Землетрясение — также называемое тряской , тремором или толчком — это сотрясение поверхности Земли , возникающее в результате внезапного высвобождения энергии в литосфере , которое создает сейсмические волны . Землетрясения могут различаться по интенсивности : от настолько слабых, что их невозможно почувствовать, до достаточно сильных, чтобы подбрасывать предметы и людей в воздух, повреждать критически важную инфраструктуру и вызывать разрушения в целых городах. Сейсмическая активность области — это частота, тип и сила землетрясений, происходящих в течение определенного времени. Сейсмичность в определенном месте на Земле — это средняя скорость высвобождения сейсмической энергии на единицу объема.
В самом общем смысле слово « землетрясение» используется для описания любого сейсмического события, которое генерирует сейсмические волны. Землетрясения могут происходить естественным образом или быть вызваны деятельностью человека, такой как добыча полезных ископаемых , фрекинг и ядерные испытания . Начальная точка разрыва называется гипоцентром или фокусом, в то время как уровень земли непосредственно над ним является эпицентром . Землетрясения в основном вызываются геологическими разломами , но также вулканической активностью , оползнями и другими сейсмическими событиями. Частота, тип и размер землетрясений в районе определяют его сейсмическую активность, отражая среднюю скорость высвобождения сейсмической энергии.
Значительные исторические землетрясения включают землетрясение Шэньси 1556 года в Китае, в результате которого погибло более 830 000 человек, и землетрясение Вальдивия 1960 года в Чили, крупнейшее из когда-либо зарегистрированных, магнитудой 9,5. Землетрясения приводят к различным последствиям, таким как сотрясение земли и разжижение почвы , что приводит к значительному ущербу и гибели людей. Когда эпицентр сильного землетрясения находится вдали от берега, морское дно может сместиться достаточно, чтобы вызвать цунами . Землетрясения могут вызывать оползни . Возникновение землетрясений зависит от тектонических движений вдоль разломов, включая нормальные, обратные (надвиги) и сдвиговые разломы, при этом высвобождение энергии и динамика разрыва регулируются теорией упругого отскока .
Усилия по управлению рисками землетрясений включают прогнозирование, предсказание и готовность, включая сейсмическую модернизацию и сейсмическую инженерию для проектирования сооружений, которые выдерживают тряску. Культурное воздействие землетрясений охватывает мифы, религиозные верования и современные средства массовой информации, отражая их глубокое влияние на человеческие общества. Похожие сейсмические явления, известные как марсотрясения и лунотрясения , наблюдались и на других небесных телах, что указывает на универсальность таких событий за пределами Земли.
Землетрясение — это сотрясение поверхности Земли , вызванное внезапным выбросом энергии в литосфере , что создает сейсмические волны . Землетрясения также могут называться трясками , подземными толчками или земноводными . Слово « дрожание» также используется для обозначения сейсмического грохота, не являющегося землетрясением .
В самом общем смысле землетрясение — это любое сейсмическое событие, будь то естественное или вызванное человеком, которое генерирует сейсмические волны. Землетрясения в основном вызываются разрывом геологических разломов , но также и другими событиями, такими как вулканическая активность, оползни, взрывы в шахтах, фрекинг и ядерные испытания . Точка начального разрыва землетрясения называется его гипоцентром или фокусом. Эпицентр — это точка на уровне земли непосредственно над гипоцентром.
Сейсмическая активность области — это частота, тип и сила землетрясений, произошедших за определенное время. Сейсмичность в определенном месте Земли — это средняя скорость высвобождения сейсмической энергии на единицу объема.
Одним из самых разрушительных землетрясений в истории было землетрясение Шэньси 1556 года , которое произошло 23 января 1556 года в Шэньси , Китай. Погибло более 830 000 человек. [2] Большинство домов в этом районе были яодунами — жилищами, высеченными в склонах лёссовых холмов, — и многие жертвы погибли, когда эти сооружения обрушились. Землетрясение Таншань 1976 года , в результате которого погибло от 240 000 до 655 000 человек, стало самым смертоносным в 20 веке. [3]
Чилийское землетрясение 1960 года является крупнейшим землетрясением, которое было измерено сейсмографом, достигнув 9,5 баллов 22 мая 1960 года. [4] [5] Его эпицентр находился недалеко от Каньете, Чили. Выделившаяся энергия была примерно в два раза больше, чем у следующего по мощности землетрясения, землетрясения Страстной пятницы (27 марта 1964 года), которое было сосредоточено в заливе Принс-Уильям , Аляска. [6] [7] Все десять крупнейших зарегистрированных землетрясений были мегасейсмическими землетрясениями ; однако из этих десяти только землетрясение в Индийском океане 2004 года одновременно является одним из самых смертоносных землетрясений в истории.
