Что такое землетрясение и причины. Причины возникновения землетрясений на планете земля. Кислотные дожди: причины и последствия

Содержание статьи

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ, колебания Земли, вызванные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с высокой скоростью в толще горных пород. Наиболее сильные землетрясения иногда ощущаются на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами (специальными высокочувствительными приборами) даже в противоположном полушарии. Район, где зарождаются колебания, называется очагом землетрясения, а его проекция на поверхность Земли – эпицентром землетрясения. Очаги большей части землетрясений лежат в земной коре на глубинах не более 16 км, однако в некоторых районах глубины очагов достигают 700 км. Ежедневно происходят тысячи землетрясений, но лишь немногие из них ощущаются человеком.

Упоминания о землетрясениях встречаются в Библии, в трактатах античных ученых – Геродота , Плиния и Ливия , а также в древних китайских и японских письменных источниках. До 19 в. большинство сообщений о землетрясениях содержало описания, обильно приправленные суевериями, и теории, основанные на скудных и недостоверных наблюдениях. Серию систематических описаний (каталогов) землетрясений в 1840 начал А.Перри (Франция). В 1850-х годах Р.Малле (Ирландия) составил большой каталог землетрясений, а его подробный отчет о землетрясении в Неаполе в 1857 стал одним из первых строго научных описаний сильных землетрясений.

Причины землетрясений.

Хотя уже с давних времен ведутся многочисленные исследования, нельзя сказать, что причины возникновения землетрясений полностью изучены. По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения

возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение – 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.

Вулканические землетрясения

происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясения

могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.

Сейсмические волны.

Колебания, распространяющиеся из очага землетрясения, представляют собой упругие волны, характер и скорость распространения которых зависят от упругих свойств и плотности пород. К упругим свойствам относятся модуль объемной деформации, характеризующий сопротивление сжатию без изменения формы, и модуль сдвига, определяющий сопротивление усилиям сдвига. Скорость распространения упругих волн увеличивается прямо пропорционально квадратному корню значений параметров упругости и плотности среды.

Продольные и поперечные волны.

На сейсмограммах эти волны появляются первыми. Раньше всего регистрируются продольные волны, при прохождении которых каждая частица среды подвергается сначала сжатию, а затем снова расширяется, испытывая при этом возвратно-поступательное движение в продольном направлении (т.е. в направлении распространения волны). Эти волны называются также Р- волнами, или первичными волнами. Их скорость зависит от модуля упругости и жесткости породы. Вблизи земной поверхности скорость Р -волн составляет 6 км/с, а на очень большой глубине - ок. 13 км/с. Следующими регистрируются поперечные сейсмические волны, называемые также S -волнами, или вторичными волнами. При их прохождении каждая частица породы колеблется перпендикулярно направлению распространения волны. Их скорость зависит от сопротивления породы сдвигу и составляет примерно 7 / 12 от скорости распространения Р- волн.

Поверхностные волны

распространяются вдоль земной поверхности или параллельно ей и не проникают глубже 80- 160 км. В этой группе выделяются волны Рэлея и волны Лява (названные по именам ученых, разработавших математическую теорию распространения таких волн). При прохождении волн Рэлея частицы породы описывают вертикальные эллипсы, лежащие в очаговой плоскости. В волнах Лява частицы породы колеблются перпендикулярно направлению распространения волн. Поверхностные волны часто обозначаются сокращенно как L -волны. Скорость их распространения составляет 3,2- 4,4 км/с. При глубокофокусных землетрясениях поверхностные волны очень слабые.

Амплитуда и период

характеризуют колебательные движения сейсмических волн. Амплитудой называется величина, на которую изменяется положение частицы грунта при прохождении волны по сравнению с предшествовавшим состоянием покоя. Период колебаний - промежуток времени, за который совершается одно полное колебание частицы. Вблизи очага землетрясения наблюдаются колебания с различными периодами – от долей секунды до нескольких секунд. Однако на больших расстояниях от центра (сотни километров) короткопериодные колебания выражены слабее: для Р -волн характерны периоды от 1 до 10 с, а для S -волн – немного больше. Периоды поверхностных волн составляют от нескольких секунд до нескольких сотен секунд. Амплитуды колебаний могут быть значительными вблизи очага, однако на расстояниях 1500 км и более они очень малы - менее нескольких микрон для волн Р и S и менее 1 см – для поверхностных волн.

Отражение и преломление.

Встречая на своем пути слои пород с отличающимися свойствами, сейсмические волны отражаются или преломляются подобно тому, как луч света отражается от зеркальной поверхности или преломляется, переходя из воздуха в воду. Любые изменения упругих характеристик или плотности материала на пути распространения сейсмических волн заставляют их преломляться, а при резких изменениях свойств среды часть энергии волн отражается (см . рис.).

Пути сейсмических волн.

Продольные и поперечные волны распространяются в толще Земли, при этом непрерывно увеличивается объем среды, вовлекаемой в колебательный процесс. Поверхность, соответствующая максимальному продвижению волн определенного типа в данный момент, называется фронтом этих волн. Поскольку модуль упругости среды возрастает с глубиной быстрее, чем ее плотность (до глубины 2900 км), скорость распространения волн на глубине выше, чем вблизи поверхности, и фронт волны оказывается более продвинутым вглубь, чем в латеральном (боковом) направлении. Траекторией волны называется линия, соединяющая точку, находящуюся на фронте волны, с источником волны. Направления распространения волн Р и S представляют собой кривые, обращенные выпуклостью вниз (из-за того, что скорость движения волн больше на глубине). Траектории волн Р и S совпадают, хотя первые распространяются быстрее.

Сейсмические станции, находящиеся вдали от эпицентра землетрясения, регистрируют не только прямые волны Р и S , но также волны этих типов, уже отраженные один раз от поверхности Земли - РР и SS (или РR 1 и SR 1), а иногда - отраженные дважды - РРР и SSS (или РR 2 и SR 2). Существуют также отраженные волны, которые проходят один отрезок пути как Р -волна, а второй, после отражения, - как S -волна. Образующиеся обменные волны обозначаются как РS или SР. На сейсмограммах глубокофокусных землетрясений наблюдаются также и другие типы отраженных волн, например, волны, которые прежде, чем достичь регистрирующей станции, отразились от поверхности Земли. Их принято обозначать маленькой буквой, за которой следует заглавная (например, рR ). Эти волны очень удобно использовать для определения глубины очага землетрясения.

