Землетрус

Землетру́си (англ. earthquake, earth shock; нім. Erdbeben n) — короткотривалі, раптові струси земної кори, викликані перемінним переміщенням мас гірських порід у надрах Землі, чому сприяє порушення розтяжності осередку гірських порід і виникнення сейсмічних хвиль. У землетрусів є вогнище (гіпоцентр) та епіцентр землетрусу. Під час сильних землетрусів, на поверхні Землі часто виникають щілини, скиди, зсуви, цунамі; часом землетруси спричинюють великі руйнування (наприклад, 1988 року у Вірменії). Землетруси оцінюють по 12 бальній системі. Від одного до 5 балів майже не чутний землетрус, від 5 до 7 балів на верхніх поверхах багатоповерхівок гойдаються люстри, від 7 до 9 балів йдуть по стінах домів тріщини, від 9 до 12 руйнуються будинки.

Наслідки землетрусу на Алясці
Епіцентри землетрусів за період 1963—1998

Серед усіх стихійних лих, за даними ЮНЕСКО, землетруси займають перше місце у світі за заподіяною економічною шкодою і кількістю загиблих.

Класифікація

Залежно від причин і місця виникнення, землетруси поділяються на:

  • Тектонічні – обумовлені тектонічними силами земної кори. Вони і становлять переважну більшість землетрусів і характеризуються широкими площами та великою силою (високою бальністю);
  • Вулканічні – пов’язані з виверженням вулканів. Вони мають локальне поширення, але іноді досить велику силу;
  • Обвальні – породжені падінням великих масивів гірських порід. Такі землетруси характеризуються локальним характером і порівняно невеликою силою;
  • Моретруси
  • Техногенні або Антропогенні – пов’язані з діяльністю людини (заповнення водосховищ, гірничі роботи, підземні вибухи тощо);
  • Мегаземлетруси

Природа землетрусу
Глобальний рух тектонічних плит на основі даних GPS (НАСА)[1]

Виникнення землетрусу пов'язують переважно з тектонічними процесами. Земна кора з підстильним шаром верхньої мантії (літосфера) розділена на жорсткі блоки — тектонічні плити. Залежно від відносного руху плити або піднімають одна одну (як і при торосінні льодяних глиб), або розсовують краї стикання. У місцях їх зчленування виникає підвищене напруження, під дією якого й відбувається землетрус. Під час землетрусу відбувається швидке, раптове вивільнення потенційної пружної енергії у відносно локалізованій частині Землі. У товщі земних надр відбувається руйнування та розривання суцільності гірських порід, яке досягає в окремих випадках сотні кілометрів. Частина вивільненої енергії переходить у пружні коливання — сейсмічні хвилі, які, досягаючи земної поверхні, викликають коливання ґрунту, зокрема й руйнівні. Найінтенсивнішими та небезпечними для будівель є поздовжні і поперечні сейсмічні хвилі. Зміщення частинок у поздовжніх хвилях відбувається в напрямку їх поширення, перемінно стискуючи та розтягуючи речовину гірських порід. Поперечні хвилі здійснюють зсувні коливання упоперек свого руху. Поздовжні хвилі поширюються зі швидкістю 4…8 км/с, поперечні — 3…4,6 км/с, тому поздовжні хвилі завжди досягають поверхні Землі раніше поперечних[2].

Ділянку, де виникає процес руйнування та випромінювання сейсмічної енергії, називають вогнищем, або гіпоцентровою ділянкою. Початкова точка руйнування (розпорювання розриву) — гіпоцентр, його проєкція на земну поверхню — епіцентр. Більшість вогнищ землетрусів знаходяться у межах земної кори та верхній мантії Землі на глибині 2…70 км (поверхневі землетруси). На них припадає близько 75 % всієї виділеної сейсмічної енергії. Найглибші землетруси зареєстровано на глибині 700 км у Охотському морі, а також у районі западини Тонґа-Кермадек та Індонезії.

Землетруси характеризують часом виникнення, географічними координатами епіцентру (широтою та довготою), глибиною вогнища, виділеною енергією та сейсмічним впливом (інтенсивністю) на поверхні Землі[2].