Землетрясения, которые привели к наибольшей гибели людей, хотя и были мощными, были смертоносными из-за своей близости к густонаселенным районам или океану, где землетрясения часто создают цунами , которые могут опустошить поселения за тысячи километров. Регионы, наиболее подверженные риску больших потерь, включают те, где землетрясения относительно редки, но сильны, и бедные регионы со слабыми, невыполнимыми или отсутствующими сейсмическими строительными нормами.
Тектонические землетрясения происходят в любом месте на Земле, где достаточно накопленной упругой энергии деформации для распространения трещины вдоль плоскости разлома . Стороны разлома движутся друг мимо друга плавно и асейсмично , только если нет неровностей или выступов вдоль поверхности разлома, которые увеличивают сопротивление трения. Большинство поверхностей разлома имеют такие выступы, что приводит к форме поведения скачкообразного скольжения . После того, как разлом заблокирован, продолжающееся относительное движение между плитами приводит к увеличению напряжения и, следовательно, накопленной энергии деформации в объеме вокруг поверхности разлома. Это продолжается до тех пор, пока напряжение не поднимется достаточно, чтобы прорваться через выступ, внезапно позволяя скользить по заблокированной части разлома, высвобождая накопленную энергию . [8] Эта энергия высвобождается в виде комбинации излучаемых упругих сейсмических волн деформации , [9] фрикционного нагрева поверхности разлома и растрескивания породы, тем самым вызывая землетрясение. Этот процесс постепенного нарастания деформации и напряжения, прерываемый случайным внезапным разрушением землетрясения, называется теорией упругого отскока . Подсчитано, что только 10 процентов или менее от общей энергии землетрясения излучается в виде сейсмической энергии. Большая часть энергии землетрясения используется для питания роста трещин землетрясения или преобразуется в тепло, генерируемое трением. Таким образом, землетрясения снижают доступную упругую потенциальную энергию Земли и повышают ее температуру, хотя эти изменения незначительны по сравнению с кондуктивным и конвективным потоком тепла из глубоких недр Земли. [10]
Существует три основных типа разломов, все из которых могут вызвать межплитное землетрясение : нормальный, обратный (надвиг) и сдвиг-сдвиг. Нормальный и обратный разломы являются примерами смещения-сдвига, где смещение вдоль разлома происходит в направлении падения и где движение по ним включает вертикальную составляющую. Многие землетрясения вызваны движением по разломам, которые имеют компоненты как смещения-сдвига, так и сдвига; это известно как косое скольжение. Самая верхняя, хрупкая часть земной коры и холодные плиты тектонических плит, которые спускаются в горячую мантию, являются единственными частями нашей планеты, которые могут хранить упругую энергию и высвобождать ее в разрывах разломов. Горные породы, температура которых превышает примерно 300 °C (572 °F), текут в ответ на напряжение; они не разрываются при землетрясениях. [11] [12] Максимальные наблюдаемые длины разрывов и картированных разломов (которые могут разрушиться в одном разрыве) составляют приблизительно 1000 км (620 миль). Примерами являются землетрясения на Аляске (1957) , Чили (1960) и Суматре (2004) , все в зонах субдукции. Самые длинные разрывы землетрясений на сдвиговых разломах, такие как разлом Сан-Андреас ( 1857 , 1906 ), Северо-Анатолийский разлом в Турции ( 1939 ) и разлом Денали на Аляске ( 2002 ), составляют примерно половину или одну треть длины вдоль границ субдукционной плиты, а вдоль нормальных разломов они еще короче.
Нормальные разломы возникают в основном в областях, где земная кора расширяется, например , в местах расхождения границ . Землетрясения, связанные с нормальными разломами, обычно имеют магнитуду менее 7. Максимальные магнитуды вдоль многих нормальных разломов еще более ограничены, поскольку многие из них расположены вдоль центров спрединга, как в Исландии, где толщина хрупкого слоя составляет всего около шести километров (3,7 мили). [13] [14]
Обратные сбросы происходят в областях, где кора укорачивается, например , на конвергентной границе . Обратные сбросы, особенно вдоль конвергентных границ, связаны с самыми мощными землетрясениями (называемыми мегавзбросами ), включая почти все землетрясения магнитудой 8 или более. Мегавзбросы ответственны за около 90% общего сейсмического момента, высвобождаемого во всем мире. [15]
Сдвиговые разломы представляют собой крутые структуры, где две стороны разлома скользят горизонтально мимо друг друга; трансформные границы являются особым типом сдвигового разлома. Сдвиговые разломы, особенно континентальные трансформы , могут вызывать крупные землетрясения магнитудой до 8. Сдвиговые разломы, как правило, ориентированы почти вертикально, что приводит к приблизительной ширине 10 км (6,2 мили) в хрупкой коре. [16] Таким образом, землетрясения магнитудой намного больше 8 невозможны.