На глубине 2900 км скорость P -волн резко снижается от >13 км/с до ~ 8 км/с; а S -волны не распространяются ниже этого уровня, соответствующего границе земного ядра и мантии. Оба типа волн частично отражаются от этой поверхности, и некоторое количество их энергии возвращается к поверхности в виде волн, обозначаемых как Р с Р и S с S . Р -волны проходят сквозь ядро, но их траектория при этом резко отклоняется и на поверхности Земли возникает теневая зона, в пределах которой регистрируются только очень слабые Р -волны. Эта зона начинается на расстоянии ок. 11 тыс. км от сейсмического источника, а уже на расстоянии 16 тыс. км Р -волны снова появляются, причем их амплитуда значительно возрастает из-за фокусирующего влияния ядра, где скорости волн низкие. Р -волны, прошедшие сквозь земное ядро, обозначаются РКР или Р ў . На сейсмограммах хорошо выделяются также волны, которые по пути от источника к ядру идут как волны S , затем проходят сквозь ядро как волны Р , а при выходе волны снова преобразуются в тип S. В самом центре Земли, на глубине более 5100 км, существует внутреннее ядро, находящееся предположительно в твердом состоянии, но природа его пока не вполне ясна. Волны, проникающие сквозь это внутреннее ядро, обозначаются как РКIКР или SКIКS (см . рис. 1).

Регистрация землетрясений.

Прибор, записывающий сейсмические колебания, называется сейсмографом, а сама запись - сейсмограммой. Сейсмограф состоит из маятника, подвешенного внутри корпуса на пружине, и записывающего устройства.

Одно из первых записывающих устройств представляло собой вращающийся барабан с бумажной лентой. При вращении барабан постепенно смещается в одну сторону, так что нулевая линия записи на бумаге имеет вид спирали. Каждую минуту на график наносятся вертикальные линии - отметки времени; для этого используются очень точные часы, которые периодически сверяют с эталоном точного времени. Для изучения близких землетрясений необходима точность маркировки - до секунды или меньше.

Во многих сейсмографах для преобразования механического сигнала в электрический используются индукционные устройства, в которых при перемещении инертной массы маятника относительно корпуса изменяется величина магнитного потока, проходящего через витки индукционной катушки. Возникающий при этом слабый электрический ток приводит в действие гальванометр, соединенный с зеркальцем, которое отбрасывает луч света на светочувствительную бумагу записывающего устройства. В современных сейсмографах регистрация колебаний ведется в цифровом виде с использованием компьютеров.

Магнитуда землетрясений

обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч.Ф.Рихтера, предложившего ее в 1935). Магнитуда землетрясения - безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения и некоторого стандартного землетрясения. Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине. Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

2 - самые слабые ощущаемые толчки;

4 1 / 2 - самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 - умеренные разрушения;

8 1 / 2 - самые сильные из известных землетрясений.

Интенсивность землетрясений

оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности. Для ретроспективной оценки балльности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения. В США оценка интенсивности обычно проводится по модифицированной 12-балльной шкале Меркалли.

1 балл . Ощущается немногими особо чувствительными людьми в особенно благоприятных для этого обстоятельствах.

3 балла . Ощущается людьми как вибрация от проезжающего грузовика.

4 балла . Дребезжат посуда и оконные стекла, скрипят двери и стены.

5 баллов . Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Незакрепленные предметы падают.

6 баллов . Ощущается всеми. Небольшие повреждения.

8 баллов . Падают дымовые трубы, памятники, рушатся стены. Меняется уровень воды в колодцах. Сильно повреждаются капитальные здания.

10 баллов . Разрушаются кирпичные постройки и каркасные сооружения. Деформируются рельсы, возникают оползни.

12 баллов . Полное разрушение. На земной поверхности видны волны.

В России и некоторых соседних с ней странах принято оценивать интенсивность колебаний в баллах МSК (12-балльной шкалы Медведева - Шпонхойера - Карника), в Японии - в баллах ЯМА (9-балльной шкалы Японского метеорологического агентства).

Интенсивность в баллах (выражающихся целыми числами без дробей) определяется при обследовании района, в котором произошло землетрясение, или опросе жителей об их ощущениях при отсутствии разрушений, или же расчетами по эмпирически полученным и принятым для данного района формулам. Среди первых сведений о произошедшем землетрясении становится известной именно его магнитуда, а не интенсивность. Магнитуда определяется по сейсмограммам даже на больших расстояниях от эпицентра.

Последствия землетрясений.

Сильные землетрясения оставляют множество следов, особенно в районе эпицентра: наибольшее распространение имеют оползни и осыпи рыхлого грунта и трещины на земной поверхности. Характер таких нарушений в значительной степени определяется геологическим строением местности. В рыхлом и водонасыщенном грунте на крутых склонах часто происходят оползни и обвалы, а мощная толща водонасыщенного аллювия в долинах деформируется легче, чем твердые породы. На поверхности аллювия образуются просадочные котловины, заполняющиеся водой. И даже не очень сильные землетрясения получают отражение в рельефе местности.

Смещения по разломам или возникновение поверхностных разрывов могут изменить плановое и высотное положение отдельных точек земной поверхности вдоль линии разлома, как это произошло во время землетрясения 1906 в Сан-Франциско. При землетрясении в октябре 1915 в долине Плезант в Неваде на разломе образовался уступ длиной 35 км и высотой до 4,5 м. При землетрясении в мае 1940 в долине Импириал в Калифорнии подвижки произошли на 55-километровом участке разлома, причем наблюдались горизонтальные смещения до 4,5 м. В результате Ассамского землетрясения (Индия) в июне 1897 в эпицентральной области высота местности изменилась не менее, чем на 3 м.

