Текст книги "Катастрофы в природе: землетрясения"

Какие бывают землетрясения?

Со времен академика Голицына сейсмические явления принято подразделять на микросейсмические и макросейсмические. Первые это те, которые обнаруживаются только приборами. К ним относятся колебания чаще всего не связанные с землетрясениями – сейсмический шум и микросейсмы, а также неощутимые человеком микроземлетрясения. Вторые, это сильные землетрясения способные вызывать разрушения и деформировать земную поверхность.

Слабые сейсмические явления сопутствуют нам повседневно. Проехавший мимо автомобиль узнается по дребезжанию стекол в окне, а на приближении поезда указывает вибрация пассажирской платформы. Во времена штыковых баталий и осадных машин враг делающий подкоп под крепостные стены узнавался по вызванной работами вибрации. Так случилось в 1608 году при осаде врагами Троице-Сергегиевской лавры под Москвой. Тогда бдительность Власа Корсакова спасла осажденную крепость, и подкоп был вовремя обнаружен.

Если вспомнить, хитрый индеец или опытный следопыт в романах Фениммора Купера прикладывая ухо к земле, определяли приближение врага по колебаниям почвы. А эффект вибрации воды в луже из кинофильма «Парк Юрского периода» использован для передачи зрителю ощущения приближения страшного динозавра. Да и знаменитая привычка страуса опускать к земле голову обусловлена не особенностями его психологии, а результатом мудрой эволюции – по вибрации почвы птица определяет приближение врага.

В сейсмологии есть место для различных курьезов. В 2001 году ровно в 11 часов утра целый миллион британских школьников в течение одной минуты начали подпрыгивать. Они пытались вызвать сигнал способный быть записанным сейсмическими станциями. Однако приборы Британского геологического управления в Эдинбурге не смогли зарегистрировать «детосейсмовоздействие». В отличие от этого эксперимента, в 1968 году колебания вызванные стартом ракеты «Сатурн-5» по программе высадки человека на Луну записали многие сейсмические станции в США.

30 июня 1908 года в бассейне реки Подкаменная Тунгуска произошло явление, известное под названием «Тунгусский метеорит». На огромной территории Восточной Сибири люди видели пролет огненного тела, который завершился взрывом, равным по мощности подрыву сорока мегатонной бомбы. Он был такой силы, что в течение почти пяти часов самописцы Иркутской обсерватории фиксировали возмущения магнитного поля Земли.

Падение метеорита причинило огромные разрушения в Тунгусской тайге, следы которых не исчезли и сегодня. На площади 500 квадратных километров был повален вековой лес, а ударная волна была такова, что сейсмические колебания записали сейсмографы в Иркутске, Ташкенте, Тбилиси и Йене.

В 2006 году в горах на севере Норвегии упал метеорит весом около одной тонны. Его падение сопровождалось мощным взрывом. В 2 часа 13 минут 25 секунд по местному времени, когда метеорит столкнулся с Землей, сейсмостанции зарегистрировали землетрясение в месте его падения.

Землетрясения различаются по своей силе, месторасположению и природе происхождения. Наиболее опасные из них имеют тектоническую природу.

Тектонические землетрясения

Эти землетрясения связаны с процессами горообразования и движениями литосферных плит. Как отмечалось выше, верхняя часть земной коры состоит из огромных блоков – литосферных плит способных под воздействием различных причин перемещаться в верхней мантии. Одни плиты двигаются навстречу друг другу, другие расходятся в стороны, а третьи скользят относительно друг друга в противоположных направлениях.

Поскольку горные породы обладают определенной эластичностью, то в местах тектонических разломов – границ плит там, где действуют силы сжатия или растяжения, непрерывно накапливаются напряжения до тех пор, пока они не превысят предела прочности горных пород. Тогда пласты горных пород разрушаются, и резко смещаются относительно друг друга. Подобные смещения называются тектоническими подвижками, а место где они возникают – очагами землетрясений.

Общая протяженность системы разрывов после Кумдагского землетрясения 1983 года в Западном Туркменистане достигала 27 километров.

Тектонические подвижки бывают различной пространственной ориентации. Они приводят к резкому опусканию, поднятию или смещению относительно друг друга огромных массивов горных пород. На дневной поверхности могут возникнуть протяженные тектонические трещины. По их бортам смещаются относительно друг друга участки земной поверхности, перенося находящиеся на их поля и инженерные сооружения. Тектонические подвижки происходят не только в видимых местах разломов – границ плит, но и в их центральной части, под складками и горами.