Кроме того, существует иерархия уровней напряжения в трех типах разломов. Надвиговые сбросы генерируются наивысшими, сдвиговые — промежуточными, а нормальные сбросы — наименьшими уровнями напряжения. [17] Это можно легко понять, рассмотрев направление наибольшего главного напряжения, направление силы, которая «толкает» скальный массив во время сброса. В случае нормальных сбросов скальный массив толкается вниз в вертикальном направлении, таким образом, толкающая сила ( наибольшее главное напряжение) равна весу самого скального массива. В случае надвига скальный массив «убегает» в направлении наименьшего главного напряжения, а именно вверх, поднимая скальный массив, и, таким образом, вскрыша равна наименьшему главному напряжению. Сдвиговое сбросообразование является промежуточным между двумя другими типами, описанными выше. Эта разница в режиме напряжения в трех средах сбросообразований может способствовать различиям в падении напряжения во время сбросообразований, что способствует различиям в излучаемой энергии, независимо от размеров сброса.
На каждую единицу увеличения магнитуды приходится примерно тридцатикратное увеличение высвобождаемой энергии. Например, землетрясение магнитудой 6,0 высвобождает примерно в 32 раза больше энергии, чем землетрясение магнитудой 5,0, а землетрясение магнитудой 7,0 высвобождает в 1000 раз больше энергии, чем землетрясение магнитудой 5,0. Землетрясение магнитудой 8,6 высвобождает такое же количество энергии, как 10 000 атомных бомб такого размера, которые использовались во Второй мировой войне . [18]
Это так, потому что энергия, высвобождаемая при землетрясении, и, следовательно, ее магнитуда, пропорциональны площади разлома, который разрывается [19] и падению напряжения. Следовательно, чем больше длина и шире ширина разломной области, тем больше результирующая магнитуда. Однако наиболее важным параметром, контролирующим максимальную магнитуду землетрясения на разломе, является не максимальная доступная длина, а доступная ширина, поскольку последняя варьируется в 20 раз. Вдоль сходящихся краев плит угол падения плоскости разрыва очень пологий, обычно около 10 градусов. [20] Таким образом, ширина плоскости в верхней хрупкой коре Земли может достигать 50–100 км (31–62 мили) (например, в Японии в 2011 году или на Аляске в 1964 году ), что делает возможными самые мощные землетрясения.
Большинство тектонических землетрясений зарождается в Огненном кольце на глубинах, не превышающих десятки километров. Землетрясения, происходящие на глубине менее 70 км (43 мили), классифицируются как «мелкофокусные» землетрясения, в то время как те, у которых глубина очага составляет от 70 до 300 км (от 43 до 186 миль), обычно называются «среднефокусными» или «среднеглубинными» землетрясениями. В зонах субдукции , где более старая и холодная океаническая кора опускается под другую тектоническую плиту, глубокофокусные землетрясения могут происходить на гораздо больших глубинах (от 300 до 700 км (от 190 до 430 миль)). [21] Эти сейсмически активные области субдукции известны как зоны Вадати-Бениоффа . Глубокофокусные землетрясения происходят на глубине, где субдуцированная литосфера больше не должна быть хрупкой из-за высокой температуры и давления. Возможным механизмом возникновения глубокофокусных землетрясений является разлом, вызванный фазовым переходом оливина в структуру шпинели . [22]
Землетрясения часто происходят в вулканических регионах и вызываются там как тектоническими разломами, так и движением магмы в вулканах . Такие землетрясения могут служить ранним предупреждением об извержениях вулканов, как во время извержения горы Сент-Хеленс в 1980 году . [23] Рои землетрясений могут служить маркерами местоположения текущей магмы по всем вулканам. Эти рои могут быть зарегистрированы сейсмометрами и наклономерами (устройствами, измеряющими уклон земли) и использованы в качестве датчиков для прогнозирования неизбежных или предстоящих извержений. [24]
Тектоническое землетрясение начинается как область начального скольжения на поверхности разлома, которая образует фокус. После того, как разрыв инициирован, он начинает распространяться от фокуса, распространяясь вдоль поверхности разлома. Боковое распространение будет продолжаться до тех пор, пока разрыв не достигнет барьера, такого как конец сегмента разлома, или области на разломе, где недостаточно напряжения, чтобы позволить продолжить разрыв. Для более крупных землетрясений глубина разрыва будет ограничена вниз зоной хрупко-пластичного перехода и вверх поверхностью земли. Механика этого процесса плохо изучена, поскольку трудно либо воссоздать такие быстрые движения в лаборатории, либо записать сейсмические волны вблизи зоны зарождения из-за сильного движения грунта. [25]
В большинстве случаев скорость разрыва приближается, но не превышает скорость сдвиговой волны (S-волны) окружающей породы. Из этого правила есть несколько исключений:
Известно, что суперсдвиговые землетрясения распространяются со скоростью, превышающей скорость S-волны. До сих пор все они наблюдались во время крупных сдвиговых событий. Необычно широкая зона повреждений, вызванная землетрясением Куньлунь 2001 года, была отнесена к последствиям звукового удара, возникшего при таких землетрясениях.