Значительные поверхностные деформации прослеживаются не только вблизи разломов и приводят к изменению направления речного стока, подпруживанию или разрывам водотоков, нарушению режима источников воды, причем некоторые из них временно или навсегда перестают функционировать, но в то же время могут появиться новые. Колодцы и скважины заплывают грязью, а уровень воды в них ощутимо меняется. При сильных землетрясениях вода, жидкая грязь или песок могут фонтанами выбрасываться из грунта.

При смещении по разломам происходят повреждения автомобильных и железных дорог, зданий, мостов и прочих инженерных сооружений. Однако качественно построенные здания редко разрушаются полностью. Обычно степень разрушений находится в прямой зависимости от типа сооружения и геологического строения местности. При землетрясениях умеренной силы могут происходить частичные повреждения зданий, а если они неудачно спроектированы или некачественно построены, то возможно и их полное разрушение.

При очень сильных толчках могут обрушиться и сильно пострадать сооружения, построенные без учета сейсмической опасности. Обычно не обрушиваются одно- и двухэтажные постройки, если у них не очень тяжелые крыши. Однако бывает, что они смещаются с фундаментов и часто у них растрескивается и отваливается штукатурка.

Дифференцированные движения могут приводить к тому, что мосты сдвигаются со своих опор, а инженерные коммуникации и водопроводные трубы разрываются. При интенсивных колебаниях уложенные в грунт трубы могут «складываться», всовываясь одна в другую, или выгибаться, выходя на поверхность, а железнодорожные рельсы деформироваться. В сейсмоопасных районах сооружения должны проектироваться и строиться с соблюдением строительных норм, принятых для данного района в соответствии с картой сейсмического районирования.

В густонаселенных районах едва ли не больший ущерб, чем сами землетрясения, наносят пожары, возникающие в результате разрыва газопроводов и линий электропередач, опрокидывания печей, плит и разных нагревательных приборов. Борьба с пожарами затрудняется из-за того, что водопровод оказывается поврежденным, а улицы непроезжими вследствие образовавшихся завалов.

Сопутствующие явления.

Иногда подземные толчки сопровождаются хорошо различимым низким гулом, когда частота сейсмических колебаний лежит в диапазоне, воспринимаемом человеческим ухом, иногда такие звуки слышатся и при отсутствии толчков. В некоторых районах они представляют собой довольно обычное явление, хотя ощутимые землетрясения происходят очень редко. Имеются также многочисленные сообщения о возникновении свечения во время сильных землетрясений. Общепринятого объяснения таких явлений пока нет. Цунами (большие волны на море) возникают при быстрых вертикальных деформациях морского дна во время подводных землетрясений. Цунами распространяются в океанах в пределах глубоководных зон океанов со скоростью 400–800 км/ч и могут вызвать разрушения на берегах, удаленных на тысячи километров от эпицентра. У близлежащих к эпицентру берегов эти волны иногда достигают в высоту 30 м.

При многих сильных землетрясениях помимо основных толчков регистрируются форшоки (предшествующие землетрясения) и многочисленные афтершоки (землетрясения, следующие за основным толчком). Афтершоки обычно слабее, чем основной толчок, и могут повторяться в течение недель и даже лет, становясь все реже и реже.

Географическое распространение землетрясений.

Большинство землетрясений сосредоточено в двух протяженных, узких зонах. Одна из них обрамляет Тихий океан, а вторая тянется от Азорских о-вов на восток до Юго-Восточной Азии.

Тихоокеанская сейсмическая зона проходит вдоль западного побережья Южной Америки. В Центральной Америке она разделяется на две ветви, одна из которых следует вдоль островной дуги Вест-Индии, а другая продолжается на север, расширяясь в пределах США, до западных хребтов Скалистых гор. Далее эта зона проходит через Алеутские о-ва до Камчатки и затем через Японские о-ва, Филиппины, Новую Гвинею и острова юго-западной части Тихого океана к Новой Зеландии и Антарктике.

Вторая зона от Азорских о-вов простирается на восток через Альпы и Турцию. На юге Азии она расширяется, а затем сужается и меняет направление на меридиональное, следует через территорию Мьянмы, острова Суматра и Ява и соединяется с циркумтихоокеанской зоной в районе Новой Гвинеи.

Выделяется также зона меньшего размера в центральной части Атлантического океана, следующая вдоль Срединно-Атлантического хребта.

Существует ряд районов, где землетрясения происходят довольно часто. К ним относятся Восточная Африка, Индийский океан и в Северной Америке долина р.Св. Лаврентия и северо-восток США.

По сравнению с мелкофокусными глубокофокусные землетрясения имеют более ограниченное распространение. Они не были зарегистрированы в пределах Тихоокеанской зоны от южной Мексики до Алеутских о-вов, а в Средиземноморской зоне - к западу от Карпат. Глубокофокусные землетрясения характерны для западной окраины Тихого океана, Юго-Восточной Азии и западного побережья Южной Америки. Зона с глубокофокусными очагами обычно располагается вдоль зоны мелкофокусных землетрясений со стороны материка.

Прогноз землетрясений.

Для повышения точности прогноза землетрясений необходимо лучше представлять механизмы накопления напряжений в земной коре, крипа и деформаций на разломах, выявить зависимости между тепловым потоком из недр Земли и пространственным распределением землетрясений, а также установить закономерности повторяемости землетрясений в зависимости от их магнитуды.

Во многих районах земного шара, где существует вероятность возникновения сильных землетрясений, ведутся геодинамические наблюдения с целью обнаружения предвестников землетрясений, среди которых заслуживают особого внимания изменения сейсмической активности, деформации земной коры, аномалии геомагнитных полей и теплового потока, резкие изменения свойств горных пород (электрических, сейсмических и т.п.), геохимические аномалии, нарушения водного режима, атмосферные явления, а также аномальное поведение насекомых и других животных (биологические предвестники). Такого рода исследования проводятся на специальных геодинамических полигонах (например, Паркфилдском в Калифорнии, Гармском в Таджикистане и др.). С 1960 работает множество сейсмических станций, оборудованных высокочувствительной регистрирующей аппаратурой и мощными компьютерами, позволяющими быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясений.

