7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Антоний. По форме он очень похож на себя.

В толщину не толще, а в высоту не выше. Двигается с собственной помощью.

У. Шекспир. Антоний и Клеопатра.

До сих пор мы довольно неопределенно говорили о сильных и слабых землетрясениях. Конечно, можно сравнивать одно землетрясение с другим по числу погибших людей или разрушенных зданий, но эти величины не являются характеристиками самого землетрясения. Они зависят от внешних факторов, таких, как плотность населения и уровень социального развития в районе бедствия.

Максимальная интенсивность более непосредственно связана с землетрясением, но и она может искажаться побочными факторами. Небольшое изменение глубины очага влечет большие изменения в размерах пораженной территории и характере распределения интенсивностей; если же эпицентр находится вне суши или же в суровой и недоступной местности, то прямая оценка максимальной интенсивности может оказаться невозможной. По-настоящему хорошая мера должна обобщать суммарный эффект землетрясения и достаточно просто определяться по записям, полученным на действующих сейсмостанциях.

Способ определения такой меры был найден профессором Калифорнийского технологического института Карлом Рихтером, который изобрел шкалу магнитуд землетрясений. Магнитуда — это мера полной энергии сейсмических волн. Она характеризуется максимальной амплитудой записи, полученной сейсмографом стандартного типа на фиксированном расстоянии от землетрясения. В качестве стандартного был принят крутильный сейсмометр Вуда — Андерсона с периодом 0,8 с, критическим затуханием и усилением 2800; магнитуда может быть также определена по другим приборам на иных расстояниях с помощью достаточно несложных вычислений.

По этой шкале всякое землетрясение с М8 и более является действительно сильным. Самые сильные из зарегистрированных толчков — это землетрясение в Колумбии и Эквадоре 31 января 1906 г. и землетрясение Санрикю в Японии в 1933 г., магнитуда которых достигла 8,9. Судя по ощущавшемуся воздействию, еще более сильным могло быть землетрясение в Лиссабоне в 1755 г.; его магнитуда могла достигать 9, однако точных сведений об этом нет. Магнитуды землетрясений в Сан-Франциско в 1906 г. и на Аляске в 1964 г. были равны соответственно 8,3 и 8,4; единственным новозеландским землетрясением с М~8 был толчок на юго-западе Уайрарапы в 1855 г. С момента изобретения сейсмографов сильнейшим было землетрясение в Хокс-Бей в 1931 г. с М 7,9.

Всякое землетрясение с магнитудой, значительно превышающей 7, может стать крупной катастрофой, если оно происходит вблизи населенных территорий, особенно в бедных районах земного шара. Толчок с М 5 может повредить дымовые трубы и штукатурку, опрокинуть товары, выставленные в витринах. Большая часть слабо ощущавшихся толчков в Новой Зеландии имели М~3,5, а в Калифорнии, где очаги ближе к поверхности, часто сообщается о землетрясениях с М2,5. Толчки с М

Минимальную возможную силу толчка определить нелегко, но представляются возможными значения магнитуды несколько меньше 0. Магнитуда 0 — это всего лишь число на шкале; оно не означает, что толчок такой силы не обладает энергией, так же как температура 0 С не означает, что тело не обладает теплом. Для очень слабых толчков используются отрицательные значения магнитуды, так же, как для достаточно холодных тел используется температура ниже нуля. Вне зависимости от того, насколько сильным или слабым является землетрясение, ему можно приписать некоторую магнитуду. Журналисты, пишущие о «12 баллах» по шкале Рихтера, видимо, путают магнитуду с интенсивностью, а те, кто пишут, что шкала Рихтера «безгранична», утверждают очевидное. Ведь нет необходимости упоминать о том, что используемые нами шкалы массы, длины, времени, температуры и электрической мощности тоже «безграничны».

Важно подчеркнуть разницу между полной энергией, исчисляемой по шкале магнитуд, и интенсивностями по шкалам MSK, Росси — Фореля или модифицированной шкале Меркалли. Интенсивности толчка в разных пунктах разные, их столько же, сколько наблюдателей, магнитуда же у него только одна, даже если ее оценки на разных станциях расходятся. Создается впечатление, что газетные, теле- и радиокомментаторы стремятся запутать людей в этом вопросе; обычно они с равным успехом заменяют магнитуду и интенсивность словом «сила», считая, по-видимому, правильные термины слишком научными для аудитории. Очень тонким приемом у них считается употребление слов «по шкале Рихтера» после любой неуточненной цифры. Как жаль, что многие репортеры считают свои обязанности выполненными после того, как они получили какую-то цифру с ближайшей сейсмостанции. Предыдущее поколение журналистов оставило лишь публикации житейских описаний того, что с ними происходило при землетрясениях.

