Читать книгу История аварий и катастроф - Александра Терешкова - Страница 7

Распределение землетрясений территориально неравномерно. Оно определяется перемещением и взаимодействием литосферных плит.

Известны два главных сейсмических пояса: Тихоокеанский, охватывающий кольцом берега Тихого океана и выделяющий до 80 % всей сейсмической энергии, и Средиземноморский.

При землетрясениях движение грунта носит волновой характер. Волны трех типов распространяются с различными скоростями: продольные, поперечные и поверхностные. Колебания грунта в сейсмических волнах возбуждают колебания зданий и сооружений, вызывая в них инерционные силы. При недостаточной прочности (сейсмостойкости) конструкций происходят их повреждения различной степени или разрушения.

Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется как интенсивными колебаниями грунта, так и вторичными факторами, к которым относятся: лавины, оползни, обвалы, опускание (просадка) и перекосы земной поверхности, разжижение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.

Землетрясения могут быть вызваны естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут быть обусловлены подъемом лавы при вулканических извержениях.

Землетрясения принадлежат к самым разрушительным природным силам. Самое могучее землетрясение может быть в десятки тысяч раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 г.

Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно опережая извержения вулканов. Большинство землетрясений длится лишь несколько секунд, но в отдельных случаях продолжительность подземных толчков превышает минуту. К примеру, землетрясение 1906 г. в Сан-Франциско длилось всего 40 с (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Разрушения зданий под воздействием землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско

Для облегчения понимания сложных динамических процессов, происходящих при землетрясениях, приведем данные, характеризующие количественные показатели сейсмических воздействий на здания, сооружения и систему жизнеобеспечения в городах и населенных пунктах.

Наиболее частая причина землетрясения – чрезмерные внутренние напряжения и разрушения пород. Потенциальная энергия, накопленная при упругих деформациях породы, при разрушении (разломе) переходит в кинетическую, возбуждая сейсмические волны в грунте.

Место разрушения породы называют гипоцентром, или очагом землетрясения. В зависимости от глубины Н очага землетрясения подразделяют на нормальные (при глубине 0–70 км), промежуточные (70–300 км) и глубокофокусные (более 300 км).

Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром, а расстояние от эпицентра до некоторой точки земной поверхности – эпицентральным расстоянием R.

Интенсивность сейсмических воздействий на различные объекты зависит от гипоцентрального расстояния:

C увеличением расстояния С интенсивность уменьшается. Зону поверхности грунта в радиусе R < H считают эпицентральной. В ней преобладают колебания грунта вертикального направления. По мере удаления от эпицентра усиливается влияние горизонтальной компоненты колебаний, представляющей наибольшую опасность для зданий.

Классификация землетрясений по величине и мощности очага по Рихтеру ведется по шкале магнитуд (табл. 2.1). Для бытового представления характеристик землетрясений в технических источниках приводится схематизированная описательная шкала в варианте MSK– 64 (табл. 2.2).

Таблица 2.1

Шкала Рихтера, характеризующая величину землетрясений

Таблица 2.2

Схематизированная классификация землетрясений по шкале Рихтера в варианте MSK–64

Магнитуда землетрясения М – безразмерная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясением, которая находится в пределах от 0,0 до 9,0.

Проявления землетрясений в тех или иных районах называют сейсмичностью.

Количественные показатели сейсмичности включают интенсивность, или магнитуду, и повторяемость, причем повторяемость (частота) снижается с увеличением магнитуды [9]. Магнитуда может быть определена через амплитуду Z , мкм, поверхностной волны и рас-m стояние R, км, до эпицентра землетрясения по формуле

Излучаемая в очаге землетрясения энергия Е, эрг, связана с магнитудой по формуле

где для сильных землетрясений а = 1,5; b = 11,8; для слабых – а = 1,8; b = 11.

Например, при землетрясении с М = 5,5 по шкале Рихтера Е = 10²⁰ эрг.

Сильные землетрясения могут ощущаться на расстоянии тысячи километров и более. Так в асейсмичной Москве время от времени наблюдаются толчки интенсивностью до 3 баллов, служащие «эхом» катастрофических карпатских землетрясений в горах Вранча в Румынии; эти же землетрясения в близкой к Румынии Молдавии ощущаются как 7–8 – балльные.

Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков образует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последующие (афтешоки) толчки.

Интенсивность землетрясения (сейсмическая интенсивность, или балльность) характеризует силу землетрясения, которая зависит от расстояния, убывая от эпицентра к периферии.

Интенсивность сотрясений на конкретной площадке строительства по 12-балльной шкале может быть определена в зависимости от магнитуды землетрясения М, расстояния R до эпицентра, глубины очага Н, км, и региональных констант a₃, b₃ > c₃ по формуле

причем для России константы имеют значения а₃ = 3; b₃ = 1,5; c₃ = 3,5.

Сейсмический риск определяют с учетом сотрясений расчетной интенсивности от всех очагов вблизи площадки расположения объекта.

В нормах [10] расчетная сейсмичность фиксируется картой сейсмического районирования с указанными балльностями сотрясений.

Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности входит в задачу сейсмического районирования. Оно основано на использовании исторических данных (о повторяемости сейсмических событий, их силе) и инструментальных наблюдений за землетрясениями, геолого-географическом картировании и сведениях о движении земной коры.

Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой, в структуре которой функционирует сеть сейсмических станций, охватывающая весь земной шар. Создание такой сети станций начиналось в 1896 г. [11]. В 1915 г. таких станций было уже 60. Современная мировая сеть насчитывает более 2 000 стационарных сейсмических станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедиционные сейсмографы, в том числе устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну, Марс и Венеру.

Изучением землетрясений занимается сейсмология. Волны, возникающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития методов сейсмической разведки. Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен (начиная с I в. до н. э.). Во многих странах мира большое количество ученых проводят комплексные исследования по данной проблеме, однако до настоящего времени нет научно обоснованных достоверных методик по конкретному долгосрочному предсказанию места и времени будущих землетрясений.