1. Где и отчего происходят землетрясения

2. Сейсмические волны и их измерение

3. Измерение силы и воздействий землетрясений

Шкала магнитуд

Шкалы интенсивности

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

4. Происходящее при сильных землетрясениях

5. Причины землетрясений

6. Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения

Техногенные землетрясения

Обвальные землетрясения

Землетрясения искусственного характера

7. Наиболее разрушительные землетрясения

8. О прогнозе землетрясений

9. Типы экологических последствий и землетрясений и их характеристика

Землетрясения — это подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Где и отчего происходят землетрясения

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Международная сеть наблюдений за землетрясениями регистрирует даже самые удаленные и маломощные из них.

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли.

Физико-химические процессы, происходящие вну­три Земли, вызывают изменения физического со­стояния Земли, объема и других свойств вещества. Это приводит к накапливанию упругих напряже­ний в какой-либо области земного шара. Когда уп­ругие напряжения превысят предел прочности ве­щества, произойдет разрыв и перемещение больших масс земли, которое будет сопровождаться сотрясе­ниями большой силы. Вот это и вызывает сотрясе­ние Земли — землетрясение.

Землетрясением так же обычно называют любое колебание земной поверхности и недр, какими бы причинами оно не вызывалось - эндогенными или антропогенными и какова бы ни была его интенсивность.

Землетрясения происходят на Земле не повсеме­стно. Они концентрируются в сравнительно узких поясах, приуроченных в основном к высоким горам или глубоким океаническим желобам. Первый из них — Тихоокеанский — обрамляет Тихий океан;

второй — Средиземнотрансазиатский — простирает­ся от середины Атлантического океана через бас­сейн Средиземного моря, Гималаи, Восточную Азию вплоть до Тихого океана; наконец, Атланто-арктичёский пояс захватывает срединный Атлан­тический подводный хребет, Исландию, остров Ян-Майен и подводный хребет Ломоносова в Арктике и т. д.

Землетрясения происходят также в зоне афри­канских и азиатских впадин, таких, как Красное море, озера Танганьика и Ньяса в Африке, Иссык-Куль и Байкал в Азии.

Дело в том, что высочайшие горы или глубокие океанические желоба в геологическом масштабе яв­ляются молодыми образованьями, находящимися в процессе формирования. Земная кора в таких областях подвижна. Подавляющая часть землетрясений связана с процессами горообразования. Такие зем­летрясения называют тектоническими. Ученые со­ставили специальную карту, на которой показано, какой силы землетрясения бывают или могут быть в разных районах нашей страны: в Карпатах, в Крыму, на Кавказе и в Закавказье, в горах Пами­ра, Копет-Дага, Тянь-Шаня, Западной и Восточной Сибири, Прибайкалье, на Камчатке, Курильских островах и в Арктике .

Бывают еще и вулканические землетрясения. Лава и раскаленные газы, бурлящие в недрах вул­канов, давят на верхние слои Земли, как пары ки­пящей воды на крышку чайника. Вулканические землетрясения довольно слабы, но продолжаются долго: недели и даже месяцы. Замечены случаи, когда они возникают до извержения вулканов и служат предвестниками катастрофы.

Сотрясения земли могут быть также вызваны об­валами и большими оползнями. Это местные об­вальные землетрясения.

Как правило, сильные землетрясения сопровож­даются повторными толчками, мощность которых постепенно уменьшается.

При тектонических землетрясениях происходят разрывы или перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли, называемом очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно достигает нескольких десятков километров, а в отдельных случаях и сотен километров. Уча­сток Земли, расположенный над очагом, где сила подземных толчков достигает наибольшей величи­ны, называется эпицентром.

Иногда нарушения в земной коре — трещины, сбросы — достигают поверхности Земли. В таких случаях мосты, дороги, сооружения оказываются разорванными и разрушенными. При землетрясении в Калифорнии в 1906 г. образовалась трещина про­тяженностью в 450 км. Участки дороги около тре­щины сместились на 5—6 м. Во время Гобийского землетрясения (Монголия) 4 декабря 1957 г. воз­никли трещины общей протяженностью 250 км. Вдоль них образовались уступы до 10 м. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опу­скаются и заливаются водой, а в местах, где уступы пересекают реки, появляются водопады.

В мае 1960 г. на Тихоокеанском побережье Юж­ной Америки, в Республика Чили, произошло несколько очень сильных и много слабых землетрясений. Самое сильное из них, в 11—12 баллов, наблюдалось 22 мая: в течение 1—10 секунд было израсходова­но колоссальное количество энергии, таившейся в недрах Земли. Такой запас энергия Днепрогэс мог­ла бы выработать лишь за много лет.

Землетрясение произвело тяжелые разрушения на большой территории. Пострадало более полови­ны провинций Республика Чили , погибло не менее 10 тыс. чело­век, и более 2 млн. осталось без крова. Разрушения охватили Тихоокеанское побережье на протяжении более 1000 км. Были разрушены крупные города — Вальдивия, Пуэрто-Монт и др. В результате чилий­ских землетрясений начали действовать четырнад­цать вулканов.

Когда очаг землетрясения находится под мор­ским дном, на море могут возникнуть огромные волны — цунами, которые иногда приносят разру­шений больше, чем само землетрясение. Волны, вы­званные 22 мая 1960 г. чилийским землетрясением, распространились по Тихому океану и достигли че­рез сутки противоположных его берегов. В Японии высота их достигла 10 м. Прибрежная полоса была затоплена. Суда, находившиеся у берегов, были вы­брошены на сушу, а часть построек унесена в океан.

Крупная катастрофа, постигшая человечество, случилась также 28 марта 1964 г. у побережья по­луострова Аляска. Это сильнейшее землетрясение разрушило г. Анкоридж, расположенный в 100 км от эпицентра землетрясения. Почва была вспахана серией взрывов и оползней. Крупные разрывы и пе­ремещения по ним блоков земной коры дна залива вызвали огромные морские волны, достигающие у побережья США 9—10 м высоты. Эти волны со ско­ростью реактивного самолета прошли вдоль побе­режья Канады и США , сметая все на своем пути.

