Землетрясения - страшное природное явление, которое может принести многочисленные беды. С ними связаны не только разрушения, из-за которых могут быть человеческие жертвы. Вызванные ими катастрофические волны цунами способны привести к еще более губительным последствиям.
Для каких районов земного шара землетрясения представляют наибольшую опасность? Для ответа на этот вопрос нужно посмотреть, где находятся активные сейсмические районы. Это зоны земной коры, которые отличаются большей подвижностью, чем окружающие их регионы. Они находятся на границах литосферных плит, где происходят столкновение или раздвижение крупных блоков Именно подвижки мощных пластов горных пород и вызывают землетрясения.
Сильные землетрясения или взрывы можно легко классифицировать. Чем сложнее сигналы, тем больше они покрываются возмущающими сейсмическими возмущениями Земли и чем меньше станций они захватывают. Основываясь на опыте на сегодняшний день, нижний предел для надежной идентификации составляет примерно 0, 5 единицы величин выше порога обнаружения и локализации.
Слабые события, которые регистрируются только на местных и региональных станциях, показывают совершенно иной вид сейсмограмм по сравнению с телескопическими регистрациями. Однако также можно определить идентификационные параметры для характеристики отдельных волновых групп. Только результаты для очага не могут быть переданы другим из-за различных геологических условий, но должны быть пересчитаны для каждого региона сердца. В этом отношении идентификация всех сейсмических событий, обнаруженных системой мониторинга в рамках договора о прекращении испытаний, требует значительных усилий, поскольку надежные заявления, как правило, возможны только путем определения и объединения нескольких параметров идентификации.
Опасные районы мира
На земном шаре выделяются несколько поясов, которые характеризуются большой частотой подземных ударов. Это сейсмически опасные районы. Первый из них принято называть Тихоокеанским кольцом, так как он занимает почти все побережье океана. Здесь часты не только землетрясения, но и извержения вулканов, поэтому часто применяют название "вулканическое" или "огненное" кольцо. Активность земной коры здесь определяется современными горообразовательными процессами.
В последнее время методы распознавания образов также используются для идентификации. Например, большое сходство сейсмических сигналов от конкретной области сердца используется для объяснения их происхождения и отделения от землетрясений. Различие между событием, идентифицированным как взрыв и химическим или ядерным характером, не может быть выполнено с помощью сейсмологических методов. Это особенно справедливо для ядерных разливов в так называемом диапазоне субритотонов, энерговыделение которых имеет порядок химических взрывов.
Это доказательство остается в конечном счете зарезервированным для метода измерения для определения радиоактивности. В связи с проверкой соглашения о прекращении испытаний неоднократно рассматривалось, может ли государство провести испытание ядерного оружия без предварительного уведомления и, таким образом, сможет подорвать соглашения. Идея воспламенения ядра разрывается, когда сильное землетрясение происходит, чтобы скрыть сейсмические волны взрывов как бы в случае естественного события, оказалось непригодным.
Второй крупный сейсмический пояс тянется вдоль высоких молодых гор Евразии от Альп и других гор Южной Европы и до Зондских островов через Малую Азию, Кавказ, горы Средней и Центральной Азии и Гималаи. Здесь также происходит столкновение литосферных плит, что и вызывает частые землетрясения.
Третий пояс тянется через весь Атлантический океан. Это Срединно-Атлантический хребет, являющийся результатом раздвижения земной коры. К этому поясу относится и Исландия, известная в первую очередь своими вулканами. Но и землетрясения здесь - явление отнюдь не редкое.
Случайные совпадения землетрясений и взрывов в прошлом показали, что массивы могут отделять сигналы от двух одновременно зарегистрированных событий из-за азимутальных различий и обнаруживать взрыв. Только если место взрыва было очень близко к эпицентру землетрясения, камуфляж может преуспеть. Однако, поскольку нельзя предсказать ни местоположение, ни время, ни силу землетрясения, масштабный эксперимент, такой как ядерный эксперимент, возможно, придется держать в готовности в течение многих лет.