Однако сейсмологи должны взять на себя часть вины за введение в заблуждение общественности в отношении шкалы магнитуд. Мы видели, что вначале шкала магнитуд была связана с записями на сейсмографе Вуда — Андерсона. В Калифорнии и Новой Зеландии, где наблюдательные сети были оснащены этими приборами, ею стали повсеместно пользоваться почти сразу, в других же районах мира пользовались другими приборами. Прибор Вуда — Андерсона бесполезен для регистрации толчков на расстоянии свыше 1000 км. Естественно, следовало попытаться приспособить эту шкалу для телесейсмических записей на длиннопериодных приборах.

Первым результатом была шкала магнитуд, связанная с поверхностными волнами. Предполагалось, что она будет давать те же величины, что и первоначальная шкала, но более глубокий анализ показал, что между ними существуют некоторые различия. Местную магнитуду по первоначальной шкале сейсмологи обозначают через ML, а магнитуду по поверхностным волнам через Ms. Для сильных толчков разница между ними незначительна, но для М7, примерно 1000 с М>5 и свыше 100 000 ощутимых толчков вообще. Конечно, эту зависимость нельзя продолжать бесконечно. В этом случае нам пришлось бы примириться с существованием постоянного дрожания Земли от мельчайших толчков, тогда как общее число толчков, которые могут зафиксировать наши сейсмографы, не дотягивает и до 2 млн. в год.

К счастью для нас, эта 8-кратная зависимость обрывается и на другом конце, так что существует верхний предел силы землетрясений. Он обусловлен прочностью пород, ограничивающей возможность накопления упругой энергии. Чтобы рассеять опасения в том, что это лишь теоретическое предположение, укажем, что если бы упомянутая зависимость имела место и для очень сильных толчков, то примерно раз в 90 лет должны были бы происходить землетрясения с М 10. Столь разрушительный толчок потряс бы всю Землю. Но такой катастрофы не было за всю историю человечества.

Зная магнитуду и глубину землетрясения, уже можно сказать очень многое о его последствиях в заданном пункте; правда, остающаяся неопределенность может иметь существенное практическое значение с инженерной точки зрения. Одно и то же количество энергии высвобождается по-разному. Оно может накопиться в виде высоких напряжений в пределах небольшого участка или же в виде меньших по величине напряжений на гораздо большей площади. От этого зависит спектр испускаемых волн, т. е. распределение долей волновой энергии, приходящихся на ту или иную частоту. В очаге с высокими напряжениями происходит их резкий сброс, следствием чего является большая доля волн с коротким периодом, чем при меньшем сбросе напряжений в менее концентрированном очаге. Ожидаемый характер сейсмического толчка зависит от прочности пород и степени их сохранности до толчка.

Записи длинных волн можно использовать для определения характеристики, несущей в себе значительную часть недостающей информации. Она называется сейсмическим моментом, от латинского momentum (важность), и связана с величиной сброшенного напряжения и количеством движения по разлому. Из сопоставления магнитуды и сейсмического момента толчка можно узнать, большим или малым было сброшенное напряжение. Объем источника, смещение по разлому, момент, магнитуда и сброшенное напряжение связаны между собой: определив любые три из них, можно вычислить два остальных. Определить момент не так просто, как магнитуду, однако д-р С. Дж. Гибо-вич нашел способ, приемлемый для повседневной работы, и теперь для многих толчков находят как магнитуду, так и момент.

Землетрясения происходят через неравномерные промежутки времени, однако их нельзя считать чисто случайными событиями. Если одно землетрясение произошло, то вероятность того, что в том же районе вскоре произойдет еще одно, возрастает. Иными словами, сильные землетрясения чаще всего влекут за собой афтершоки.