Как же часто на Земле происходят землетрясе­ния? Современные точные приборы фиксируют ежегодно более 100 тыс. землетрясений. Но люди ощущают около 10 тыс. землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Оказывается, что сравнительно слабые землетря­сения излучают энергию упругих колебаний, рав­ную 1012 эрг, а самые сильные — до 10" эрг. При таком большом диапазоне практически удобнее пользоваться не величиной" энергии, а ее логариф­мом. На этом основана шкала, в которой энергети­ческий уровень самого слабого землетрясения (1012 эрг) принимают за ноль, а примерно в 100 раз более сильному соответствует единица; еще в 100 раз большему (в 10 000 раз большему по энергии, чем нулевое) соответствуют две единицы шкалы и т. д. Число в такой шкале называют магнитудой землетрясения и обозначают буквой М.

Таким образом, магнитуда землетрясения харак­теризует количество упругой энергии колебаний, выделяемых во все стороны очагом землетрясения. Эта величина" не зависит ни от глубины очага под земной поверхностью, ни от расстояния до пункта наблюдений. Например, магнитуда (М) Чилийского землетрясения 22 мая 1960 г. близка к 8,5, а Таш­кентского землетрясения 26 апреля 1966 г. — к 5,3.

Масштаб землетрясения и степень его воздействия на людей и природную среду (а также на рукотворные сооружения) можно определять разными показателями, а именно: величиной энергии, выделенной в очаге - магнитудой, силой колебаний и их воздействий на поверхности - интенсивностью в баллах, ускорениями, амплитудой колебаний, а также ущербом - социальным (людские потери) и материальным (экономические потери).

Максимально зарегистрированная магнитуда достигала значения М-8,9. Естественно, что высокоамплетудные землетрясения происходят очень редко -в отличии от средне- и маломагнитудных. Средняя частота землетрясений на земном шаре составляет:

Сила сотрясения, или сила проявления землетря­сения на земной поверхности, определяется балла­ми. Наиболее распространенной является 12-балль­ная шкала. Переход от неразрушительных к разру­шительным сотрясениям соответствует 7 баллам.

Сила проявления землетрясения на поверхности Земли в большей степени зависит от глубины оча­га: чем ближе очаг к поверхности Земли, тем сила землетрясения в эпицентре больше. Так, югослав­ское землетрясение в Скопле 26 июля 1963 г. с маг-нитудой на три-четыре единицы меньше, чем у чи­лийского землетрясения (энергия в сотни тысяч раз меньше), но с малой глубиной очага вызвало ката­строфические последствия. В городе 1000 жителей было убито и более 1/2 зданий разрушено. Разруше­ние на поверхности Земли зависит помимо энергии, выделившейся при.землетрясении, и глубины очага еще от качества грунтов. Наибольшие разрушения происходят на рыхлых, сырых и неустойчивых грунтах. Имеет значение и качество наземных по­строек.

Сейсмические волны и их измерение

Люди давно знали, что могут вызвать землетрясения своей деятельностью. Как только начали добывать полезные ископаемые из земли, появилась опасность камнепадов и обвалов в шахтах. /сайт/

В настоящее время землетрясения, вызванные людьми, происходят в гораздо больших масштабах. События последнего столетия показали, что добыча полезных ископаемых является лишь одним из многих видов промышленной деятельности, которая может вызвать достаточно крупные землетрясения, причинить значительный ущерб и привести к человеческим жертвам. Сейсмогенно опасными являются строительство плотин и водохранилищ, добыча нефти и газа, а также производство геотермальной энергии.

В связи с тем, что всё больше и больше видов промышленной деятельности признаются потенциально сейсмогенными, Nederlandse Aardolie Maatschappij BV, компания по добыче нефти и газа в Нидерландах, поручила нам провести всеобъемлющее исследование всех известных антропогенных землетрясений.

Мы собрали в одну целостную картину сотни частей головоломки, разбросанных в литературе и сказаниях многих народов. То, что многие виды производственной деятельности могут быть потенциально сейсмогенными, стало неожиданностью для многих учёных. По мере того, как масштабы промышленности увеличиваются, проблема спровоцированных людьми землетрясений тоже обостряется.

Кроме того, мы обнаружили, что, поскольку небольшие землетрясения могут вызвать более крупные, производственная деятельность может привести в редких случаях к очень большим разрушениям.

Как люди вызывают землетрясения

В рамках нашего исследования мы собрали базу данных о случаях, которые, по нашим сведениям, в полной мере актуальны. 28 января мы опубликуем эти данные, чтобы информировать общественность, стимулировать новые научные исследования в этой области и найти способ справиться с этим новым вызовом человеческой изобретательности.

Согласно Earth-Science Reviews, большинство спровоцированных землетрясений связаны с горнодобывающей деятельностью (37.4%), а также созданием искусственных водохранилищ (23.3%), с природной нефтью и газом (15%), геотермальными источниками (7.8%), закачиванием в пласт жидкости (5%), гидроразрывом пласта (3.9%), ядерными взрывами (3%), научными экспериментами (1.8%), извлечением подземных вод (0.7%), улавливанием и хранением двуокиси углерода (0.3%), строительством (0.3%).

Изначально технология добычи была примитивной. Шахты были небольшими и сравнительно неглубокими. Аварии случались редко и были незначительными.

Но современные шахты бывают более трёх километров в глубину и простираются на несколько километров от берега под океанским дном. Общий объём удалённой породы по всему миру составляет несколько десятков миллиардов тонн в год - это вдвое больше, чем 15 лет назад. При этом объём добычи удвоится в течение следующих 15 лет. Большая часть угля - основного топлива для индустрии - уже извлечена из неглубоких слоёв, и шахты должны стать больше и глубже, чтобы удовлетворить спрос.

По мере расширения шахт землетрясения стали происходить всё чаще и приносить всё больше ущерба. Сотни смертей произошли в угольных шахтах в течение последних нескольких десятилетий в результате землетрясений магнитудой до 6,1, которые были спровоцированы людьми.

Другие виды деятельности, которые могут вызвать землетрясения, включают возведение тяжёлых строительных объектов. Один из примеров - башня «Тайбэй 101» на Тайване. После начала строительства (1997 год) сейсмическая активность в Тайбэе усилилась, как полагают, из-за давления небоскрёба массой 700 тысяч тонн на малую площадь опорных свай.