Здебільшого сильні землетруси (магнітудою понад 5,5) оконтурюють великі літосферні блоки, утворюючи так звані сейсмічні пояси. Найактивнішими є Тихоокеанський і Середземноморсько-Трансазійський. У Тихоокеанському поясі виділяється близько 80 % всієї сейсмічної енергії Землі. Щорічно на Землі відбувається близько 1 млн землетрусів з них 100 землетрусів з магнітудою ≥ 6 і понад 12 з магнітудою ≥ 7, частина з яких призводить до великих руйнувань та людських жертв[2].

Найсильніші землетруси з початку XX століття
Наслідки землетрусу
Таблиця найсильніших землетрусів з початку ХХ століття
МісцеДата землетрусу Сила
землетрусу		 Координати
1.Спітак7 грудня 198810
1.Чилі 22 травня 1960 9,5 −38,24/-73,05
2.Протока Принца Вільяма, Аляска, США 28 березня 1964 9,2 61,02/-147,65
3.Біля західних берегів Півд. Суматри 26 грудня 2004 9,1 3,30/95,78
4.Камчатка 4 листопада 1952 9,0 52,76/160,06
5.Японія 11 березня 2011 8,9
6.Біля узбережжя Еквадору 31 січня 1906 8,8 1,0/-81,5
7.Рет острови, Аляска, США 13 жовтня 1963 8,7 51,21/178,50
8.Південна Суматра, Індонезія 28 березня 2005 8,6 2,08/97,01
9.Андреанові острови, Аляска, США 4 лютого 1965 8,6 51,56/-175,39
10.Ассам, Тибет 15 серпня 1950 8,6 28,5/96,5
11.Курильські острови 13 жовтня 1963 8,5 44,9/149,6
12.Банда море, Індонезія 1 лютого 1938 8,5 −5,05/131,62
13.Камчатка 3 лютого 1923 8,5

Поширення та історія
Землетруси магнітудою 8,0 і вище, починаючи від 1900. Об'єм бульбашки є пропорційний до числа жертв, спричинених цим землетрусом[3]

Землетруси захоплюють великі території і характеризуються: руйнуванням будівель і споруд, під уламки яких потрапляють люди; виникненням масових пожеж і виробничих аварій; затопленням населених пунктів і цілих районів; отруєнням газами при вулканічних виверженнях; ураженням людей і руйнуванням будівель уламками вулканічних гірських порід; ураженням людей і виникненням осередків пожеж у населених пунктах від вулканічної лави; провалом населених пунктів при обвальних землетрусах; руйнуванням і змиванням населених пунктів хвилями цунамі; негативною психологічною дією.

За історичний період землетруси не раз викликали руйнування і жертви. Протягом року на Землі від катастрофічних землетрусів у середньому гине близько 30 тисяч осіб. Лише за останні 400 років землетруси забрали 14 млн людських життів. Економічні збитки від катастроф сягають сотень мільярдів доларів США[2].

Найбільші землетруси за числом жертв:

  • 1290 р. в районі затоки Бохайвань (Китай) загинуло бл. 100.000 чол.,
  • 1556 р. в провінції Шеньсі — 830.000 чол.,
  • 1908 р. в Мессіні (Італія) — 120.000 чол.,
  • 1923 р. в Токіо — 143.000 чол.,
  • 1976 р. в Тяньшані (Китай) — бл. 240.000 чол.,
  • 1999 р. в Туреччині — бл. 40.000 чол.,
  • 2001 р. в Індії — бл. 30 000 чол.

Прогноз

У зв'язку з цим, одним з актуальних завдань є прогнозування місця і сили землетрусу, на основі спостережень за флуктуаціями полів Землі. Фундаментальніше завдання — прогнозування не лише місця і сили, але і часу землетрусу, вирішене тільки в декількох випадках. Землетруси можуть викликатися штучно (наприклад, ядерними вибухами).

Попередити землетруси точно поки що неможливо, хоча є низка факторів передбачення (провісників), наприклад, біофізичних.

Провісник землетрусу — одна з ознак ймовірного землетрусу у вигляді форшоків, деформацій земної поверхні, а також зміни параметрів геофізичних полів, складу і режиму підземних вод, стану і властивостей речовин, змін у поведінці тварин тощо в зоні його осередку[4].

Вимірювання сили та оцінювання впливів землетрусів

Для вимірювання, оцінювання й порівняння землетрусів за силою використовуються дві групи шкал: шкали магнітуд (наприклад, шкала Ріхтера) та декілька різновидів шкал інтенсивності (наприклад, шкали MSK-64 чи EMS-98).