В рамках простой теории упругой отдачи причина возникновения этих афтершоков остается неясной. Если главный толчок высвобождает энергию, накопленную в виде напряжений, то почему бы движению по разлому не продолжаться до полного снятия напряжений? Накопление энергии, достаточной для нового вскрытия разлома после остановки, должно занять довольно много времени, и все же первые афтершоки иногда так же сильны, как и главный толчок. Нередко делались предположения о том, что главный толчок может перераспределять остающиеся в данном районе напряжения, тем самым подготовляя высвобождение энергии, не имевшей возможности высвободиться при первом толчке, и что подвижки по однажды вскрывшемуся разлому облегчены тем, что он не успел вновь зацементироваться. Несколько лет назад изобретатель одного из описанных выше сейсмографов д-р Гуго Беньофф провел исследование магнитуд этих слабых толчков и их связи с главным толчком во времени и сумел выдвинуть гораздо более убедительное объяснение. Чтобы понять его, следует сначала рассмотреть, что происходит с материалами при сжатии.

Предположим, что в лаборатории имеется образец породы, который можно сжимать специальным гидравлическим прессом и одновременно измерять степень его сжатия. Если приложить давление и поддерживать его в течение долгого времени, периодически замеряя изменение объема образца, получим результаты, которые можно изобразить на графике (рис. 84). В момент приложения давления (точка А) порода сразу же сожмется до меньшего объема (точка В). Если давление останется неизменным, то сжатие будет продолжаться длительное время, но все в меньшей и меньшей степени. Достигнув точки С, снимем давление. Объем породы начнет восстанавливаться, но не сразу вернется к первоначальной величине. Он быстро достигнет точки D, причем отрезок CD будет равен по величине отрезку АВ, а дальше объем будет восстанавливаться постепенно. Такой процесс восстановления называют «упругим последействием» или «восстановлением деформации ползучести»; Беньофф считает, что именно им объясняются афтершоки.

Упругая отдача может высвободить лишь энергию, соответствующую отрезку CD; этим вызвано главное землетрясение. Напряжения в районе разлома, однако, немедленно восстанавливаются, поскольку имеет место упругое последействие. Эта энергия высвобождается слабыми афтершоками, так как смещения по разлому, освобожденному первым толчком, облегчены и он может распространяться далее. Суммируя накопленную энергию по ряду афтер-шоков и нанеся ее на график, д-р Беньофф сумел показать, что деформация ползучести восстанавливается точно так же, как этого можно было ожидать по результатам лабораторных испытаний пород на сжатие. Отметим одну очень любопытную деталь. В большинстве случаев деформация представляет смесь сжатия и сдвига. При этом энергия сдвига не высвобождается до тех пор, пока целиком не сбрасывается сжатие. Вследствие этого график состоит из двух различающихся по форме частей, причем их форма также совпадает с тем, что можно ожидать по результатам лабораторных экспериментов. График (рис. 85) иллюстрирует процесс снятия напряжений серией афтершоков после Шевиотского землетрясения 10 января 1951 г.

График развития деформаций во времени

График развития деформаций во времени

После неглубокого землетрясения в средней тектонической обстановке наиболее сильный афтершок часто оказывается по магнитуде слабее главного толчка на единицу или чуть больше; эту закономерность иногда называют «законом Бата» по имени впервые подметившего ее шведского сейсмолога. Число толчков убывает с течением времени до тех пор, пока афтершоки не сливаются с нормальной активностью данного региона, а соотношение числа сильных и слабых толчков в любой серии становится почти одинаковым. Это означает, что сильнейший афтершок может произойти спустя много времени после главного землетрясения; вполне возможно, что сильный толчок произойдет где-то в конце серии.

Последовательность афтершоков

Последовательность афтершоков

Чем меньше глубина землетрясения, тем выше вероятность афтершоков. На глубинах более 100 км длинные серии очень редки, но глубокие толчки довольно часто происходят группами по два или по три с примерно одинаковыми магнитудами и с интервалами времени от 3 мин до нескольких дней и даже недель.

Группы неглубоких толчков иногда приобретают характер роя землетрясений. Такие землетрясения обычно слабы, но очень многочисленны; они имеют практически одинаковую магнитуду, так что выбрать главного представителя группы невозможно. Слабые рои — довольно частое явление в Новой Зеландии и Японии, но бывают также и в Европе, Тасмании и других районах с низким нормальным уровнем сейсмической активности.