Башня «Тайбэй 101» на Тайване. Фото: Wikipedia Commons

В начале XX века стало ясно, что заполнение крупных водохранилищ также может вызвать землетрясения. В 1967 году, всего через пять лет после того, как 32-километровое водохранилище Koyna в западном индийском штате Махараштра было заполнено, произошло землетрясение магнитудой 6,3. Погибли по меньшей мере 180 человек, была повреждена плотина.

Плотина Koyna в западном индийском штате Махараштра. Фото: Wikipedia Commons

На протяжении последующих десятилетий циклическая сейсмическая активность была связана с повышением и понижением уровня воды в водохранилищах. Землетрясения магнитудой больше 5 происходят там в среднем каждые четыре года. Около 170 водохранилищ во всём мире, как сообщается, вызывали сейсмическую активность.

Добыча нефти и газа стала причиной нескольких разрушительных землетрясений в Калифорнии. Эта отрасль становится все более сейсмогенной по мере того, как нефтяные и газовые месторождения истощаются.

Относительно новая технология добычи нефти и сланцевого газа - гидравлический разрыв пласта (ГРП), который по своей природе порождает небольшие землетрясения, так как в породах образуются трещины. Это может привести к крупному землетрясению.

Самое большое землетрясение, с магнитудой 4,6, вызванное гидроразрывом нефтеносного пласта, произошло в Канаде. В Оклахоме происходят одновременно и добыча нефти и газа, и удаление сточных вод, и гидроразыв пласта. Землетрясения силой до 5,7 балла раскачали небоскрёбы, которые были возведены задолго до появления такой неожиданной сейсмичности. Если подобное землетрясение произойдёт в Европе, то может ощущаться в столицах нескольких стран.

Наше исследование показало, что производство геотермального пара и воды было связано с землетрясением магнитудой 6,6 в Серро Прието, Мексика. Геотермальная энергия не является естественным ресурсом, возобновляемым в масштабе времени человеческой жизни, поэтому вода должна закачиваться под землю, чтобы обеспечить непрерывную подачу. Этот процесс, как представляется, ещё более сейсмогенный, чем производство. Есть многочисленные примеры землетрясений, вызванных закачкой воды в буровые скважины в Калифорнии.

Под землю закачиваются углекислый газ и природный газ, что также приводит к сейсмической активности. Недавний проект для хранения 25% природного газа в Испании на старом, заброшенном морском месторождении нефти привёл к немедленному увеличению сейсмической активности и землетрясениям магнитудой до 4,3. Из-за угрозы для общественной безопасности этот проект стоимостью $1,8 миллиарда закрыли.

Что это означает для будущего

В настоящее время землетрясения, вызванные крупными промышленными проектами, уже не вызывают удивления или отрицания. В 2008 году землетрясение магнитудой 8 произошло в провинции Сычуань в Китае, погибло около 90 000 человек. Оно опустошило более 100 городов, разрушило дома, дороги и мосты. Одной из причин считают заполнение резервуара плотины Цзипингпу, хотя это ещё предстоит доказать.

Знаменитая плотина «Три ущелья» в Китае, который в настоящее время потребляет 10 кубических миль воды, уже вызвала землетрясение силой 4,6 балла и находится под тщательным наблюдением.

Учёные говорят, что землетрясения могут произвести «эффект бабочки»: небольшие изменения могут стать последней каплей и вызвать крупные землетрясения.

Землетрясение силой 5 баллов высвобождает столько же энергии, сколько атомная бомба, сброшенная на Хиросиму в 1945 году. Землетрясение магнитудой 7 высвобождает столько энергии, сколько крупнейшее ядерное оружие - царь-бомба, испытанная Советским Союзом в 1961 году. Риск таких землетрясений, спровоцированных людьми, крайне мал, но последствия, если это произойдёт, будут чрезвычайно велики и могут привести к крупной катастрофе. Тем не менее, редкие и разрушительные землетрясения являются фактом на нашей планете, независимо от человеческой деятельности или её отсутствия.

Мы считаем, что единственным способом уменьшить силу потенциальных землетрясений является ограничение масштабов самих проектов. На практике это означало бы шахты и водохранилища меньших размеров, уменьшение добычи полезных ископаемых, нефти и газа, более мелкие скважины т.д. Должен быть найден баланс между растущей потребностью в энергии и ресурсах и уровнями риска, который приемлем в каждом отдельном проекте.

Землетрясение - мощное проявление внутренних сил Земли. Землетрясения, подземные удары и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами). В некоторых местах Земли Землетрясения происходят часто и иногда достигают большой силы, нарушая целостность грунта, разрушая здания и вызывая человеческие жертвы. Количество Землетрясения, ежегодно регистрируемых на земном шаре, исчисляется сотнями тысяч. Однако подавляющее их число относится к слабым, и лишь малая доля достигает степени катастрофы.

По проявлению на поверхности Земли, Землетрясения разделяются, согласно международной сейсмической шкале MSK-64, на 12 градаций - баллов. Мерой общей энергии волн служит магнитуда Землетрясения (М) - некоторое условное число, пропорциональное логарифму максимальной амплитуды смещения частиц почвы, эта величина определяется из наблюдений на сейсмических станциях и выражается в относительных единицах. Самое сильное Землетрясения имеет магнитуду не более 9.

Очаг землетрясения — точка разлома - может быть на поверхности Земли или на глубине до 700 км. Эпицентром землетрясения называют участок на поверхности Земли, расположенный прямо над очагом. Самые большие разрушения производят землетрясения, очаг которых расположен на глубине 10 км или менее. Обычно чем дольше длится промежуток между перемещениями по линии сброса, тем сильнее удар. Наука о землетрясениях (сейсмология) еще не развита настолько, чтобы точно предсказывать такие толчки.

Область возникновения подземного удара - очаг землетрясения - представляет собой некоторый объём в толще Земли, в пределах которого происходит процесс высвобождения накапливающейся длительное время энергии. В геологическом смысле очаг - это разрыв или группа разрывов, по которым происходит почти мгновенное перемещение масс. В центре очага условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений. От очага землетрясения во все стороны распространяются упругие сейсмические волны.

