 г., магнитуда 8,3, погибло 99300 чел.), Перу (Чимботе, 1970 г., магнитуда 7,8, погибло 67000 чел), Китай (Таншань, 1976 г., магнитуда 7,8, погибло 243000 чел.).

Вулканические извержения могут вызвать также тяжелые последствия, примером тому являются извержения вулканов Санторин на одноименном острове в Эгейском море в 1470 году до Новой Эры, Томборо на острове Сумбава в Индонезии в 1815 году, Кракатау на одноименном острове в Зондском проливе между островами Ява и Суматра в 1883 году. Последствия этих извержений были катастрофическими. Так извержение вулкана Кракатау сопровождалось мощными взрывами, уничтожившими половину вулканического острова. В атмосферу было выброшено ~19 км3 вулканической породы. Песок, пыль, обломки скал, вулканический пепел гигантским столбом поднялись на высоту до 80 км. Воздушные волны, порожденные взрывами, распространяясь со скоростью звука, трижды обогнули земной шар. Одновременно на морской акватории сформировались волны цунами высотой свыше 30 метров, поглотившие на берегах островов Явы и Суматры 36 тысяч человек. Общее число погибших от ядовитых газов, пепла, лавы, падающих вулканических бомб, камней, цунами составило ~200 тысяч человек [3]. Энерговыделение при извержении и взрыве вулкана Кракатау оценивается величиной ~1019 Дж, а вулканов Санторин и Томборо ~1О20 Дж [4]. Для сравнения энергия ядерного взрыва мощностью q = 106 тонн, где q -тротиловый эквивалент взрыва, составляет 4,52-1015 Дж.

Энерговыделение при тектонических землетрясениях ~1018 Дж и извержениях вулканов ~1О20 Дж, по-видимому, составляет предел силы геологических пароксизмов на нашей планете. Размер их лимитирует прочность горных пород. Больших напряжений земная кора не выдерживает -землетрясение или вулканический взрыв снимают их.

Землетрясения в результате падения космических тел хотя и представляют собой явления более редкие, но их последствия могут быть очень тяжелыми.

В последнее время существование опасности падения на Землю астероидов с характерным размером 50... 100 м не вызывает сомнений. Их наблюдают астрономы в обозримом с Земли пространстве на достаточно близком расстоянии, а примерно раз в 200...300 лет такие космические тела падают на нашу планету. Последнее подобное столкновение - падение Тунгусского метеорита (или фрагмента кометы) произошло в 1908 году. Характерный размер объекта составлял не более 50 м, энергия взрыва оценивается величиной ~1016 Дж. Энерговыделение при падении небесных тел с характерным размером порядка 1 км может составить величину Ю20...Ю21 Дж. При взрыве такой мощности в густо населенных районах нашей планеты может погибнуть ~ четверть населения Земли [5]. Средний интервал времени между падением таких астероидов оценивается -500000 лет. Еще большую опасность представляет возможное падение космических тел с характерным размером > 1 км. Так энерговыделение при падении астероида, образовавшего 28 млн. лет тому назад Попигайский кратер, оценивается величиной 1023...1024 Дж.

На рис. 1 приведена частота повторяемости различных природных катастроф с энерговыделением от 1013 Дж до 1023... 1024 Дж [4].

На этом рисунке область 1 отвечает случаям падений метеоритов и астероидов, 2 - вулканических взрывов, 3 - тектонических землетрясений. Границы областей указывают возможный временной интервал событий.

Частота повторяемости природных катастроф

Рис. 1 .Частота повторяемости природных катастроф

Из рисунка видно, что в среднем катастрофа с энерговыделением 1018 Дж может быть вызвана землетрясением 1 раз в год, вулканическим взрывом 1 раз в 200...300 лет, падением метеорита 1 раз в ~(50... 100)-103 лет.

Максимальное энерговыделение вулканической катастрофы примерно в 100 раз больше, чем при самом сильном тектоническом землетрясении, но периодичность таких событий менее 1 за 1000 лет. Астероиды, крупные метеориты могут вызвать самую сильную на Земле катастрофу, но эти события происходят ещё реже.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >