Землетрясение , также называемое землетрясением , тремором или подземным толчком , — это сотрясение поверхности Земли , возникающее в результате внезапного высвобождения энергии в литосфере , которое создает сейсмические волны . Землетрясения могут варьироваться по интенсивности : от настолько слабых, что их невозможно почувствовать, до достаточно сильных, которые поднимают объекты и людей в воздух, наносят ущерб критически важной инфраструктуре и сеют разрушения во всех городах. Сейсмическая активность территории – это частота, тип и сила землетрясений, произошедших за определенный период времени. Сейсмичность в конкретном месте Земли — это средняя скорость выделения сейсмической энергии на единицу объема . Слово «тремор» также используется для обозначения сейсмического грохота, не связанного с землетрясениями .
На поверхности Земли землетрясения проявляются в сотрясениях и смещениях или разрушениях земли. Когда эпицентр сильного землетрясения расположен в море, морское дно может сместиться настолько, что вызовет цунами . Землетрясения также могут вызвать оползни .
В самом общем смысле слово « землетрясение» используется для описания любого сейсмического события – природного или вызванного деятельностью человека – которое генерирует сейсмические волны. Землетрясения вызваны главным образом разрывом геологических разломов , а также другими событиями, такими как вулканическая активность, оползни, взрывы на шахтах, гидроразрыв и ядерные испытания . Точка первоначального разрушения землетрясения называется его гипоцентром или фокусом. Эпицентр – это точка на уровне земли непосредственно над гипоцентром.
Землетрясение – это сотрясение поверхности Земли , возникающее в результате внезапного выброса энергии в литосфере , создающего сейсмические волны . Землетрясения также могут называться землетрясениями , толчками или сотрясениями . Слово «тремор» также используется для обозначения сейсмического грохота, не связанного с землетрясениями .
В самом общем смысле слово « землетрясение» используется для описания любого сейсмического события – природного или вызванного деятельностью человека – которое генерирует сейсмические волны. Землетрясения вызваны главным образом разрывом геологических разломов , а также другими событиями, такими как вулканическая активность, оползни, взрывы на шахтах, гидроразрыв и ядерные испытания . Точка первоначального разрушения землетрясения называется его гипоцентром или фокусом. Эпицентр – это точка на уровне земли непосредственно над гипоцентром.
Сейсмическая активность территории – это частота, тип и сила землетрясений, произошедших за определенный период времени. Сейсмичность в конкретном месте Земли — это средняя скорость выделения сейсмической энергии на единицу объема .
Одним из самых разрушительных землетрясений в зарегистрированной истории было землетрясение в 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 из лёссовых склонов холмов, — и многие жертвы погибли, когда эти постройки рухнули. Землетрясение в Таншане 1976 года , унесшее жизни от 240 000 до 655 000 человек, было самым смертоносным в 20 веке. [3]
Чилийское землетрясение 1960 года является крупнейшим землетрясением, которое было измерено сейсмографом, достигнув магнитуды 9,5 22 мая 1960 года. [4] [5] Его эпицентр находился недалеко от Каньете, Чили. Высвободившаяся энергия была примерно в два раза больше, чем при следующем по мощности землетрясении, землетрясении Страстной пятницы (27 марта 1964 г.), которое произошло в проливе Принца Уильяма на Аляске. [6] [7] Все десять крупнейших зарегистрированных землетрясений были мегаземлетрясениями ; однако из этих десяти только землетрясение 2004 года в Индийском океане является одновременно одним из самых смертоносных землетрясений в истории.
Землетрясения, которые привели к наибольшим человеческим жертвам, хотя и были мощными, были смертельными из-за их близости либо к густонаселенным районам, либо к океану, где землетрясения часто вызывают цунами , которые могут разрушить поселения за тысячи километров от них. К регионам, наиболее подверженным риску больших человеческих жертв, относятся те, где землетрясения относительно редки, но мощны, а также бедные регионы со слабыми, несоблюдаемыми или несуществующими сейсмическими строительными нормами.