В момент сотрясения возникают три различные сейсмические волны:

первичная (толчок), вторичная (удар), продольная (поверхностная). Первичная и вторичная волны создаются в сейсмическом очаге, на глубине до 690 км. Они доходят до поверхности и создают сотрясение. На поверхности продолжают распространяться уже в виде продольных волн.

Вокруг эпицентра наблюдаются максимальные разрушения. За большим землетрясением обычно следует несколько «остаточных» толчков. Если очаг землетрясения расположен под морским дном, оно часто приводит к образованию цунами.

Разрушение зданий и сооружений;

Разрушение потенциально опасных объектов, нефте-и газопроводов;

Образование завалов, разрушение систем жизнеобеспечения и разломы земной коры

Очень опасны последствия землетрясений — оползни, разжижение грунтов, оседание грунтов, разрушение плотин и возникновение цунами.

Оползни бывают очень разрушительными, особенно в горах. Например, при возникновении оползня и лавины, причиной которых послужило землетрясении магнитудой 7,9 по шкале Рихтера у берегов Перу в 1970 году, частично был разрушен городок Ранрахирка, а городок Юнгай был сметен с лица земли.

От этой лавины, других оползней и разрушений глинобитных домов погибло около 67 тыс. человек. По словам очевидцев, высота лавины превышала 30 метров, а скорость ее была свыше 200 км/час.

Разжижение грунта происходят при определенных условиях. Грунт, обычно песчаный, должен быть насыщен водой, толчки должны быть достаточно продолжительными - 10-20 секунд и иметь определенную частоту. Почва при этих условиях переходит в полужидкое состояние, начинает течь, теряет свою несущую способность. Происходит разрушение дорог, трубопроводов, линий электропередач. Дома проседают, наклоняются и при этом могут не разрушаться.

Очень наглядным примером разжижения грунта могут служить последствия землетрясения вблизи города Ниигаты в Японии в 1964 году. Несколько четырехэтажных жилых домов, не получив видимых повреждений, сильно накренились. Движение происходило медленно. На крыше одного из домов находилась женщина, которая развешивала белье. Она подождала пока дом накренился, а затем спокойно спрыгнула с крыши на землю. Надо заметить, что не следует бояться того, что разжиженный грунт может поглотить человека. Плотность его намного больше плотности человеческого тела и по этой причине человек обязательно останется на поверхности, лишь в той или иной мере погрузившись в разжиженный грунт.

Последствием землетрясения может быть проседание грунта. Это происходит из-за уплотнения частиц при вибрации. Проседанию подвержены легко сжимаемые, или насыпные грунты.

К примеру, при Тянь-шаньском землетрясении в Китае в 1976 году произошли большие проседания грунта, особенно вдоль морского залива. При этом одна из деревень опустилась на 3 метра и, впоследствии, стала заливаться морем.

Тяжелейшим последствием землетрясений может явиться разрушение искусственных или естественных плотин. Возникающие при этом наводнения приносят дополнительные человеческие жертвы и разрушения.

Цунами, возникающие при землетрясениях под морским дном, причиняют разрушения и жертвы сопоставимые с последствиями землетрясений.

Действуйте немедленно, как только почувствуете колебания почвы или здания, главная опасность, которая вам угрожает – это падающие предметы и обломки

Быстро покиньте дом и отойдите от него на безопасное расстояние

Немедленно покиньте угловые комнаты, если вы находитесь выше второго этажа

Немедленно перейдите в более безопасное место, если вы находитесь в комнате. Встаньте в проеме внутренней двери или в углу комнаты, подальше от окон и тяжелых предметов

Не бросайтесь к лестнице или к лифту, если вы находитесь в высотном здании выше пятого этажа. Выход из сооружения будет наиболее заполнен людьми, а лифты выйдут из строя.

Вдали от высоких сооружений, путепроводов, мостов и линий электропередач

Министерство образования и науки Украины

Кафедра гражданской защиты

населения и территорий

Расчетно-графическая работа

По предмету «Гражданская защита»

Севастополь, 2009 г.

Землетрясения - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли. Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки - уменьшения упругих деформаций в объёме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии, накопленной в упругодеформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на неё:

1. Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;

2. Архимедовой силы, действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии;

3. Лунно-солнечных приливов;

4. Изменяющегося атмосферного давления.

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объёме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения, потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счёт сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения - афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения - форшоки - могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий.

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород, называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом - эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Модель землетрясения

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

· Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.

· Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).

Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США - Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе - Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии - шкала Шиндо (Shindo).

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Балл	Сила землетрясения	Краткая характеристика
1	Не ощущается.	Отмечается только сейсмическими приборами.
2	Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.
3	Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
4	Умеренное	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.
5	Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
6	Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
7	Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
8	Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются.
9	Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
10	Уничтожающее	Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
11	Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов.
12	Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает.

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Как предупредить землетрясение

Оказывается землетрясения можно предупредить. Для этого используется сеть с автоматическими датчиками. Расстояния между датчиками составляет около трех тысяч километров. Датчики регистрируют поле на тех частотах, на которых это поле чувствуют животные. Далее эти датчики передают всю информацию на центральный пункт. На центральном пункте все данные обрабатываются, что позволяет определить место и время будущего землетрясения.

Сегодня землетрясения уносят десятки тысяч жизней. Эта проблема существует почти повсеместно. Современные приборы могут определить начало катастрофы за пятнадцать секунд, что совсем не мало. Ведь за это время можно обесточить район бедствия.

Ранее встречались попытки использования животных, которые чувствуют приближение землетрясения за несколько часов до его начала. Также известен случай, когда человек определял время землетрясения с точностью до двух часов, чувствуя колебания почвы босыми ногами. Очень странно повела себя собака, которая не захотела возвращаться с прогулки домой и вела себя очень беспокойно. Землетрясение произошло, но люди, предупрежденные хозяином собаки, не пострадали. Как позже признался хозяин, собака уже пережила землетрясение на Камчатке, поэтому ее поведение его не удивило.

Ученые разных стран долгое время пытались выяснить, что чувствуют животные. В эксперименте принимали участие несколько собак, аквариумные рыбки и морской рак. Данные, полученные от животных в большинстве случаев подтверждались. Удалось даже предупредить несколько землетрясений.