Более реалистичным является сценарий проведения ядерного взрыва в обширной подземной пещере. Тогда ударная волна взрыва не будет разрушать окружающую скалу, но будет упруго деформироваться, в результате доля энергии, преобразуемой в сейсмические волны, будет значительно ниже, чем в случае демпфированного взрыва.
Сейсмически активные районы России
На территории нашей страны также случаются землетрясения. Сейсмически активные - это Кавказ, Алтай, горы Восточной Сибири и Дальнего Востока, Командорские и Курильские острова, о. Сахалин. Здесь могут случаться подземные толчки большой силы.
Можно вспомнить сахалинское землетрясение 1995 года, когда под обломками разрушенных зданий погибло две трети населения поселка Нефтегорск. После проведения спасательных работ было решено поселок не восстанавливать, а жителей переселить в другие населенные пункты.
Тем не менее, для подготовки и реализации развязанного основного распыления потребуется значительное время и технические усилия. По оценкам, полость диаметром более 30 метров и менее подходящая порода будет составлять более 70 метров, необходимо было бы полностью отделить один килотонный взрыв. Даже если бы можно было ввести такие пещеры без предупреждения, ни в коем случае нельзя гарантировать, что такой тест останется незамеченным. Кроме того, если бы сейсмические станции эксплуатировались вблизи районов, потенциально способных проводить развязанные взрывы, вероятность обнаружения была бы достаточно большой.
В 2012-2014 годы произошло несколько землетрясений на Северном Кавказе. К счастью, их очаги находились на большой глубине. Обошлось без жертв и серьезных разрушений.
Сейсмическая карта России
На карте видно, что наиболее опасные в сейсмическом отношении районы лежат на юге и востоке страны. При этом восточные части населены сравнительно слабо. А вот на юге землетрясения представляют гораздо больше опасности для людей, так как здесь плотность населения выше.
Разработка системы сейсмической проверки. Два года спустя группа предложила глобальную сеть сейсмического мониторинга, состоящую приблизительно из 50 станций. Существующее оборудование должно быть включено, но систематически улучшено и адаптировано к требованиям. Глобальная телекоммуникационная система мировой организации по метеорологии должна использоваться для передачи сейсмических параметров. Для сбора, обработки и обмена данными со странами-участницами были предоставлены специальные международные центры обработки данных.
Согласно тогдашнему обычному членству государства в политическом блоке, было задумано всего три центра данных. Знания, полученные в результате этих исследований, оказались решающими для улучшения и дальнейшего развития системы сейсмической проверки. Эта первая концепция системы построена на тех же принципах, которые сегодня применяются в сейсмологии для создания международного сейсмологического бюллетеня. Эксперимент доказал, что в принципе в течение нескольких дней может быть создан сейсмический бюллетень глобально распределенных станций, но он также выявил некоторые проблемы.
Иркутск, Хабаровск и некоторые другие крупные города оказываются в зоне опасности. Это активные сейсмические районы.
Антропогенные землетрясения
Сейсмически активные районы России занимают примерно 20% территории страны. Но это не значит, что остальная часть полностью застрахована от землетрясений. Толчки силой в 3-4 балла отмечаются даже далеко от границ литосферных плит, в центре платформенных областей.
Таким образом, четыре центра обработки данных полностью не управляли базами данных и процедурами и не создавали идентичные сейсмические бюллетени. Теоретические исследования возможностей локализации глобальной сети, состоящей из около 50 сейсмических станций, показывают, что желаемая точность может быть достигнута только с помощью дополнительных станций. По этой причине была предложена концепция двухслойной системы: 50 так называемых первичных станций, которым назначена фактическая задача обнаружения, непрерывно передавать свои измеренные значения через быстрые линии данных в Международный центр данных; сеть вторичных станций, чьи измеренные значения доступны по запросу, может, при необходимости, улучшить локализацию.
