План
1.   Общая характеристика.
2.    Сейсмические волны.
3.    Магнитуда и интенсивность землетрясений
4.    Катастрофические последствия.
5.    География распространения и прогнозирование.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

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 очагой 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 XIX 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 г. начал А. Перри (Франция). В 1850-х гг. Р. Малле (Ирландия) составил большой каталог землетрясений, а его подроб­ный отчет о землетрясении в Неаполе в 1857 г. стал одним из первых строго научных описаний сильных 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 давлении). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 г 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 испытаинями, 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 — около 13 км/с. Следующими регистрируются поперечные сейсмические волны, называемые так­же 8-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 Б-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) коротко- периодные колебания выражены слабее: для Р-волн характерны периоды от 1 до 10 с, а для 8-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 8 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.

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 8 представляют собой кривые, обращенные выпуклостью вниз (из-за того, что скорость движения волн больше на глубине). Траектории волн Р и 8 совпада­ют, хотя первые распространяются быстрее. Сейсмические станции, находя­щиеся вдали от эпицентра землетрясения, регистрируют не только прямые волны Р и 8, но также волны этих типов, уже отраженные один раз от повер­хности Земли — РР и 88 (или РК( и 8К,), а иногда — отраженные дважды — РРР и 888 (или РК, и 8К,).

Существуют также отраженные волны, которые проходят один отрезок пути как Р-волна, а второй, после отражения, — как 8-волна. Образующиеся обмен­ные волны обозначаются как Р8 или 8Р. 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, рК). Эти волны очень удобно использовать для опре­деления глубины очага землетрясения. На глубине 2900 км скорость Р-волн резко снижается от >13 км/с до >8 км/с; а 8-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 РсР и 8С8. 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 около 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. На сейсмограммах хорошо выделяются также волны, которые по пути от источника к ядру идут как волны 8, затем проходят сквозь ядро как волны Р, а при выходе волны снова преобразуются в тип 8. 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.

МАГНИТУДА И ИНТЕНСИВНОСТЬ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

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 г.). 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—2 балла. 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.
11-12 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 происшедшем землетрясе­нии становится известной именно его магнитуда, а не интенсивность. Магнитуда определяется по сейсмограммам даже на больших расстояниях от эпицентра.

КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно (в десятки раз) опережая извержения вулканов. Материальный ущерб одного разрушительного землетрясения мо­жет составлять сотни миллионов долларов. Число слабых землетрясений гораз­до больше, чем сильных. Так, из сотни тысяч землетрясений, ежегодно происхо­дящих на Земле, только единицы катастрофических.

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 г. в Сан-Франциско. При землетрясении в октябре 1915 г. в долине Плезант в Неваде на разломе образовался уступ длиной 35 км и высотой до 4,5 м. При землетрясении в мае 1940 г. 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 г. в эпи- центральной 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. 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. 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. Цунами наиболее часто опустошают побережья Тихого океана, как это произошло в 1933 г. в Японии и в 1952 г. на Камчатке.

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. Из огромного числа происходящих ежегодно земле­трясений только одно имеет магнитуду, равную или более 8, десять — 7-7,9, сто — 6-6,9. Всякое землетрясение с магнитудой свыше 7 может стать крупной катастрофой Однако оно может остаться и незамеченным, если произойдет в пустынном районе. Так, грандиозная природная катастрофа — Гоби-Алтайское землетрясение (1957 г.; магнитуда 8,5, интенсивность 11-12 баллов) — остается почти неизученной, хотя из-за огромной силы, малой глубины очага и отсут­ствия растительного покрова это землетрясение оставило на поверхности наи­более полную и многообразную картину (возникли 2 озера, мгновенно образо­вался огромный надвиг в виде каменной волны высотой до 10 м, максимальное смещение по сбросу достигло 300 м и т. п.). Территория шириной 50-100 км и длиной 500 км (как Дания или Голландия) была полностью разрушена

Если бы это землетрясение произошло в густонаселенном районе, число жертв могло измеряться миллионами. Последствия одного из самых сильных земле­трясений (магнитуда могла составлять 9), произошедшего в старейшем районе Европы — Лиссабоне — в 1755 г. и захватившего территорию свыше 2,5 млн км2, были столь грандиозны (погибло 50 тыс. из 230 тыс. горожан, в гавани выросла скала, прибрежное дно стало сушей, изменилось очертание побережья Португа­лии) и так поразили европейцев, что Вольтер откликнулся на него «Поэмой о гибели Лиссабона» (1756).

Общее число жертв землетрясений на планете за последние 500 лет состави­ло около 5 млн человек, почти половина из них приходится на Китай. Так, в 1556 г. в китайской провинции Шэньси при землетрясении с магнитудой 8,1 погибло 830 тыс. человек, в 1976 г. в районе Таншан к востоку от Пекина землетрясение с магнитудой 7,8 вызвало гибель 240 тыс. человек, по официаль­ным китайским данным (по данным американских сейсмологов, до 1 млн чело­век). Исключительно тяжелые последствия связаны также с землетрясениями в 1737 г. в Калькутте (Индия), когда погибло 300 тыс. человек, в 1908 г. в Месси­не (Италия) — 120 тыс. человек, в 1923 г. в Токио — 143 тыс. человек.

ГЕОГРАФИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

Большинство землетрясений сосредоточено в двух протяженных, узких зонах. Одна из них обрамляет Тихий океан, а вторая тянется от Азорских островов 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 острова до Камчатки и затем через Японские острова, Филиппины, Новую Гвинею и острова юго-западной части Тихого океана к Но­вой Зеландии и Антарктике.

Вторая зона от Азорских островов 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, в Северной Америке долина р. Св. Лаврентия и северо-восток США. Иногда в районах, которые принято считать неактивными, происходят сильные землетрясения, как, например, в Чарлстоне (шт. Южная , Каролина) в 1886 г.