Тектонические землетрясения происходят в любом месте на Земле, где имеется достаточно энергии упругой деформации, чтобы стимулировать распространение трещин вдоль плоскости разлома . Стороны разлома плавно и асейсмически движутся мимо друг друга только в том случае, если на поверхности разлома нет неровностей и неровностей , увеличивающих сопротивление трения. Большинство поверхностей разломов имеют такие неровности, что приводит к своеобразному прерывистому поведению . После блокировки разлома продолжающееся относительное движение между плитами приводит к увеличению напряжения и, следовательно, к накоплению энергии деформации в объеме вокруг поверхности разлома. Это продолжается до тех пор, пока напряжение не поднимется настолько, чтобы прорваться через неровность, внезапно позволяя скользить по заблокированной части разлома, высвобождая накопленную энергию . [8] Эта энергия высвобождается в виде комбинации излучаемых сейсмических волн упругой деформации , [9] фрикционного нагрева поверхности разлома и растрескивания породы, что приводит к землетрясению. Этот процесс постепенного нарастания деформации и напряжения, перемежающийся случайными внезапными землетрясениями, называется теорией упругого отскока . По оценкам, только 10 процентов или менее от общей энергии землетрясения излучается в виде сейсмической энергии. Большая часть энергии землетрясения используется для обеспечения роста трещин или преобразуется в тепло, выделяемое при трении. Следовательно, 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, каждый из которых может вызвать межплитное землетрясение : нормальный, взброс (надвиг) и сдвиг. Нормальные и взбросовые разломы являются примерами падения-сдвижения, когда смещение по разлому происходит в направлении падения и движение по ним включает вертикальную составляющую. Многие землетрясения вызваны движением по разломам, которые имеют как сдвиговые, так и сдвиговые компоненты; это известно как косое скольжение. Самая верхняя, хрупкая часть земной коры и холодные плиты тектонических плит, спускающиеся в горячую мантию, — единственные части нашей планеты, способные накапливать упругую энергию и высвобождать ее при разломах. Породы с температурой более 300 ° C (572 ° F) текут в ответ на напряжение; они не разрушаются при землетрясениях. [11] [12] Максимальная наблюдаемая длина разрывов и нанесенных на карту разломов (которые могут сломаться в результате одного разрыва) составляет примерно 1000 км (620 миль). Примерами являются землетрясения на Аляске (1957 г.) , Чили (1960 г.) и Суматре (2004 г.) , все в зонах субдукции. Самые продолжительные землетрясения на сдвиговых разломах, таких как разлом Сан-Андреас ( 1857 , 1906 гг. ), Северо-Анатолийский разлом в Турции ( 1939 г. ) и разлом Денали на Аляске ( 2002 г. ), составляют примерно от половины до одной трети продолжительности длины по краям погружающихся плит и вдоль нормальных разломов еще короче.
Нормальные разломы возникают в основном в областях, где земная кора расширяется, например , на расходящейся границе . Землетрясения, связанные с сбросами, обычно имеют магнитуду менее 7 баллов. Максимальные магнитуды вдоль многих сбросов 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 балла). ми). [13] [14]
Взбросы возникают в областях, где земная кора укорачивается, например , на сходящейся границе. Взбросы, особенно вдоль границ сходящихся плит , связаны с наиболее мощными землетрясениями, меганадвиговыми землетрясениями , включая почти все землетрясения магнитудой 8 и более. На меганадвиговые землетрясения приходится около 90% общего сейсмического момента, возникающего во всем мире. [15]
Сдвиги представляют собой крутые структуры, в которых две стороны разлома скользят горизонтально мимо друг друга; Границы трансформ представляют собой особый тип сдвигов. Сдвиги, особенно континентальные преобразования , могут вызывать сильные землетрясения силой до 8 баллов. Сдвиги, как правило, ориентированы почти вертикально, в результате чего ширина хрупкой коры составляет около 10 км (6,2 мили). [16] Таким образом, землетрясения с магнитудой намного больше 8 невозможны.