При этом с развитием хозяйства увеличивается возможность антропогенных землетрясений. Они чаще всего вызваны тем, что обрушивается кровля подземных пустот. Из-за этого земная кора как бы встряхивается, почти как при настоящем землетрясении. А пустот и полостей под землей становится все больше, ведь человек для своих нужд добывает из недр нефть и природный газ, выкачивает воду, строит шахты для добычи твердых полезных ископаемых... А подземные ядерные взрывы вообще сопоставимы с природными землетрясениями по своей силе.
Поэтому Международный центр данных несет ответственность за создание бюллетеней из измеренных значений, а также за хранение и распространение данных. Если государства желают независимой обработки, эта концепция может использоваться для предоставления выбранных сегментов данных или даже всего потока данных всех точек измерения. Национальные центры обработки данных отвечают за работу участвующих сейсмических станций соответствующей страны и выступают в качестве контакта для внешних пользователей.
Однако, по заключению соглашения о прекращении испытаний, это планирование было преодолено политической реальностью. Выполнение международной системы сейсмического мониторинга. В настоящее время оптимальными являются технические предпосылки для выявления нарушения договора. Но является ли система способной обнаруживать и идентифицировать каждый взрыв ядра, даже если он настолько мал?
Обрушение слоев горных пород само по себе может представлять опасность для людей. Ведь во многих районах пустоты образуются прямо под населенными пунктами. Последние события в Соликамске только подтвердили это. Но даже слабое землетрясение может привести к страшным последствиям, ведь в результате него могут разрушиться сооружения, находящиеся в аварийном состоянии, ветхое жилье, в котором продолжают жить люди... Также нарушение целостности слоев горных пород угрожает и самим шахтам, где могут произойти обвалы.
Несомненно, увеличив плотность станции, предел обнаружения можно было бы уменьшить почти произвольно, но только при огромных затратах. Сама конференция по разоружению не установила предела в силу наименьшего ядерного всплеска, который должен быть обнаружен, поскольку договор запрещает любые ядерные взрывы. Однако система должна быть политически достоверной и соответствующей задачам, не вызывая слишком больших затрат.
С этой точки зрения для глобальной сейсмической сети были созданы 50 первичных и 120 вторичных станций. Выбор сайтов основывался на конкретных критериях, таких как глобальное равновесие, сейсмическая активность региона, геологическое строение и разрушения сейсмических почв. Другая станция с участием Германии находится в Антарктике и является частью глобальной вторичной сети. Ученые из Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене создали там их; операция осуществляется в сотрудничестве с Южной Африкой.
Что делать?
Предотвращать такое грозное явление, как землетрясение, люди еще не могут. И даже точно предсказать, когда и где оно случится, тоже не научились. А значит, нужно знать, как можно уберечь себя и близких во время подземных толчков.
Людям, живущим в таких опасных районах, нужно всегда иметь план действий на случай землетрясения. Так как стихия может застать членов семьи в разных местах, должна быть договоренность о месте встречи после прекращения толчков. Жилище должно быть максимально обезопашено от падения тяжелых предметов, мебель лучше всего прикрепить к стенам и полу. Все жители должны знать, где можно срочно отключить газ, электричество, воду, чтобы избежать пожаров, взрывов и ударов током. Лестницы и проходы не должны загромождаться вещами. Документы и некоторый набор продуктов и предметов первой необходимости должен быть всегда под рукой.
Для расчета глобальной способности обнаружения первичных станций предполагалось, что по меньшей мере три из них обнаружили сейсмическое событие определенной величины с вероятностью 90 процентов. Если бы вероятность обнаружения составляла всего 60 процентов, коэффициент 0, 3 имел бы меньшие величины. Модельные расчеты показывают, что на континентах с большой вероятностью будет обнаружен пробой подземного ядерного оружия с взрывной энергией около одного килотона. Хотя вероятность обнаружения уменьшается для более низких интенсивностей заряда, потенциал тушения системы проверки считается достаточным для предотвращения нарушений контракта.
Начиная с детских садов и школ, население необходимо учить правильному поведению при стихийном бедствии, что повысит шансы на спасение.