Медленные землетрясения разрываются с необычно низкой скоростью. Особенно опасной формой медленного землетрясения является цунами , наблюдаемое там, где относительно низкая ощущаемая интенсивность, вызванная медленной скоростью распространения некоторых крупных землетрясений, не может предупредить население соседнего побережья, как в случае землетрясения Санрику в 1896 году . [25]
Во время землетрясения на плоскости разлома могут развиться высокие температуры, увеличивая поровое давление и, следовательно, испарение грунтовых вод, уже содержащихся в породе. [27] [28] [29] В косейсмической фазе такое увеличение может существенно повлиять на эволюцию и скорость скольжения, в постсейсмической фазе оно может контролировать последовательность афтершоков , поскольку после основного события увеличение порового давления медленно распространяется в окружающую сеть трещин. [30] [29] С точки зрения теории прочности Мора-Кулона , увеличение давления жидкости уменьшает нормальное напряжение, действующее на плоскость разлома, которое удерживает ее на месте, и жидкости могут оказывать смазывающее действие. Поскольку тепловое избыточное давление может обеспечить положительную обратную связь между скольжением и падением прочности на плоскости разлома, распространено мнение, что оно может усилить нестабильность процесса разлома. После основного толчка градиент давления между плоскостью разлома и соседней породой вызывает поток жидкости, который увеличивает поровое давление в окружающих сетях трещин; Такое увеличение может спровоцировать новые процессы разломообразования путем реактивации соседних разломов, что приведет к афтершокам. [30] [29] Аналогично, искусственное увеличение порового давления путем закачки жидкости в земную кору может вызвать сейсмичность .
Приливы могут вызвать некоторую сейсмичность .
Большинство землетрясений являются частью последовательности, связанной друг с другом с точки зрения местоположения и времени. [31] Большинство кластеров землетрясений состоят из небольших толчков, которые не наносят практически никакого ущерба, но существует теория, что землетрясения могут повторяться в регулярной схеме. [32] Кластеризация землетрясений наблюдалась, например, в Паркфилде, Калифорния, где проводится долгосрочное исследование вокруг кластера землетрясений Паркфилда . [33]
Афтершок — это землетрясение, которое происходит после предыдущего землетрясения, главного толчка. Быстрые изменения напряжения между горными породами и напряжение от исходного землетрясения являются основными причинами этих афтершоков, [34] наряду с корой вокруг разорванной плоскости разлома , поскольку она приспосабливается к воздействию главного толчка. [31] Афтершок находится в том же регионе, что и главный толчок, но всегда имеет меньшую величину, однако он все еще может быть достаточно мощным, чтобы нанести еще больший ущерб зданиям, которые уже были ранее повреждены главным толчком. [34] Если афтершок больше главного толчка, афтершок переименовывается в главный толчок, а исходный главный толчок переименовывается в форшок . Афтершоки образуются, когда кора вокруг смещенной плоскости разлома приспосабливается к воздействию главного толчка. [31]
Рой землетрясений — это последовательность землетрясений, происходящих в определенной области в течение короткого периода. Они отличаются от землетрясений, за которыми следует серия афтершоков , тем, что ни одно землетрясение в последовательности не является главным толчком, поэтому ни одно из них не имеет заметно большей магнитуды, чем другое. Примером роя землетрясений является активность 2004 года в Йеллоустонском национальном парке . [35] В августе 2012 года рой землетрясений сотряс долину Империал в Южной Калифорнии , показав самую высокую зарегистрированную активность в этом районе с 1970-х годов. [36]
Иногда серия землетрясений происходит в том, что называется сейсмическим штормом , когда землетрясения поражают разлом кластерами, каждый из которых вызван тряской или перераспределением напряжений предыдущих землетрясений. Подобно афтершокам , но на соседних сегментах разлома, эти штормы происходят в течение многих лет, причем некоторые из более поздних землетрясений были такими же разрушительными, как и ранние. Такая картина наблюдалась в последовательности около дюжины землетрясений, которые поразили Северо-Анатолийский разлом в Турции в 20 веке, и была выведена для более старых аномальных кластеров крупных землетрясений на Ближнем Востоке. [37] [38]
_-_Vittime_del_terremoto_di_Messina_(dicembre_1908).jpg/1280px-Comerio,_Luca_(1878-1940)_-_Vittime_del_terremoto_di_Messina_(dicembre_1908).jpg)
По оценкам, ежегодно происходит около 500 000 землетрясений, которые можно обнаружить с помощью современных приборов. Около 100 000 из них можно почувствовать. [4] [5] Незначительные землетрясения происходят очень часто по всему миру в таких местах, как Калифорния и Аляска в США, а также в Сальвадоре, Мексике, Гватемале, Чили, Перу, Индонезии, на Филиппинах, в Иране, Пакистане, на Азорских островах в Португалии, в Турции, Новой Зеландии, Греции, Италии, Индии, Непале и Японии. [40] Более крупные землетрясения происходят реже, причем зависимость является экспоненциальной ; например, землетрясений магнитудой более 4 происходит примерно в десять раз больше, чем землетрясений магнитудой более 5. [41] Например, в Великобритании (с низкой сейсмичностью) было подсчитано, что средняя повторяемость составляет: землетрясение магнитудой 3,7–4,6 каждый год, землетрясение магнитудой 4,7–5,5 каждые 10 лет и землетрясение магнитудой 5,6 или более каждые 100 лет. [42] Это пример закона Гутенберга-Рихтера .