Кроме того, существует иерархия уровней напряжений в трех типах разломов. Надвиги порождаются самыми высокими, сдвиговые – средними, а сбросовые – самыми низкими уровнями напряжений. [17] Это легко понять, рассмотрев направление наибольшего главного напряжения, направление силы, которая «толкает» горную массу во время разломов. В случае нормальных разломов горная масса смещается вниз в вертикальном направлении, поэтому толкающая сила ( наибольшая главная нагрузка) равна весу самой горной массы. В случае надвига горный массив «убегает» в направлении наименьшего главного напряжения, а именно вверх, поднимая горный массив, и, таким образом, вскрышные породы равны наименьшему главному напряжению. Сдвиговые нарушения занимают промежуточное положение между двумя другими типами, описанными выше. Эта разница в режиме напряжений в трех средах разломов может способствовать различиям в падении напряжений во время разломов, что способствует различиям в излучаемой энергии, независимо от размеров разломов.
На каждую единицу увеличения величины высвобождаемая энергия увеличивается примерно в тридцать раз. Например, землетрясение магнитудой 6,0 выделяет примерно в 32 раза больше энергии, чем землетрясение магнитудой 5,0, а землетрясение магнитудой 7,0 выделяет 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 происходит потому, что энергия, выделяемая при землетрясении, и, следовательно, его магнитуда, пропорциональны площади разрыва, который разрушается [19] и падению напряжения. Следовательно, чем больше длина и шире ширина области разлома, тем больше результирующая величина. Однако наиболее важным параметром, определяющим 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 велик. неглубокий, обычно около 10 градусов. [20] Таким образом, ширина плоскости в верхней хрупкой коре Земли может достигать 50–100 км (31–62 миль) ( Япония, 2011 г .; Аляска, 1964 г. ), что делает возможными самые мощные землетрясения.
Большинство тектонических землетрясений зарождается в Огненном кольце на глубинах, не превышающих десятков километров. Землетрясения, происходящие на глубине менее 70 км (43 миль), классифицируются как землетрясения с «мелким фокусом», а землетрясения с глубиной очага от 70 до 300 км (от 43 до 186 миль) обычно называются «среднефокусными» или «среднеглубинные» землетрясения. В зонах субдукции , где более старая и холодная океаническая кора опускается под другую тектоническую плиту, глубокие землетрясения могут возникать на гораздо больших глубинах (от 300 до 700 км (от 190 до 430 миль)). [21] Эти сейсмически активные области субдукции известны как зоны Вадати-Беньоффа . Глубокофокусные землетрясения происходят на глубине, где субдуцированная литосфера больше не должна быть хрупкой из-за высокой температуры и давления. Возможным механизмом генерации глубокофокусных землетрясений являются разломы, вызванные 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 о извержениях вулканов, как во время извержения горы Сент-Хеленс в 1980 году . [23] Рой землетрясений может служить маркером местоположения текущей магмы по вулканам. Эти рои можно регистрировать сейсмометрами и наклономерами (устройствами, измеряющими уклон земли) и использовать в качестве датчиков для прогнозирования неизбежных или предстоящих извержений. [24]
Тектоническое землетрясение начинается как область первоначального скольжения на поверхности разлома, образующего очаг. Как только разрыв начался, он начинает распространяться от очага, распространяясь по поверхности разлома. Латеральное распространение будет продолжаться до тех пор, пока разрыв не достигнет барьера, такого как конец сегмента разлома, или области на разломе, где напряжение недостаточно для продолжения разрыва. При более сильных землетрясениях глубина разрушения будет ограничена сверху хрупко-пластической переходной зоной и вверх поверхностью земли. Механика этого процесса плохо изучена, поскольку сложно ни воссоздать столь быстрые движения в лаборатории, ни зарегистрировать сейсмические волны вблизи зоны зарождения из-за сильных движений грунта. [25]
В большинстве случаев скорость разрушения приближается, но не превышает скорость поперечной волны (S-волны) окружающей породы. Из этого есть несколько исключений:
Известно, что разрывы сверхсдвиговых землетрясений распространяются со скоростью, превышающей скорость поперечной волны. До сих пор все они наблюдались во время крупных сдвигов. Необычно широкая зона повреждений, вызванная землетрясением в Куньлуне 2001 года, объясняется воздействием звукового удара , возникающего при таких землетрясениях.