Сейсмически активные районы России предъявляют особые требования как к промышленному, так и к гражданскому строительству. Сейсмостойкие здания сложнее и дороже строить, но затраты на их строительство - это ничто по сравнению со спасенными жизнями. Ведь в безопасности окажутся не только те, кто находится в таком здании, но и те, кто рядом. Не будет разрушений и завалов - не будет и жертв.
Также возможно рассчитать возможности всей сети для локализации, состоящей из первичных и вторичных станций, например, для событий величиной 4. В модельных расчетах не учитываются систематические ошибки, которые могут быть компенсированы путем калибровки сети. В этом отношении результаты модельных расчетов следует рассматривать как консервативную оценку емкости локализации сейсмической первичной и вторичной сети. По сравнению с другими расчетными расчетами, основанными на более благоприятных входных данных, результаты отличаются на 0, 5 единицы единиц.
Землетрясения – это колебания, сотрясения или смещения земной коры, вызванные глубинными тектоническими процессами. Землетрясения часто вызывают значительные разрушения городов (рис. 16) и приводят к человеческим жертвам.
Землетрясение возникает при внезапном освобождении энергии, которая долгое время накапливалась в результате тектонических процессов в относительно локализованных областях земной коры и верхней мантии.
Идентификационная способность сейсмической сети как инструмента для проверки соглашения о прекращении испытаний в настоящее время не поддается количественной оценке. Договаривающиеся государства по-прежнему несут ответственность за обоснование подозрений на основе данных системы проверки или на основе своих собственных выводов и требуют инспекции на месте. Для облегчения этой задачи Международный центр данных регулярно устанавливает идентификационные параметры, которые будут доступны для государств-участников, но без какой-либо оценки.
Область возникновения подземного толчка (очаг землетрясения) представляет собой определённый объём пород в толще Земли; в его пределах происходит высвобождение накопившейся энергии. В центре очага условно выделяется точка – гипоцентр , его проекция на поверхность Земли называется эпицентром .
При землетрясениях в очаге возникают упругие волны, которые распространяются с большой скоростью по всем направлениям. Достигая земной поверхности, они ощущаются людьми с различной степенью интенсивности. Под областью распространения понимается площадь, по которой распространяются колебания силой от 4 баллов и выше, т.е. такие, которые могут ощущаться непосредственно человеком. Б. Гуттенбергом и Ч Рихтером разработана шкала интенсивности землетрясений в связи с их энергией, так называемую абсолютную шкалу. Они предложили понятие интенсивности (магнитуде) землетрясений, которая изменяется в зависимости от максимальной амплитуды смещения частиц почвы, измеряемой с помощью сейсмографов на уловном расстоянии в 100 км от эпицентра. Самые слабые землетрясения в этой шкале имеют магнитуду 0, самые сильные – около 9. Эта шкала связана несложной зависимостью с энергией землетрясения, выделяющейся в очаге.
В будущем будут созданы национальные центры обработки данных для решения критических или подозрительных событий. В Германии это Федеральный институт геонаук и природных ресурсов в Ганновере. Дальнейшее расширение сейсмической сети и использование других технологий проверки обещают даже лучшие возможности для выявления критических событий. Прежде всего, сейсмические потрясения в Мировом океане выиграют от синергии с гидроакустическими процессами. На вопрос о том, в какой момент взрыва ядерного или химического происхождения в конечном итоге отвечает анализ данных измерений глобальной сети радионуклидов.
Рис. 16. Картины различных землетрясений
В течение длительного времени перед землетрясением в толще Земли накапливается энергия, растут упругие напряжения, и в некоторый момент эти напряжения превысят прочность горных пород, т. е. когда породы уже не могут сопротивляться внешним усилиям и разрушаются, происходит почти мгновенное смещение масс, разрыв, раздробление пород, подземный удар. При этом копившаяся длительное время потенциальная энергия освобождается, переходя в кинетическую, и количество освободившейся энергии можно измерить. Энергию землетрясений Е определяют в эргах. Считается, что очень слабое, только ощутимое землетрясение выделяет 10 15 эргов, а катастрофическое – 10 25 эргов. Лиссабонское землетрясение оценивается в 7·10 27 эргов.