Число сейсмических станций возросло с примерно 350 в 1931 году до многих тысяч сегодня. В результате сообщается о гораздо большем количестве землетрясений, чем в прошлом, но это связано с огромным улучшением приборов, а не с увеличением числа землетрясений. Геологическая служба США (USGS) подсчитала, что с 1900 года в среднем происходило 18 крупных землетрясений (магнитудой 7,0–7,9) и одно крупное землетрясение (магнитудой 8,0 или выше) в год, и что это среднее значение было относительно стабильным. [43] В последние годы количество крупных землетрясений в год уменьшилось, хотя это, вероятно, скорее статистическое колебание, чем систематическая тенденция. [44] Более подробные статистические данные о размерах и частоте землетрясений доступны в Геологической службе США. [45] Отмечено недавнее увеличение числа крупных землетрясений, что можно объяснить циклическим рисунком периодов интенсивной тектонической активности, перемежающихся с более длительными периодами низкой интенсивности. Однако точные записи землетрясений начались только в начале 1900-х годов, поэтому еще слишком рано категорически утверждать, что это так. [46]
Большинство землетрясений в мире (90% и 81% крупнейших) происходят в подковообразной зоне длиной 40 000 километров (25 000 миль), называемой Тихоокеанским сейсмическим поясом, известным как Тихоокеанское огненное кольцо , которое по большей части ограничивает Тихоокеанскую плиту . [47] [48] Сильные землетрясения, как правило, происходят и вдоль других границ плит, например, вдоль Гималайских гор . [49]
В связи с быстрым ростом мегаполисов, таких как Мехико, Токио и Тегеран, в зонах высокого сейсмического риска некоторые сейсмологи предупреждают, что одно землетрясение может унести жизни до трех миллионов человек. [50]
Хотя большинство землетрясений вызвано движением тектонических плит Земли , деятельность человека также может вызывать землетрясения. Деятельность как над землей, так и под землей может изменять напряжения и деформации в земной коре, включая строительство резервуаров, добычу ресурсов, таких как уголь или нефть, и закачку жидкостей под землю для утилизации отходов или фрекинга . [51] Большинство этих землетрясений имеют небольшую магнитуду. Считается, что землетрясение магнитудой 5,7 в Оклахоме в 2011 году было вызвано сбросом сточных вод от добычи нефти в нагнетательные скважины , [52] и исследования указывают на нефтяную промышленность штата как на причину других землетрясений в прошлом веке. [53] В статье Колумбийского университета было высказано предположение, что землетрясение магнитудой 8,0 в Сычуани в 2008 году было вызвано нагрузкой от плотины Цзыпинпу , [54] хотя эта связь не была окончательно доказана. [55]
Инструментальные шкалы, используемые для описания размера землетрясения, начались со шкалы магнитуд Рихтера в 1930-х годах. Это относительно простое измерение амплитуды события, и его использование стало минимальным в 21-м веке. Сейсмические волны распространяются через недра Земли и могут быть зарегистрированы сейсмометрами на больших расстояниях. Магнитуда поверхностной волны была разработана в 1950-х годах как средство измерения удаленных землетрясений и повышения точности для более крупных событий. Шкала магнитуд момента не только измеряет амплитуду толчка, но и учитывает сейсмический момент (общая площадь разрыва, среднее скольжение разлома и жесткость породы). Шкала сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства , шкала Медведева–Шпонхойера–Карника и шкала интенсивности Меркалли основаны на наблюдаемых эффектах и связаны с интенсивностью сотрясений.