Медленные землетрясения распространяются с необычно низкими скоростями. Особенно опасной формой медленного землетрясения является землетрясение-цунами , наблюдаемое там, где относительно низкая ощущаемая интенсивность, вызванная медленной скоростью распространения некоторых сильных землетрясений, не может предупредить население соседнего побережья, как при землетрясении Санрику 1896 года . [25]
Во время землетрясения в плоскости разлома могут развиться высокие температуры, что приведет к увеличению порового давления и, как следствие, к испарению грунтовых вод, уже содержащихся в породе. [27] [28] [29] На сейсмической фазе такое увеличение может существенно повлиять на эволюцию и скорость скольжения, на постсейсмической фазе оно может контролировать последовательность афтершоков , поскольку после основного события увеличение порового давления медленно распространяется на 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 смазочный эффект. Поскольку термическое избыточное давление может обеспечить положительную обратную связь между скольжением и падением прочности в плоскости разлома, общепринято мнение, что оно может повысить нестабильность процесса разлома. После главного толчка градиент давления между плоскостью разлома и соседней породой вызывает поток жидкости, который увеличивает поровое давление в окружающей сети трещин; такое увеличение может спровоцировать новые процессы разломов за счет реактивации соседних разломов, вызывая афтершоки. [30] [29] Аналогично, искусственное увеличение порового давления за счет закачки жидкости в земную кору может вызвать сейсмичность .
Приливы могут вызвать некоторую сейсмичность .
Большинство землетрясений составляют часть последовательности, связанной друг с другом с точки зрения местоположения и времени. [31] Большинство групп землетрясений состоят из небольших толчков, которые практически не причиняют ущерба, но существует теория, что землетрясения могут повторяться по регулярной схеме. [32] Группирование землетрясений наблюдалось, например, в Паркфилде, Калифорния, где вокруг кластера землетрясений Паркфилда проводится долгосрочное исследование . [33]
Афтершок – это землетрясение, которое происходит после предыдущего землетрясения, главного толчка. Быстрые изменения напряжения между горными породами и напряжение от первоначального землетрясения являются основными причинами этих афтершоков, [34] наряду с корой вокруг плоскости разлома , поскольку она приспосабливается к воздействию главного толчка. [31] Афтершок находится в том же регионе, что и основной толчок, но всегда имеет меньшую силу, однако он все же может быть достаточно мощным, чтобы нанести еще больший ущерб зданиям, которые уже ранее были повреждены от главного толчка. [34] Если афтершок сильнее основного толчка, афтершок переименовывается в главный толчок, а первоначальный главный толчок переименовывается в форшок . Афтершоки образуются, когда кора вокруг смещенной плоскости разлома приспосабливается к воздействию главного толчка. [31]
Рой землетрясений представляет собой последовательность землетрясений, произошедших в определенной области в течение короткого периода времени. 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 серии землетрясений является активность в Йеллоустонском национальном парке в 2004 году . [35] В августе 2012 года серия землетрясений потрясла Имперскую долину Южной Калифорнии , показав самую зарегистрированную активность в этом районе с 1970-х годов. [36]
Иногда серия землетрясений происходит в так называемом сейсмическом шторме , когда землетрясения поражают разломы группами, каждый из которых вызван сотрясением или перераспределением напряжений предыдущих землетрясений. Подобно афтершокам , но на соседних участках разлома, эти штормы происходят в течение многих лет, причем некоторые из более поздних землетрясений столь же разрушительны, как и ранние. Такая картина наблюдалась в последовательности примерно дюжины землетрясений, произошедших в Северо-Анатолийском разломе в Турции в XX веке, и была предположена для более древних аномальных групп 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 очень часто происходят 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, Турции, Новой Зеландии, Греции, Италии, Индии, Непале и Японии. [40] Более сильные землетрясения случаются реже, причем зависимость экспоненциальная ; например, происходит примерно в десять раз больше землетрясений силой более 4 баллов, чем землетрясений силой более 5 баллов. [41] В Соединенном Королевстве (с низкой сейсмичностью), например, было подсчитано, что средняя повторяемость составляет: землетрясение силой 3,7 балла. –4,6 каждый год, землетрясение магнитудой 4,7–5,5 каждые 10 лет и землетрясение магнитудой 5,6 или сильнее каждые 100 лет. [42] Это пример закона Гутенберга-Рихтера .