Шкали магнітуд

Шкала магнітуд розрізняє сили землетрусів за величиною магнітуди, яка є відносною енергетичною характеристикою землетрусу. Існує декілька видів магнітуд і, відповідно, магнітудних шкал:

  • локальна магнітуда (ML або ML) — шкала Ріхтера;
  • магнітуда поверхневих хвиль (Ms);
  • магнітуда об'ємних хвиль (mb);
  • моментна магнітуда (Mw або MW) — шкала Канаморі.

Шкала Ріхтера та похідні від неї шкали
Шкала Ріхтера

Найпопулярнішою шкалою для оцінювання енергії землетрусів тривалий час була локальна шкала магнітуд Ріхтера.

Ч. Ріхтер у 1935 році запропонував для оцінювання сили землетрусу (у його епіцентрі) використовувати десятковий логарифм переміщення A (у мікрометрах) голки стандартного сейсмографа Вуда — Андерсона, розташованого на відстані не більшій за 600 км від епіцентру:

де f — коригувальна функція, що визначається по таблиці залежно від відстані до епіцентру.

Енергія землетрусу є приблизно пропорційною до , тобто зростання магнітуди на одиницю відповідає збільшенню амплітуди коливань у 10 разів та більшій приблизно у 32 рази енергії. Землетрус із магнітудою 2 є ледь відчутним, тоді як магнітуда 7 уже відповідає нижній межі руйнівних землетрусів, що охоплюють великі території.

Протягом наступних кількох десятків років шкала Ріхтера уточнювалася і приводилася у відповідність до нових спостережень. Зараз існує декілька похідних шкал, найважливішими з яких є:

Магнітуда об'ємних хвиль

де A — амплітуда коливань землі (у мікрометрах), T — період хвилі (у секундах), Q — поправка, що залежить від відстані до епіцентру D та глибини розташування осередку землетрусу h.

Магнітуда поверхневих хвиль

Ці шкали погано працюють для випадків потужних землетрусів — при M ~ 8 настає «насичення».

Моментна магнітуда

У 1977 році сейсмолог Хіро Канаморі з Каліфорнійського технологічного інституту запропонував[5] принципово іншу оцінку інтенсивності землетрусів, що базується на понятті сейсмічного моменту.

Сейсмічний момент землетрусу визначається як:

,

де μ — модуль зсуву гірських порід (величина порядку 30 Гпа); S — площа, на якій зауважені геологічні розломи; u — середнє зміщення уздовж розломів.

Отже, в одиницях SI сейсмічний момент має розмірність Па × м² × м = Н × м.

Магнітуда за Канаморі визначається як

[6]

де M0 — сейсмічний момент, виражений у дин × см (1 дина×см еквівалентна до 1 ерга, або 10−7 Н×м).

Шкала Канаморі добре узгоджується із згаданими вище шкалами при і краще підходить для оцінювання потужних землетрусів.

З 2002 року Геологічна служба США використовує саме моментну магнітуду для оцінювання сильних землетрусів.

Якщо у 1970-х—1980-х роках найсильнішим землетрусами в історії вважались землетрус біля узбережжя Еквадору (1906) і землетрус Санріку (1933) з ML=8,9 у обох[7][8], то з початку 21 століття таким вважається Великий чилійський землетрус з MW=9,5[9], тоді як його ML=8,4…8,5[7][10].

Інтенсивність землетрусів, яка оцінюється за пошкодженнями, які вони спричинили у населених місцевостях, не завжди корелює з оцінкою за магнітудою.

Шкали інтенсивності

Інтенсивність є якісною характеристикою землетрусу і вказує на характер та масштаб впливу землетрусу на поверхню землі, на людей, тварин, а також на природні та штучні споруди в районі землетрусу. У світі використовується декілька шкал інтенсивності, більшість яких є подальшим уточненням шакли Меркаллі:

Шкала Меркаллі

Основи шкали були закладені італійським вулканологом Джузеппе Меркаллі у період 1883—1902 років. Надалі Чарльз Ріхтер впровадив певні зміни у шкалу, після чого її почали називати модифікованою шкалою Меркаллі (ММ). Наразі модифікована шкала Меркаллі використовується переважно у США.