Для низкой вероятности ядерного распыления в атмосфере доступна глобальная сеть, состоящая из 60 инфракрасных датчиков. Благодаря сочетанию различных технологий в ближайшем будущем будут созданы условия для эффективной проверки соглашения о прекращении ядерных испытаний, даже если многие технические и методологические проблемы еще предстоит решить.
В результате землетрясения на итальянском острове Искья погибло несколько человек. Спасатели ищут жертв. Эксперты теперь озадачивают, являются ли земные толчки только началом более сильной сейсмической активности. Итальянские новостные каналы отправили катастрофы в тупик. После землетрясения на острове Искья в нескольких километрах к западу от Неаполя они находились в кризисном режиме всю ночь. Это, конечно, относится и к самой Искье.
Изучение многочисленных землетрясений показало, что механизм возникновения толчка связан с внезапным и почти мгновенным перемещением масс вдоль какого-либо разлома: массы горных пород одного крыла смещаются в одном направлении, другого крыла – в другом, противоположном направлении. Такого рода смещения носят в механике наименование деформаций скалывания. Толчок, возникший в очаге, в форме упругих волн распространяется, постепенно ослабляясь, во все стороны от очага и, достигнув земной поверхности, производит эффект землетрясения. Известны сейсмические волны нескольких типов. Важнейшие из них следующие.
Продольные волны, Р . Они представляют собой волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой, со скоростью порядка нескольких километров в секунду (в зависимости от упругих свойств среды). Продольные волны возникают как реакция среды на изменение объёма (объёмная деформация). Они распространяются как в твёрдых, так и в жидких и газообразных средах. Частицы вещества при этом колеблются в направлении движения волны.
Поперечные волны, S . Они являются результатом реакции среды на изменение формы. Следовательно, они не могут распространяться в жидкой и газообразной средах, поскольку жидкие и газообразные вещества не сопротивляются изменению формы, которой они обладают (модуль сдвига μ=0). Частицы вещества при этом колеблются по преимуществу в направлении, перпендикулярном к направлению движения волн. Скорость распространения волн S меньше скорости волн Р в 1,7 раза.
Поверхностные волны (волны Релея),L. Они возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, жидкой и газообразной или твёрдой и газообразной под воздействием колебаний приходящих от очага землетрясений к этой границе. Они отличаются наименьшей скоростью, по сравнению с волнами Р и S, скоростью распространения и быстро затухают как с глубиной, так и с удалением от эпицентра, но в эпицентре могут повести к большим повреждениям.
Большинство землетрясений происходит на глубинах до 70 км, такие землетрясения называются поверхностными . Землетрясения, которые происходят на глубинах от 70 до 300 км, называют промежуточными , а глубже 300 км – глубокими . До сих пор не было зарегистрировано ни одного землетрясения глубже 720 км.
Различают сильные и слабые землетрясения: слабые землетрясения возникают повсеместно, но их общая энергия незначительна. Некоторые из них связаны с вулканической деятельностью. К сильным землетрясениям относят землетрясения с магнитудой более 5,5.
Землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические, обвальные . Ежегодно на планете происходят сотни тысяч землетрясений, из них одно катастрофическое и десять сильно разрушительных землетрясений. Последние отличаются чрезвычайно высокой энергией. Так, учёные подсчитали, что энергия землетрясений в высокогорной части Тибета 15.08 50 г была эквивалентна энергии взрыва 100 тыс. атомных бомб. Поэтому вполне естественно, что землетрясениям принадлежит первое место по причинённому экономическому ущербу и одно из первых мест по числу жертв. Наиболее известные катастрофические землетрясения XX века: Калифорнийское (1906 г., погибло 700 тыс.человек), Мессинское (1908 г., погибло 82 тыс.), Токийское (1923г., 140 тыс человек), Китайское (1976 г., около 150 тыс. человек), Мексиканское 91985 г., 10 тыс.), Армянское (1988 г., 25 тыс. человек), Турецкое (1999 г., 16 тыс. человек). В результате Армянского землетрясения оказались без крова 514 тыс. человек, сильно пострадали города Ленинакан, Кировокан, полностью разрушены г. Спитак и 58 сёл. Последствия землетрясения не устранены до сих пор.