Число сейсмических станций увеличилось примерно с 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. По оценкам Геологической службы США (USGS), с 1900 года в среднем происходило 18 сильных землетрясений (магнитудой 7,0–7,9) и одно сильное землетрясение (магнитудой 8,0 или выше) в год, и что это среднее значение было относительно стабильным. . [43] В последние годы количество сильных землетрясений в год уменьшилось, хотя, вероятно, это скорее статистическое колебание, чем систематическая тенденция. [44] Более подробную статистику о размере и частоте землетрясений можно получить в Геологической службе США. [45] В последнее время отмечен рост числа крупных землетрясений, что можно объяснить цикличностью периодов интенсивной тектонической активности, перемежающихся с более длительными периодами низкой интенсивности. Однако точные записи землетрясений начались лишь в начале 1900-х годов, поэтому категорично утверждать, что это так, пока рано. [46]
Большинство землетрясений в мире (90% и 81% крупнейших) происходят в подковообразной зоне длиной 40 000 километров (25 000 миль), называемой Тихоокеанским сейсмическим поясом, известной как Тихоокеанское огненное кольцо . которая по большей части ограничивает Тихоокеанскую плиту . [47] [48] Мощные землетрясения, как правило, происходят и вдоль границ других плит, например, вдоль Гималайских гор . [49]
В связи с быстрым ростом мегаполисов, таких как Мехико, Токио и Тегеран, в районах 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 , человеческая деятельность также может вызывать землетрясения. Деятельность как над землей, так и под землей может изменить напряжения и напряжения в земной коре, включая строительство резервуаров, добычу таких ресурсов, как уголь или нефть, а также закачку жидкостей под землю для утилизации отходов или гидроразрыва пласта . [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] , а исследования указывают на нефтяную промышленность штата как на причину других землетрясений в прошлом столетии. [53] В документе Колумбийского университета предполагается, что землетрясение магнитудой 8,0 в провинции Сычуань в 2008 году было вызвано нагрузкой от плотины Цзыпинпу , [54] хотя связь не была окончательно доказана. [55]
Инструментальные шкалы, используемые для описания силы землетрясений, начались со шкалы магнитуд Рихтера в 1930-х годах. Это относительно простое измерение амплитуды события, и в 21 веке его использование стало минимальным. Сейсмические волны распространяются через недра Земли и могут быть зарегистрированы сейсмометрами на больших расстояниях. Магнитуда поверхностных волн была разработана в 1950-х годах как средство измерения удаленных землетрясений и повышения точности измерения более крупных событий. Шкала моментной магнитуды 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-Спонхойера-Карника и шкала интенсивности Меркалли основаны на наблюдаемых эффектах и связаны с интенсивностью сотрясений.
Сотрясение Земли – обычное явление, с которым люди сталкивались с древнейших времен. До разработки акселерометров сильных движений интенсивность сейсмического события оценивалась на основе наблюдаемых эффектов. Магнитуда и интенсивность не связаны напрямую и рассчитываются разными методами. Магнитуда землетрясения — это единственное значение, которое описывает размер землетрясения в его источнике. Интенсивность — это мера сотрясений в различных местах вокруг землетрясения. Значения интенсивности варьируются 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 (см. Шкалы сейсмических магнитуд ) сохранили ключевую особенность, где каждая единица представляет собой десятикратную разницу в амплитуде сотрясений грунта и 32-кратную разницу в амплитуде землетрясений. кратная разница в энергии. Последующие шкалы также корректируются так, чтобы иметь примерно одно и то же числовое значение в пределах шкалы. [57]
Хотя средства массовой информации обычно сообщают о магнитудах землетрясений как «магнитуду Рихтера» или «шкалу Рихтера», стандартная практика большинства сейсмологических органов состоит в том, чтобы выражать силу землетрясения по шкале моментной магнитуды , которая основана на фактической энергии, выделяемой землетрясением. [58]
Каждое землетрясение порождает различные типы сейсмических волн, которые проходят через горные породы с разными скоростями:
Скорость распространения сейсмических волн через твердые породы колеблется от ок. От 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 Р-волны распространяются гораздо быстрее, чем S-волны (приблизительное соотношение 1,7:1). Разница во времени пути от эпицентра до обсерватории является мерой расстояния и может использоваться для изображения как источников землетрясений, так и структур внутри Земли. Кроме того, можно примерно вычислить глубину гипоцентра .