Шкала Медведєва-Шпонхоєра-Карніка (MSK-64)

12-бальна шкала Медведєва-Шпонхоєра-Карніка була розроблена у 1964 році й набула поширення у Європі й колишньому СРСР. MSK-64 регламентувалась ГОСТ 6249-52[11] і лежить в основі чинного у Росії СНиП II-7-81[12] й далі використовується у низці країн СНД. У Казахстані використовується СНиП РК 2.03-30-2006[13].

Європейська макросейсмічна шкала (EMS-98)

У 1996 році на XXV Генеральній Асамблеї Європейської сейсмологічної комісії (ЄСК) у Рейк'явіку було ухвалено резолюцію, що рекомендувала прийняти нову шкалу в країнах-членах Європейської сейсмологічної комісії. Європейська макросейсмічна шкала була ухвалена в 1998 році як оновлення тестової версії шкали 1992 року й отримала назву EMS-98. Ця шкала також є 12-бальною і може розглядатись як подальший розвиток шкали Меркаллі.

Шкала Японського метеорологічного агентства

Шкала Японського метеорологічного агентства застосовується для оцінювання інтенсивності сейсмічної події (землетрусу) в Японії. Шкала вважається 7-бальною, але фактично містить 10 рівнів (від 0 до 4, 5 «слабкий», 5 «сильний», 6 «слабкий», 6 «сильний» і 7)[14]. Одиниця сейсмічної інтенсивності носить назву «шіндо» (震度, у перекладі — «сейсмічна інтенсивність»).

Шкала сейсмічної інтенсивності за ДСТУ Б В.1.1-28:2010

В Україні для класифікації сейсмічної інтенсивності використовується 12-бальна шкала за ДСТУ Б В.1.1-28:2010[15]. Дана сейсмічна шкала розроблена у зв'язку з відміною в Україні шкали MSK-64 (ГОСТ6249-52) і необхідністю адаптації до Європейської макросейсмічної шкали EMS-98[16] для зближення національної нормативної бази будівельної галузі з європейською.

У даному стандарті таблиці з класами уразливості А, В, С, D, Е, F і ступенями пошкоджень будівель 1, 2, 3, 4 і 5, а також сейсмічна інтенсивність (від першого до дванадцятого балу), в основному, відповідають шкалі EMS-98.

Сейсмоактивність території України

Сейсмоактивні зони оточують Україну на південному заході і півдні. Ці зони: Закарпатська, Вранча, Кримсько-Чорноморська та Південно-Азовська. Жертв та значних руйнувань не зареєстровано. У сейсмічному плані найнебезпечнішими областями в Україні є Закарпатська, Івано-Франківська, Чернівецька, Одеська та Автономна Республіка Крим. У 1998 році в Україні сталося 2 землетруси — в Криму та Закарпатті. На теренах Закарпаття відзначаються осередки землетрусів з інтенсивністю 6—7 балів (за шкалою МСК-64) у зонах Тячів-Сигет, Мукачеве-Свалява. Закарпатська сейсмоактивна зона характеризується проявом землетрусів, що відбуваються у верхній частині земної кори на глибинах −12 км з інтенсивністю в епіцентрі 7 балів, що швидко затухає на близькій відстані. Шестибальні землетруси зафіксовані також у Прикарпатті (Буковина). Прикарпаття відчуває вплив району Вранча (Румунія). У 1974–1976 роках тут мали місце землетруси інтенсивністю від 3 до 5 балів.

Зона Вранча і її вплив на Україну

Унікальна на Європейському континенті сейсмоактивна зона Вранча розташована на ділянці стикування Південних (Румунія) та Східних (Українських) Карпат. В її межах осередки землетрусів розташовані в консолідованій корі, а також у верхній мантії на глибинах 80-160 км. Найбільшу небезпеку становлять такі, що виникають на великих глибинах. Вони спричиняють струси ґрунтів до 8-9 балів в епіцентрі в Румунії, Болгарії, Молдові. Глибокофокусність землетрусів зони Вранча обумовлює їх слабке затухання з відстанню, тому що більша частина України перебуває в 4-6-бальній ділянці впливу цієї зони. У ХХ ст. в зоні Вранча сталося 30 землетрусів з магнітудою 6,5 балів. Катастрофічні землетруси у 1940 та 1977 роках мали магнітуду 7. Південно-західна частина України, що підпадає під безпосередній вплив зони Вранча, потенційно може бути віднесена до 8-бальної зони. Потенційно сейсмічно небезпечною територією можна вважати також Буковину, де в 1950—1976 рр. зафіксовано 4 землетруси інтенсивністю 5-6 балів.