В России к наиболее опасным сейсмическим районам относятся Кавказ, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин, Курильские острова, Камчатка. Постоянной угрозе разрушительных землетрясений подвержено 20 % территории страны.
Одним из сильнейших землетрясений в истории России стало Сахалинское – 27 мая 1995 года. Согласно официальным данным, общая площадь, которая подверглась катастрофическим сейсмическим толчкам, составила 215 тыс. км 2 , был полностью разрушен г. Нефтегорск, погибло около 2 тыс. человек.
Землетрясения являются важным экологическим фактором нарушения формирования среды, изменения структур и местообитаний биоценозов. Землетрясения вызывают в свою очередь и другие стихийные бедствия: цунами, лавины, сели, оползни, наводнения (из-за прорыва плотин), пожары (при разрушении нефтехранилищ и разрыве газопроводов), повреждение коммуникаций, линий электропередач, водоснабжения и канализации, аварии на химических предприятиях с истечением (разливом) сильнодействующих ядовитых веществ, а также на АЭС с утечкой (выбросом) радиоактивных веществ в атмосферу и др.
При оценке количества энергии, выделяющейся при землетрясении, рекомендовано применять единую 12-балльную шкалу MSK-64. В её основе лежит шкала магнитуд (М), с помощью которой измеряют изменяющуюся по определённому закону величину смещения почвы от эпицентра землетрясения к его краям под действием поверхностных упругих волн. Нулевой уровень магнитуды – это энергетический уровень такого землетрясения, энергия которого ниже энергии самого слабого, регистрируемого приборами землетрясения. За максимальный уровень магнитуды принята энергия возможного сильнейшего землетрясения, приблизительно равная 10 18 Дж и соответствующая энергии разрыва самых прочных пород земной коры.
В зависимости от интенсивности колебаний грунта на поверхности землетрясения подразделяются на: слабые (1-3 балла); умеренные (4 балла); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).
По изменению характерных свойств земли, а также необычному поведению живых организмов перед землетрясениями (они носят название предвестников) специалисты способны составлять приблизительные прогнозы. Такими предвестниками землетрясений являются:
Деформации земной коры, определяемые путём наблюдений из Космоса, или съёмки на поверхности Земли с помощью лазерных источников света. Внедрение в геологические и географические науки высокотехнологичных приборов GPS (Global Position System – Cистема Глобального Позиционирования) позволила решить многие вопросы в науках о Земле на более высоком уровне. Система Глобального Позиционирования внедрена во всём мире и используется геологами, географами, океанологами, сейсмологами, геофизиками, климатологами, биологами, почвоведами, работниками сельского хозяйства (для межевания почв и земель) и т.д. Полученные данные позволяют создать кинематическую модель горизонтальных движений и приступить к моделированию процессов современного деформирования с использованием этих данных для выявления эпицентров возможных землетрясений.
Изменение отношений скоростей распространения продольных и поперечных волн накануне землетрясений.
Изменение электросопротивления горных пород, колебание уровня грунтовых вод в скважинах.
Быстрый рост частоты слабых толчков.
Повышение концентрации радона в воде и др.
Во многих регионах России и за рубежом ведутся работы по предсказанию землетрясений с использованием самых различных показателей. На Северном Кавказе существует густая сеть скважин, где постоянно ведутся режимные гидрогеологические наблюдения и замеры изменений химического состава воды, содержаний радона и других элементов. В компьютерном варианте разработана программа предвестников землетрясений. По их данным были предсказаны несколько землетрясений на Кавказе и в Турции. На Камчатке по измерениям концентраций подпочвенного радона было предсказано 5 успешных прогнозов при одном пропуске сильного землетрясения 8 марта 1999 года. Там же на Камчатке по измерениям параметров высокочастотных сейсмических шумов из 14 землетрясений не было предсказано только 1. Это очень высокий процент прогноза. Имеются предсказания землетрясений по измерениям содержаний аргона в воде и почве.