Скорость P-волны
Скорость S-волн
В результате первые волны далекого землетрясения достигают обсерватории через мантию Земли.
В среднем километровое расстояние до землетрясения равно количеству секунд между P- и S-волной, умноженному на 8 . [59] Небольшие отклонения вызваны неоднородностями строения недр. Путем такого анализа сейсмограмм ядро Земли было обнаружено в 1913 году Бено Гутенбергом .
S-волны и более поздние поверхностные волны наносят больший 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, вперед и назад. [60]
Землетрясения классифицируются не только по силе, но и по месту, где они происходят. Мир разделен на 754 региона Флинн-Энгдал (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 более крупным регионам FE.
Стандартные отчеты о землетрясениях включают в себя магнитуду , дату и время возникновения, географические координаты эпицентра , глубину эпицентра, географический регион, расстояния до населенных пунктов, неопределенность местоположения, несколько параметров, которые включены в отчеты Геологической службы США о землетрясениях (количество станций, сообщающих о землетрясениях). , количество наблюдений и т. д.) и уникальный идентификатор события. [61]
Хотя для обнаружения землетрясений традиционно использовались относительно медленные сейсмические волны, в 2016 году ученые поняли, что гравитационные измерения могут обеспечить мгновенное обнаружение землетрясений, и подтвердили это, проанализировав гравитационные записи, связанные с землетрясением Тохоку-Оки («Фукусима») 2011 года. [62] [63]
Последствия землетрясений включают, помимо прочего, следующее:
Сотрясения и разрывы грунта являются основными последствиями землетрясений, которые в основном приводят к более или менее серьезным повреждениям зданий и других жестких конструкций. Тяжесть местных последствий зависит от сложной комбинации магнитуды землетрясения , расстояния от эпицентра и местных геологических и геоморфологических условий, которые могут усиливать или уменьшать распространение волн . [64] Сотрясение грунта измеряется ускорением грунта .
Специфические местные геологические, геоморфологические и геоструктурные особенности могут вызывать сильные сотрясения земной поверхности даже от землетрясений низкой интенсивности. Этот эффект называется локальной амплификацией. В основном это связано с переносом сейсмического движения от твердых глубоких грунтов к мягким поверхностным грунтам и эффектами фокусировки сейсмической энергии вследствие типичного геометрического положения таких отложений.
Разрыв грунта — это видимое разрушение и смещение земной поверхности по трассе разлома, которое в случае сильных землетрясений может достигать нескольких метров. Разрыв грунта является основным риском 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 конструкции. [65]
Разжижение почвы происходит, когда из-за сотрясения насыщенный водой сыпучий материал (например, песок) временно теряет прочность и переходит из твердого состояния в жидкость. 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 из -за разжижения почвы многие здания провалились под землю и в конечном итоге рухнули сами собой. [66]
Физический ущерб от землетрясения будет варьироваться в зависимости от интенсивности сотрясений в данном районе и типа населения. Незаслуженные и развивающиеся сообщества часто испытывают более серьезные (и более продолжительные) последствия сейсмического явления по сравнению с хорошо развитыми сообществами. [67] Воздействия могут включать:
В результате этих и других воздействий последствия могут привести к болезням, отсутствию предметов первой необходимости, психическим последствиям, таким как приступы паники и депрессии, [68] и более высоким страховым взносам. Время восстановления будет варьироваться в зависимости от уровня ущерба, а также социально-экономического статуса пострадавшего сообщества.