Формы проявления тектонических подвижек разнообразны. Одни образуют на дневной поверхности разрывы протяженностью в десятки километров, другие сопровождаются многочисленными обвалами и оползнями, а третьи практически не «выходят» на земную поверхность и без приборов точно определить место эпицентра землетрясения невозможно.

В Армении, Апеннинах на севере Италии, в Алжире, Калифорнии в США, в Туркменистане и многих других местах происходят землетрясения, которые не вспарывают земную поверхность, а связаны со скрытыми под поверхностным ландшафтом разломами. Иногда слабо верится, что сглаженная смятыми в складки породами и слегка волнистая местность может таить угрозу. Однако в подобных местах происходили и происходят сильные землетрясения. В терминологии американских сейсмологов Р. Стейна и Р. Йется они получили название скрытых тектонических землетрясений.

Одна из самых быстрорастущих складок в мире находится вблизи Вентуры в Калифорнии и характеризуется высокой сейсмической активностью. Землетрясения под складками произошли в Коалинге и Кетлемен-Хилзе в 1983 и 1985 годах с магнитудами 6,5 и 6,1 по шкале Рихтера. Ими в Коалинге было разрушено 75% неукрепленных зданий. В 1987 году землетрясение с М = 6 в Уиттиер-Нерроуз ударило по густозаселенным пригородам Лос-Анджелеса. Оно принесло ущерб в 350 миллионов долларов США и погубило восемь человек.

В схожих геологических условиях в предгорьях Копетдага возникло Ашхабадское катастрофическое землетрясение 1948 года унесшее жизни около сорока тысяч человек. В 1980 году в Эль-Асаме (Алжир) скрытое землетрясение с М = 7,3 привело к гибели трех с половиной тысяч человек.

Существование скрытых землетрясений таит в себе угрозу для освоения залежных земель. Как правило, на пустынных территориях признаваемых неопасными, размещают могильники и захоронения токсичных отходов (например, район Коалинга в США). Если допущен просчет в оценке их сейсмической опасности, то землетрясение способно нарушить целостность хранилищ и вызвать экологическую катастрофу.

Часть тектонических землетрясений происходит под морским дном также как и на суше. Некоторые из них сопровождаются смертоносными цунами. Сейсмические волны от землетрясений с эпицентрами в морях и океанах также могут вызвать разрушения на суше. Так было в Мехико в 1985 году, и часто происходит в Японском архипелаге, Сахалине и островах Курильской гряды.

Вулканические землетрясения

Одно из самых интересных и загадочных геологических образований на планете это вулканы. Их название пришло из римской мифологии, где Вулкан считается богом разрушительного и очистительного пламени. Его греческим родственником является бог Гефест, но в отличие от него Вулкан кузнечными делами не занимался, а его природный прототип далеко не безобиден.

Эти названия появились во времена, когда человек, будучи не в силах понять природу стихии, олицетворял её в образах мистических существ. Так было удобно не только объяснять мир, но и информировать потомков об опасности. Можно посмеяться над наивностью древних. Но столь ли важно, каким способом передается предупреждение – в форме мифа или в виде норм сейсмостойкого строительства остающихся для большинства современных людей тайной за семью печатями, так же как устройство смартфона несмотря на его ежедневное использование.

Человечеством должны были быть принесены огромные жертвы стихии, раз память о природных катастрофах древности не исчезла, и отразилась во всех религиозных вероучениях от Библии до Корана. Так, в Суре «Пещера» (58,59) рассказано о произошедшей задолго до возникновения ислама трагедии: «А Господь твой – прощающий, обладатель милосердия, – если бы Он схватил их за то, что они приобрели, то успокоил бы. Он для них наказание. Но у них есть определенный срок, и никогда они не найдут помимо Него убежища. И эти селения погубили Мы, когда они стали несправедливыми, и сделали их гибели определенный срок».

Благодаря начатым в 1748 году археологическим раскопкам стало ясно, что здесь речь идет об иных, чем описано в Библии, городах «разврата и богохульства». В начале первого тысячелетия нашей эры они располагались на побережье Неаполитанского залива и в 79 году были уничтожены извержением вулкана Везувия. Они именовались Геркуланум, Помпея и Стабия.

Предвестником пробуждения Везувия стало разрушившее часть Помпей и Геркуланума землетрясение. Оно произошло 5 февраля 63 года. Спустя шестнадцать лет произошло само извержение Везувия. Потоки огненного ливня с пеплом из пиниеобразного облака погребли под собой Геркуланум, Помпею и Стабию. Только в Помпеях погибло около двух тысяч человек.