Сейсмічна небезпека Одеської області зумовлена осередками землетрусів у масиві гір Вранча та Східних Карпат у Румунії. Починаючи з 1107 року до сьогодні там мали місце 90 землетрусів з інтенсивністю 7-8 балів. Карпатські землетруси поширюються на значну територію. У 1940 році коливання відчувалися на площі 2 млн км. Кримсько-Чорноморська сейсмоактивна зона огинає з півдня Кримський півострів. Вогнища сильних корових землетрусів тут виникають на глибинах 20-40 км та 10-12 км на відстані 25-40 км від узбережжя з інтенсивністю 8-9 балів. Південне узбережжя Криму належить до регіонів дуже сейсмонебезпечних. За останні два століття тут зареєстровано майже 200 землетрусів від 4 до 7 балів. Південно-Азовська сейсмоактивна зона виділена зовсім недавно. У 1987 році було зафіксовано кілька землетрусів інтенсивністю 5-6 балів. Крім того, за палеосейсмотектонічними та археологічними даними встановлено сліди давніх землетрусів інтенсивністю до 9 балів з періодичністю близько одного разу на 1000 років. У платформовій частині України виділено ряд потенційно сейсмотектонічних зон з інтенсивністю 4-5,5 балів. На території Кримського півострова зафіксовано понад 30 землетрусів. Так, катастрофічний землетрус 1927 року мав інтенсивність 8 балів. За інженерно-сейсмічними оцінками, приріст сейсмічності на півдні України перевищує 1,5 бала, і у зв'язку з цим було визначено, що в окремих районах 30-50 % забудови не відповідає сучасному рівню сейсмічного та інженерного ризику.

Див. також

Примітки
  1. GNSS Time Series // Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology (англ.)
  2. Пустовітенко Б. Г. Енциклопедія сучасної України : у 30 т. / ред. кол. І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001­–2020. — ISBN 944-02-3354-X.
  3. USGS: Magnitude 8 and Greater Earthquakes Since 1900 Архівовано 2016-04-14 у Wayback Machine.
  4. ДСТУ 3994-2000 Безпека в надзвичайних ситуаціях. Надзвичайні ситуації природні. Чинники фізичного походження. Терміни та визначення.
  5. Hiroo Kanamori. The Energy Release in Great Earthquakes // J. of Geophysical Research. — July 10, 1977. — Т. 82, вип. 20. — С. 2981-2987.
  6. Короновский Н. В. Общая геология. — Книжный дом "Университет", 2016.
  7. Гир, Шах, 1988, с. 96.
  8. Эйби, 1982, с. 253-254.
  9. M 9.5 — Bio-Bio, Chile
  10. Эйби, 1982, с. 255.
  11. ГОСТ 6249-52. Шкала для определения силы землетрясения в пределах от 6 до 9 баллов. –MSK-64 — М.: Госстандарт СССР, 1952 (Держстандарт 6249-52. Шкала для визначення сили землетрусу в межах від 6 до 9 балів –MSK-64. — М.: Держстандарт СРСР, 1952).
  12. СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах
  13. СНиП РК 2.03-30-2006 Строительство в сейсмических районах
  14. Tables explaining the JMA Seismic Intensity Scale // Japan Meteorological Agency (англ.)
  15. ДСТУ Б В.1.1-28:2010 Шкала сейсмічної інтенсивності
  16. EuropeanmacroseismicscaleEMS-98. –Luxemburg: 1998. — 77 p. (Європейська макросейсмічна шкала EMS-98. –Люксембург: 1998. — 77 с.).

Джерела
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Гир Дж., Шах Х. Зыбкая твердь: Что такое землетрясение и как к нему подготовиться = Terra Non Firma. Understanding and Preparing for Earthquakes / Пер. с англ. д-ра физ.-мат. наук Н. В. Шебалина. — М. : Мир, 1988. — 220 с.
  • Эйби Дж. А. Землетрясения = Earthquakes. — М. : Недра, 1982. — 264 с.
  • Пустовитенко Б. Г., Кульчицкий В. Е., Горячун А. В. Землетрясения Крымско-Черноморского региона. — К. : Наукова думка, 1989. — 192 с.
  • Евсеев С. В. Землетрясения Украины. — К. : Изд-во АН УССР, 1965. — 75 с.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.