Землетрясения могут вызвать нестабильность склонов, что приведет к оползням, что является серьезной геологической опасностью. Опасность оползня может сохраняться, пока сотрудники службы экстренной помощи пытаются провести спасательные работы. [69]
Землетрясения могут вызвать пожары из-за повреждения линий электропередачи или газопровода. В случае разрыва водопровода и потери давления также может оказаться затруднительным остановить распространение пожара после его начала. Например, больше смертей при землетрясении в Сан-Франциско в 1906 году было вызвано пожаром, чем само землетрясение. [70]
Цунами — это длинноволновые морские волны с длительным периодом, возникающие в результате внезапного или резкого движения больших объемов воды, в том числе при землетрясении на 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 движутся со скоростью 600–800 километров в час (373–497 миль в час), в зависимости от глубины воды. Большие волны, вызванные землетрясением или подводным оползнем, могут за считанные минуты захлестнуть близлежащие прибрежные районы. Цунами также могут распространяться на тысячи километров по открытому океану и сеять разрушения на дальних берегах через несколько часов после вызвавшего их землетрясения. [71]
Обычно субдукционные землетрясения магнитудой менее 7,5 не вызывают цунами, хотя были зафиксированы некоторые случаи этого. Большинство разрушительных цунами вызываются землетрясениями магнитудой 7,5 и более. [71]
Наводнения могут быть вторичными последствиями землетрясений в случае повреждения плотин. Землетрясения могут вызвать оползни на реках, которые разрушаются и вызывают наводнения. [72]
Местность ниже Сарезского озера в Таджикистане находится под угрозой катастрофического наводнения, если оползневая плотина , образовавшаяся в результате землетрясения и известная как Усойская плотина , обрушится во время будущего землетрясения. Прогнозы последствий предполагают, что наводнение может затронуть примерно пять миллионов человек. [73]
Прогнозирование землетрясений — это раздел науки сейсмологии, занимающийся определением времени, места и магнитуды будущих землетрясений в установленных пределах. [74] Было разработано множество методов для прогнозирования времени и места, в котором произойдут землетрясения. Несмотря на значительные исследовательские усилия сейсмологов , научно воспроизводимые прогнозы пока не могут быть сделаны на конкретный день или месяц. [75]
Хотя прогнозирование обычно считается разновидностью предсказания , прогнозирование землетрясений часто отличают от предсказания землетрясений . Прогнозирование землетрясений связано с вероятностной оценкой общей опасности землетрясений, включая частоту и силу разрушительных землетрясений в данном районе на протяжении многих лет или десятилетий. [76] Для хорошо изученных неисправностей можно оценить вероятность того, что сегмент может разорваться в течение следующих нескольких десятилетий. [77] [78]
Были разработаны системы предупреждения о землетрясениях , которые могут обеспечить региональное уведомление о происходящем землетрясении, но до того, как поверхность земли начнет двигаться, что потенциально позволяет людям в радиусе действия системы искать укрытие до того, как почувствуется воздействие землетрясения.
Цель сейсмической инженерии — предвидеть воздействие землетрясений на здания и другие конструкции и спроектировать такие конструкции так, чтобы минимизировать риск повреждения. Существующие конструкции могут быть модифицированы путем сейсмической модернизации , чтобы повысить их устойчивость к землетрясениям. Страхование от землетрясения может обеспечить владельцам зданий финансовую защиту от убытков в результате землетрясений. Стратегии управления чрезвычайными ситуациями могут использоваться правительством или организацией для снижения рисков и подготовки к последствиям.
Искусственный интеллект может помочь оценить здания и спланировать предупредительные мероприятия: экспертная система «Игорь » является частью мобильной лаборатории, которая поддерживает процедуры, ведущие к сейсмической оценке каменных зданий и планированию работ по их модернизации. Он успешно применялся для оценки зданий в Лиссабоне , Родосе , Неаполе . [79]
Люди также могут принять меры по обеспечению готовности, например, закрепить водонагреватели и тяжелые предметы, которые могут кого-то травмировать, определить места отключения коммунальных услуг и получить информацию о том, что делать, когда начнется тряска. Для территорий вблизи крупных водоемов готовность к землетрясению включает в себя возможность возникновения цунами, вызванного сильным землетрясением.