До 1902 года, землетрясения и ураганы не раз производили опустошения на острове Мартиника принадлежащего группе Малых Антильских островов известных как Вест-Индия. В 1838 году сильное землетрясение известило об активизации образующего северную часть Мартиники вулкана Пеле, но сильного извержения тогда не произошло. Спустя 64 года все произошло иначе.

21 мая 1902 года над вулканом Пеле повисло густое серебристое облако, и завеса из черного дыма покрыла гавань и город. Это был праздник Вознесения и жители тридцатитысячного Сен-Пьера стали собираться в церковь. Ровно в 7 часов 30 минут раздался оглушительный рокот и плотное серовато-красное облако, опутанное сетью молний, покатилось с вулкана прямо на город. Горячие газы, пыль и грязь несли с собой смерть и разрушение. Последнее что услышал чиновник из Фор-де-Франсе разговаривавший по телефону с Сен-Пьером в этот момент, было бормотание задыхающегося человека, а затем непонятный шум и будто удар в ухо. Потом все стихло.

Спустя много лет можно констатировать, что признаков приближения извержения было на удивление много. В начале мая года жители начали слышать гул и ощущать слабые колебания почвы. Подземные удары с каждым днём становились все сильнее. От момента их возникновения до катастрофы прошло не менее двадцати дней. В последние дни сейсмические толчки перешли в непрерывные сотрясения почвы. Нарастал гул, происходили выбросы дыма и пара из жерла вулкана. Тем не менее, жители Сен-Пьера все эти признаки приближающегося извержения не приняли во внимание, и трагедия стала неизбежной.

В северной части Карибского моря расположен остров Ямайка – райское место для отдыха. Однако именно здесь в 1692 и 1907 годах произошли вулканические землетрясения с губительными для острова последствиями. В 1692 году до основания была разрушена его столица Порт-Ройял. Пришлось в соседнем Кингстоне основать новую столицу, которая также была разрушена вулканическим землетрясением спустя пятнадцать лет.

В 1883 году сильное землетрясение сопровождало извержение вулкана Кракатау в Индонезии. Взрывом была уничтожена половина вулкана, погибло все население острова и разрушены города на островах Суматра, Ява и Борнео. Последовавшее за землетрясением цунами смыло все живое с низменных островов Зондского пролива.

18 июля 1883 года курортный город на острове Иски около Неаполя был превращен в груду развалин вулканическим землетрясением. Город удобно расположился рядом с теплыми минеральными источниками, на склоне недействующего вулкана Ипомео. За неделю до катастрофы температура в источниках резко повысилась, возникли новые фумаролы – отдушины выбрасывающие струи вулканических газов. Жители стали ощущать подземные толчки и спустя некоторое время последовал сильный подземный удар. Извержения не произошло, но землетрясение напомнило о том, что вулкан способен в любой момент проснуться.

В 1914 году землетрясение предвестило начало извержения вулкана Саку-Яма в Японии.

В 1952 году взрыв рифа Мёдамн расколол воды океана, поднял со дна дым, огонь и лаву. Огненным шквалом было распылено японское наблюдательное судно «Дайго Кайёмару» с экипажем в тридцать один человек.

В конце 2001 года на Камчатке активизировался вулкан Карымский в России. Произошли многочисленные землетрясения, сильнейшие из которых имели магнитуду около 7 по шкале Рихтера. Это один из самых активных вулканов в мире. Вулканические землетрясения постоянно регистрируются в окрестностях вулканов Ключевской Сопки и Шивелуч.

Подготовка извержения ведется в течение многих десятков – сотен лет и сопровождается рядом явлений. Обычно сейсмическая активность в районе вулкана усиливается, происходит увеличение числа и силы землетрясений. Это связано с тем, что бурлящие в недрах вулканических гор раскаленные газы и лава давят на верхние слои породы примерно так, как пары кипящей воды на крышку чайника.

Возникают серии мелких землетрясений, т.н. вулканический трёмор (вулканическое дрожание). Он связан с подъёмом из глубин горячей магмы, которая вызывает растрескивание более холодных горных пород в верхней части вулкана. Происходит всплеск сейсмической и акустической активности, что является важным признаком пробуждения вулкана.

В зонах где одна тектоническая плита подвигается под другую возникают вулканы, а гипоцентры землетрясений образуют наклонную плоскость т.н. зоны Вадати-Беньёффа.