Сотрясение земли — это распространенное явление, которое люди испытывали с древнейших времен. До разработки акселерометров сильного движения интенсивность сейсмического события оценивалась на основе наблюдаемых эффектов. Магнитуда и интенсивность не связаны напрямую и рассчитываются с использованием разных методов. Магнитуда землетрясения — это единое значение, которое описывает размер землетрясения в его источнике. Интенсивность — это мера сотрясения в разных местах вокруг землетрясения. Значения интенсивности различаются от места к месту в зависимости от расстояния от землетрясения и состава подстилающей породы или почвы. [56]
Первая шкала для измерения магнитуд землетрясений была разработана Чарльзом Фрэнсисом Рихтером в 1935 году. Последующие шкалы ( шкалы сейсмической магнитуды ) сохранили ключевую особенность, где каждая единица представляет десятикратную разницу в амплитуде сотрясения земли и 32-кратную разницу в энергии. Последующие шкалы также корректируются, чтобы иметь приблизительно одинаковое числовое значение в пределах шкалы. [57]
Хотя средства массовой информации обычно сообщают о магнитуде землетрясений как о «магнитуде Рихтера» или «шкале Рихтера», стандартной практикой большинства сейсмологических органов является выражение силы землетрясения по шкале моментной магнитуды , которая основана на фактической энергии, высвобождаемой землетрясением, статическом сейсмическом моменте. [58] [59]
Каждое землетрясение порождает различные типы сейсмических волн, которые распространяются в горных породах с разной скоростью:
Скорость распространения сейсмических волн через твердые породы колеблется от примерно 3 км/с (1,9 миль/с) до 13 км/с (8,1 миль/с) в зависимости от плотности и упругости среды . В недрах Земли ударные или P-волны распространяются намного быстрее, чем S-волны (примерное отношение 1,7:1). Различия во времени прохождения от эпицентра до обсерватории являются мерой расстояния и могут использоваться для визуализации как источников землетрясений, так и структур внутри Земли. Кроме того, глубину гипоцентра можно вычислить приблизительно.
Скорость P-волны
Скорость S-волн
В результате первые волны далекого землетрясения достигают обсерватории через мантию Земли.
В среднем, расстояние в километрах до землетрясения равно числу секунд между P- и S-волнами, умноженному на 8. [60] Небольшие отклонения вызваны неоднородностями подповерхностной структуры. С помощью такого анализа сейсмограмм ядро Земли было обнаружено в 1913 году Бено Гутенбергом .
S-волны и прибывающие позже поверхностные волны наносят наибольший ущерб по сравнению с P-волнами. P-волны сжимают и расширяют материал в том же направлении, в котором они движутся, тогда как S-волны сотрясают землю вверх и вниз и вперед и назад. [61]
Землетрясения классифицируются не только по магнитуде, но и по месту, где они происходят. Мир разделен на 754 региона Флинна-Энгдаля (регионы FE), которые основаны на политических и географических границах, а также на сейсмической активности. Более активные зоны делятся на более мелкие регионы FE, тогда как менее активные зоны принадлежат к более крупным регионам FE.
Стандартные отчеты о землетрясениях включают магнитуду , дату и время возникновения, географические координаты эпицентра , глубину эпицентра, географический регион, расстояния до населенных пунктов, неопределенность местоположения, несколько параметров, которые включены в отчеты о землетрясениях USGS (количество станций, сообщающих данные , количество наблюдений и т. д.), а также уникальный идентификатор события. [62]
Хотя для обнаружения землетрясений традиционно использовались относительно медленные сейсмические волны, в 2016 году ученые поняли, что гравитационное измерение может обеспечить мгновенное обнаружение землетрясений, и подтвердили это, проанализировав гравитационные записи, связанные с землетрясением Тохоку-Оки («Фукусима») 2011 года. [63] [64]
Последствия землетрясений включают, помимо прочего, следующее:
Сотрясение и разрыв грунта являются основными эффектами, создаваемыми землетрясениями, в основном приводящими к более или менее серьезным повреждениям зданий и других жестких конструкций. Серьезность локальных эффектов зависит от сложной комбинации магнитуды землетрясения , расстояния от эпицентра и местных геологических и геоморфологических условий, которые могут усиливать или ослаблять распространение волн . [65] Сотрясение грунта измеряется ускорением грунта .
Специфические местные геологические, геоморфологические и геоструктурные особенности могут вызывать высокие уровни сотрясений на поверхности земли даже от землетрясений низкой интенсивности. Этот эффект называется усилением на месте или локально. Он в основном обусловлен передачей сейсмического движения из твердых глубоких почв в мягкие поверхностные почвы и эффектами фокусировки сейсмической энергии из-за типичной геометрической установки таких отложений.