В результате двухлетнего эксперимента была получена формула, с помощью которой датчики могут с поразительной точностью установить время и эпицентр землетрясения.

В ходе тестирования станции предупреждения было установлено, что ошибки, возникающие при установлении силы землетрясения, составляют примерно половину балла, а точно расположения эпицентра равна 98%.

Задача

Вследствие влияния землетрясения на промзону предприятия с одним зданием произошло полное его разрушение. КЧС объекта, штаб ликвидации, вместе со спасательными формированиями прибыли на место аварии, определены причины и масштабы разрушения здания. Аварийно-спасательные команды приступили к разработке завалов.

Комиссия по ЧС организует всестороннее обеспечение СиДНР, используя для этого финансовые и материальные резервы объекта. При их возможном недостатке осуществляет пополнение, по заявкам, подающимся на основании расчетов членов КЧС и служб ГЗН объекта через соответствующие службы КТЭБ и ЧС города.

Необходимо организовать работы и обеспечить материальными и производственными ресурсами.

Здание относится к зоне разрушения Д5 – полное разрушение здания в соответствии с международной модифицированной сейсмической шкале MMSK – 86. Количество людей под завалами 5 человек. Резервный фонд составляет 163 тыс. грн. Длина, ширина и высота здания 30м, 26м и 26м соответственно. Расстояние до полигона ТБО составляет 20км. Производственное здание смешанного типа.

Решение:

1) Определим параметры завала :

Азав. (длина завала) = 30м.

Азав. = 2L+A, где L – дальность разлета обломков.

L== 26/3= 8,7м.

Азав. = 2∙8,7м + 30м = 47,4м

Взав. (ширина завала) = 26м

Взав. = 2L+В = 2∙8,7м + 26м = 43,4м

h(высота завала)= γ*H/(100+K*H)=22*26/(100 + 0,5 * 26) = 572/113 = 5,1 м.

Определим структуру завала по весу обломков :

Таблица 1. СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО ВЕСУ ОБЛОМКОВ(%)

2) Определим структуру завала по составу строительных элементов :

Таблица 2. СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО СОСТАВУ ЭЛЕМЕНТОВ(%)

3) Расчет сил и средств:

Определяем количество групп для механизированного разбора завала по формуле

Nмр = W / P*T = 2308,1/ 15*72 = 2 группы

W зав = γ * Азав * Взав * h/ 100 = 22 *47,4*43,4*5,1/100 = 2308,1

Т = 72 часа - 3 смены по 8 часов, всего работы на 3 суток.

В одной группе механизированного разбора завала находится 20 человек. Необходимо следующее количество техники на 2 группы: 2 крана (10т), 4 грузовых КамАЗов, 2 бульдозера, 2 экскаватора, 2 осветительных станции, 2 компрессора и 2 электросиловых установки.

Каждой механизированной группе помогает разбирать завал и группы ручной разборки.

Звенья ручной разборки рассчитывают по формуле:

Np.p = n * k * N м.p

Np.p = 3 * 3 * 2 = 18 звеньев ручной разборки

18 * 5=90 человек ручной разборки, работающие посменно в течение 3 суток.

Рассчитаем материальные затраты на наем рабочей силы:

1 смена – 40 грн., питание - 25 грн. Следовательно:

Ручная разборка = 90 * (40+25) * 3 = 17550 грн.

Механизированная разборка = (3*40) * (40+25) * 3 = 23400 грн.

Итого материальных затрат: 17550 + 23400 = 40950 грн.

4) Рассчитаем расход топлива на технику:

Стоимость дизельного топлива 7 грн. за литр.

· Рассчитаем расходы на работу крана.

Кран предназначен для подъема обломков, вес которых больше 5т.

Процент работы крана = 90%

Рассчитаем общее время работы крана = 72ч. * 0,9 = 64,8 часов

Рассчитаем общее количество топлива, необходимое для крана на все время работы = 64,8ч * 8,4л/ч = 544,32 л

Определим общие денежные затраты на топливо для 2 кранов = 544,32*7*2 = 7620,48 грн.

· Рассчитаем расходы на работу бульдозера.

Общее время работы бульдозера = 72 часов

Рассчитаем общее денежные затраты на топливо для 2-х бульдозеров = 72ч * 35л/ч * 7грн * 2 = 35280 грн

· Рассчитаем денежные затраты на топливо для 2-х экскаваторов = 72ч * 14л/ч * 7грн * 2 = 14112 грн.

· Рассчитаем денежные затраты на топливо для 2-х осветительных станций = 7ч * 3 суток * 2л/ч * 7 грн. * 2 = 588 грн.

· Рассчитаем денежные затраты на топливо для 2-х компрессоров = 72ч * 6л/ч * 7грн * 2 = 6048 грн.

· Рассчитаем денежные затраты на топливо для 2-х электросиловых установок = 72ч * 2л/ч * 7грн * 2 = 2016 грн.

· Рассчитаем расходы на работу 4 грузовых КамАЗов.

Количество рейсов = Wзав. / 8 м3 = 2308,1/ 8 = 289 рейсов * 2 = 578 рейсов необходимо для разбора завала для 4 КамАЗов.

Составим пропорцию: 100 км – 44,5л, а 20км – Х, следовательно

Х = 20 * 44,5/100 =8,9 л ДТ необходимо для одного рейса до полигона ТБО.

Рассчитаем денежные затраты на топливо для 4 грузовых КамАЗов = 578 рейсов * 8,9 л * 7 грн = 36009,4 грн.

ИТОГО денежных затрат на топливо для техники = 7620,48 + 35280 + 14112 + 588 + 6048 + 2016 + 36009,4 = 101673,88 грн.

Общая сумма финансовых расходов для разбора завала составляет

= 101673,88 + 40950 = 142623,88 грн.

ВЫВОД: Учитывая, что резервный фонд составляет 163 000 грн, можно сделать следующий вывод, что в резервный фонд уложились, а это значит, что начальник финансового отдела организовал правильное проведение работ при завале здания. Но также еще и остались денежные средства в размере 20376,12 грн. (163000 – 142623,88). А эти оставшийся денежные средства можно потратить на дополнительную технику и рабочую силу, чтобы быстрее разобрать завал.