Со времени жизни греческого философа Анаксагора в V веке до нашей эры до XIV века нашей эры землетрясения обычно приписывались «воздуху (парам) в полостях Земли». [80] Фалес Милетский (625–547 гг. до н. э.) был единственным документально подтвержденным человеком, который считал, что землетрясения были вызваны напряжением между землей и водой. [80] Существовали и другие теории, в том числе убеждение греческого философа Анаксамина (585–526 до н.э.) о том, что короткие периоды засухи и влажности вызывают сейсмическую активность. Греческий философ Демокрит (460–371 до н.э.) обвинял воду в целом в землетрясениях. [80] Плиний Старший называл землетрясения «подземными грозами». [80]
В скандинавской мифологии землетрясения объяснялись жестокой борьбой бога Локи . Когда Локи, бог зла и раздора, убил Бальдра , бога красоты и света, он был наказан тем, что был связан в пещере с ядовитой змеей, помещенной над его головой, истекающей ядом. Жена Локи Сигюн стояла рядом с ним с чашей, чтобы собрать яд, но всякий раз, когда ей приходилось опорожнять чашу, яд капал Локи на лицо, заставляя его отдергивать голову и биться о свои оковы, от чего земля тряслась. [81]
В греческой мифологии Посейдон был причиной и богом землетрясений. Когда он был в плохом настроении, он ударял трезубцем по земле , вызывая землетрясения и другие бедствия. Он также использовал землетрясения, чтобы наказать и вселить страх в людей в качестве мести. [82]
В японской мифологии Намазу (鯰) — гигантский сом , вызывающий землетрясения. Намазу живет в иле под землей, и его охраняет бог Касима , который удерживает рыбу камнем. Когда Касима теряет бдительность, Намадзу мечется, вызывая сильные землетрясения. [83]
В современной массовой культуре изображение землетрясений сформировано памятью о разрушенных великих городах, таких как Кобе в 1995 году или Сан-Франциско в 1906 году . [84] Вымышленные землетрясения имеют тенденцию происходить внезапно и без предупреждения. [84] По этой причине рассказы о землетрясениях обычно начинаются с катастрофы и сосредотачиваются на ее непосредственных последствиях, как в « Короткой прогулке к дневному свету» (1972), «Рваный край » (1968) или «Афтершок: землетрясение в Нью-Йорке » (1999). [84] Ярким примером является классическая новелла Генриха фон Клейста « Землетрясение в Чили» , в которой описывается разрушение Сантьяго в 1647 году. В сборнике коротких художественных произведений Харуки Мураками « После землетрясения» изображены последствия землетрясения в Кобе в 1995 году.
Самым популярным одиночным землетрясением в художественной литературе является гипотетическое «Большое землетрясение», ожидаемое когда-нибудь от разлома Сан-Андреас в Калифорнии , как оно изображено в романах «Рихтер 10» (1996), «Прощай, Калифорния» (1977), 2012 (2009) и Сан-Андреас (2015). другие работы. [84] В широко включенном в антологию рассказе Джейкоба М. Аппеля «Сравнительная сейсмология » рассказывается о мошеннике, который убеждает пожилую женщину в неизбежности апокалиптического землетрясения. [85]
Современные изображения землетрясений в фильмах различаются в том смысле, что они отражают психологические реакции человека на реальную травму, которая может быть нанесена непосредственно пострадавшим семьям и их близким. [86] Исследования по реагированию на психические заболевания в случае стихийных бедствий подчеркивают необходимость осознавать различные роли потери семьи и ключевых членов сообщества, потери дома и привычного окружения, а также потери необходимых материалов и услуг для поддержания выживания. [87] [88] Особенно важно наличие взрослых, которые могут защитить, накормить и одеть детей после землетрясения, а также помочь им разобраться в том, что с ними произошло, особенно для детей. свое эмоциональное и физическое здоровье, чем простое раздача продовольствия. [89] Как это наблюдалось после других катастроф, связанных с разрушениями и человеческими жертвами, а также их изображений в средствах массовой информации, недавно наблюдавшихся во время землетрясения на Гаити в 2010 году , также важно не патологизировать реакции на потери и перемещения или нарушение государственного управления и услуг, а скорее, чтобы подтвердить эти реакции, поддержать конструктивное решение проблем и размышление о том, как можно улучшить условия пострадавших. [90]
Явления, подобные землетрясениям, наблюдались на других планетах (например, марсотрясения на Марсе) и на Луне (см. Лунотрясения ).