Разрыв грунта — это видимое разрушение и смещение поверхности Земли вдоль следа разлома, которое может быть порядка нескольких метров в случае крупных землетрясений. Разрыв грунта представляет собой серьезный риск для крупных инженерных сооружений, таких как плотины , мосты и атомные электростанции , и требует тщательного картирования существующих разломов для выявления тех, которые могут разрушить поверхность земли в течение срока службы сооружения. [66]
Разжижение почвы происходит, когда из-за тряски насыщенный водой гранулированный материал (например, песок) временно теряет свою прочность и переходит из твердого состояния в жидкое. Разжижение почвы может привести к наклону или погружению жестких конструкций, таких как здания и мосты, в разжиженные отложения. Например, во время землетрясения на Аляске в 1964 году разжижение почвы привело к тому, что многие здания провалились под землю, в конечном итоге обрушившись сами на себя. [67]
Физический ущерб от землетрясения будет варьироваться в зависимости от интенсивности толчков в данной области и типа населения. Недостаточно обеспеченные и развивающиеся сообщества часто испытывают более серьезные последствия (и более длительные) от сейсмического события по сравнению с хорошо развитыми сообществами. [68] Последствия могут включать:
Последствия этих и других воздействий могут привести к болезням, отсутствию предметов первой необходимости, психическим последствиям, таким как панические атаки и депрессия у выживших, [69] и более высоким страховым взносам. Время восстановления будет варьироваться в зависимости от уровня ущерба и социально-экономического статуса пострадавшего сообщества.
Землетрясения могут вызвать неустойчивость склона, что приведет к оползням, серьезной геологической опасности. Опасность оползня может сохраняться, пока спасатели пытаются провести спасательные работы. [70]
Землетрясения могут вызывать пожары, повреждая линии электропередач или газопроводы. В случае разрыва водопровода и потери давления может также стать трудно остановить распространение пожара после его начала. Например, больше смертей во время землетрясения в Сан-Франциско в 1906 году было вызвано огнем, чем самим землетрясением. [71]
Цунами — это длинноволновые, длиннопериодные морские волны, возникающие при внезапном или резком движении больших объемов воды, в том числе при землетрясении в море . В открытом океане расстояние между гребнями волн может превышать 100 километров (62 мили), а периоды волн могут варьироваться от пяти минут до одного часа. Такие цунами распространяются со скоростью 600–800 километров в час (373–497 миль в час) в зависимости от глубины воды. Большие волны, возникающие в результате землетрясения или подводного оползня, могут захлестнуть близлежащие прибрежные районы за считанные минуты. Цунами также могут распространяться на тысячи километров через открытый океан и вызывать разрушения на далеких берегах через несколько часов после землетрясения, которое их породило. [72]
Обычно субдукционные землетрясения магнитудой менее 7,5 не вызывают цунами, хотя некоторые случаи этого были зарегистрированы. Наиболее разрушительные цунами вызываются землетрясениями магнитудой 7,5 и более. [72]
Наводнения могут быть вторичными эффектами землетрясений, если плотины повреждены. Землетрясения могут вызывать оползни на плотинах рек, которые разрушаются и вызывают наводнения. [73]
Местность ниже озера Сарез в Таджикистане находится под угрозой катастрофического наводнения, если оползневая плотина, образованная землетрясением, известная как Усойская плотина , рухнет во время будущего землетрясения. Прогнозы воздействия предполагают, что наводнение может затронуть около пяти миллионов человек. [74]
Прогноз землетрясений — это раздел науки сейсмологии, занимающийся определением времени, места и магнитуды будущих землетрясений в установленных пределах. [75] Было разработано много методов для прогнозирования времени и места, в которых произойдут землетрясения. Несмотря на значительные исследовательские усилия сейсмологов , научно воспроизводимые прогнозы пока не могут быть сделаны на определенный день или месяц. [76] Распространенное мнение гласит, что землетрясениям предшествует сейсмическая погода ранним утром. [77] [78]
В то время как прогнозирование обычно считается типом предсказания , прогнозирование землетрясений часто отличается от предсказания землетрясений . Прогнозирование землетрясений связано с вероятностной оценкой общей опасности землетрясений, включая частоту и величину разрушительных землетрясений в данной области в течение многих лет или десятилетий. [79] Для хорошо изученных разломов можно оценить вероятность того, что сегмент может разорваться в течение следующих нескольких десятилетий. [80] [81]
Целью сейсмостойкого строительства является прогнозирование воздействия землетрясений на здания, мосты, туннели, дороги и другие сооружения, а также проектирование таких сооружений с целью минимизации риска повреждений. Существующие сооружения могут быть модифицированы путем сейсмической модернизации для повышения их устойчивости к землетрясениям. Страхование от землетрясений может предоставить владельцам зданий финансовую защиту от потерь, вызванных землетрясениями. Стратегии управления чрезвычайными ситуациями могут использоваться правительством или организацией для снижения рисков и подготовки к последствиям.
Искусственный интеллект может помочь в оценке зданий и планировании мер предосторожности. Экспертная система Igor является частью мобильной лаборатории, которая поддерживает процедуры, ведущие к сейсмической оценке каменных зданий и планированию операций по их модернизации. Она применялась для оценки зданий в Лиссабоне , Родосе и Неаполе . [82]
Отдельные лица также могут предпринять шаги по обеспечению готовности, например, закрепить водонагреватели и тяжелые предметы, которые могут кого-то травмировать, найти отключения коммунальных услуг и получить информацию о том, что делать, когда начнутся толчки. Для территорий вблизи крупных водоемов готовность к землетрясениям охватывает возможность цунами, вызванного сильным землетрясением.
Со времен жизни греческого философа Анаксагора в V веке до н. э. и до XIV века н. э. землетрясения обычно приписывались «воздуху (парам) в полостях Земли». [83] Фалес Милетский (625–547 до н. э.) был единственным задокументированным человеком, который считал, что землетрясения были вызваны напряжением между землей и водой. [83] Существовали и другие теории, включая убеждения греческого философа Анаксамина (585–526 до н. э.) о том, что короткие периоды сухости и влажности вызывали сейсмическую активность. Греческий философ Демокрит (460–371 до н. э.) обвинял воду в землетрясениях в целом. [83] Плиний Старший называл землетрясения «подземными грозами». [83]
В скандинавской мифологии землетрясения объяснялись как жестокая борьба бога Локи . Когда Локи, бог озорства и раздора, убил Бальдра , бога красоты и света, он был наказан, будучи связанным в пещере с ядовитой змеей, помещенной над его головой, капающей ядом. Жена Локи Сигюн стояла рядом с ним с чашей, чтобы собрать яд, но всякий раз, когда ей приходилось опорожнять чашу, яд капал на лицо Локи, заставляя его отдергивать голову и биться в своих оковах, отчего земля дрожала. [84]
В греческой мифологии Посейдон был причиной и богом землетрясений. Когда он был в плохом настроении, он ударял по земле трезубцем , вызывая землетрясения и другие бедствия. Он также использовал землетрясения, чтобы наказать и навести страх на людей в качестве мести. [85]
В японской мифологии Намазу (鯰) — гигантский сом , вызывающий землетрясения. Намазу живёт в грязи под землёй и охраняется богом Касимой, который сдерживает рыбу камнем. Когда Касима ослабляет бдительность, Намазу начинает метаться, вызывая сильные землетрясения. [86]
В Новом Завете , Евангелие от Матфея упоминает землетрясения, произошедшие как после смерти Иисуса ( Матфея 27:51 , 54), так и при его воскресении ( Матфея 28:2 ). [87] Землетрясения являются частью картины, посредством которой Иисус изображает начало конца времени . [88]
В современной популярной культуре изображение землетрясений формируется памятью о больших городах, опустошенных, таких как Кобе в 1995 году или Сан-Франциско в 1906 году . [89] Вымышленные землетрясения, как правило, происходят внезапно и без предупреждения. [89] По этой причине истории о землетрясениях обычно начинаются с катастрофы и фокусируются на ее непосредственных последствиях, как в «Короткой прогулке к свету» (1972), «Рваном краю» (1968) или «Афтершок: Землетрясение в Нью-Йорке» (1999). [89] Ярким примером является классическая повесть Генриха фон Клейста « Землетрясение в Чили» , в которой описывается разрушение Сантьяго в 1647 году. Сборник коротких рассказов Харуки Мураками « После землетрясения» описывает последствия землетрясения в Кобе 1995 года.
Самым популярным единичным землетрясением в художественной литературе является гипотетическое «Большое землетрясение», которое когда-нибудь ожидается в разломе Сан-Андреас в Калифорнии , как это изображено в романах «Большое землетрясение» (1996), «Прощай, Калифорния» (1977), «2012» (2009) и «Сан-Андреас» (2015) и других работах. [89] В широко антологизированном рассказе Джейкоба М. Аппеля «Сравнительная сейсмология » рассказывается о мошеннике, который убеждает пожилую женщину в неизбежности апокалиптического землетрясения. [90]
Современные изображения землетрясений в кино различаются в том, как они отражают психологические реакции человека на реальную травму, которая может быть нанесена непосредственно пострадавшим семьям и их близким. [91] Исследования реагирования на стихийные бедствия в области психического здоровья подчеркивают необходимость осознавать различные роли потери семьи и ключевых членов сообщества, потери дома и привычного окружения, а также потери основных поставок и услуг для поддержания выживания. [92] [93] В частности, для детей явное наличие взрослых, которые могут защитить, накормить и одеть их после землетрясения и помочь им осознать, что с ними произошло, оказалось более важным для их эмоционального и физического здоровья, чем простое предоставление провизии. [94] Как было отмечено после других катастроф, связанных с разрушениями и гибелью людей, и их изображений в СМИ, недавно наблюдавшихся во время землетрясения на Гаити в 2010 году , также считается важным не патологизировать реакции на потерю и перемещение или нарушение работы государственного управления и служб, а скорее обосновать реакции для поддержки конструктивного решения проблем и размышлений. [95]
Явления, похожие на землетрясения, наблюдались на других планетах (например, марсотрясения на Марсе) и на Луне (например, лунотрясения ).