Поскольку области современного вулканизма, как это характерно для Японских островов, Курил, Камчатки или Италии, совпадают с местами возникновения тектонических землетрясений на фоне общей сейсмической активности региона трудно определить вулканическую природу отдельного толчка. Но различать по природе возникновения землетрясения крайне важно, поскольку если подземный удар связан с деятельностью вулкана он может помочь спрогнозировать извержение.

Сам сейсмический эффект вулканических землетрясений почти ничем не отличаются от тектонических, хотя их энергия, а следовательно «дальнобойность» меньше. Главным признаками вулканического землетрясения считается совпадение его очага с расположением вулкана и сравнительно небольшая мощность.

В свою очередь тектонические землетрясения могут спровоцировать вулканическую деятельность. Сильнейшие из них существенно меняют поле тектонических напряжений, тем самым облегчая доставку вулканического материала из земных недр. Так было в Чили в 1960 году, и достаточно часто происходит в районе Японских островов.

Вулканы разделяют на действующие, уснувшие и потухшие. К последним относятся те из них, которые сохранили свою форму, но сведений об их извержениях нет. Тем не менее, под ними также возникают слабые толчки, свидетельствуя, что в любой момент они снова могут проснуться.

В начале 2001 года активизировался самый большой вулкан Европы Этна, что в переводе с греческого языка означает «Я горю». Высота вулкана составляет 3200 метров над уровнем моря. Его первое из известных извержений произошло в 1500 году до нашей эры, а за последние триста лет произошло четыре крупных извержения Этны сопровождаемых землетрясениями.

В октябре 2002 года из-за опасности извержения Этны итальянские власти ввели в ряде районов Сицилии чрезвычайное положение. Произошло несколько сотен землетрясений, наиболее мощные из которых имели магнитуду около 4,3 по шкале Рихтера. В Санта-Венерина от них пострадало много домов, и почти тысяча жителей острова покинула свои дома. В ноябре 2006 года вулканический пепел из жерла вулкана поднялся на высоту пяти километров и парализовал аэропорт в городе Катания.

С вулканами связаны так называемые «тихие» землетрясения. Одно из них произошло на южном фланге вулкана Килауеа в 2000 году. После землетрясения с М = 5,7 по шкале Рихтера в течение 36 часов продолжались толчки вызванные опусканием на девять сантиметров южной стороны вулкана в море.

Обвальные землетрясения

На юго-западе Германии и в других местах богатых известковыми породами люди иногда ощущают слабые колебания почвы. Их возникновение связано с карстами – пустотами в земных недрах, образующихся из-за вымывания подземными водами известковых пород. Под давлением верхних пластов породы пустоты обрушиваются, и возникают землетрясения.

Иногда за первым происходит новый толчок или несколько ударов с промежутками в несколько часов или дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Это и есть обвальное или карстовое землетрясение.

Обвальные землетрясения вызываются обрушением со склонов гор породы, провалами и просадками грунтов. Чем больше масса обвалившейся породы и высота обвала, тем больше кинетическая энергия удара и, следовательно, магнитуда землетрясения.

Обвалы, сходы каменных или снежных лавин, обрушение кровли пустот под землей могут возникать под воздействием как естественных, так и техногенных факторов. Часто это следствие недостаточного отвода воды приводящее к размыванию оснований различных построек, или проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов из-за которых образуются пустоты, изменяется плотность окружающих пород и другое.

При добыче подземным способом легко растворимых в воде калийных солей на рудниках зачастую образуются карсты. При обрушении свода этих подземных полостей на поверхности образовываются провалы в виде так называемых карстовых воронок, сопровождаемых землетрясениями. С начала промышленной добычи калийных солей зарегистрированы сотни аварий на месторождениях в США, Канаде, Франции, Германии, России и многих других стран.

Во Франции в 1873 году в Варанжевиле из-за слишком больших объемов выработки не выдержали колонны шахты, на поверхности появились концентрические провалы диаметром 160 и 350 метров.

В 1974 году со склона хребта Викунаек в Перуанских Андах в долину реки Мантаро с высоты почти двух тысяч метров обрушилось около 1,5 миллиарда кубометров горных пород. Обвал похоронил под собою 400 человек. С невероятной он силой ударил по дну и противоположному склону долины. Колебания от этого обвального землетрясения с магнитудой более пяти были зарегистрированы на удалении в три тысячи километров.

В России 25 июля 1986 года при прорыве подземных вод на третьем руднике комбината в Березниках (Пермская область) образовалась карстовая воронка диаметром более 50 метров и глубиной более ста метров. Одновременно произошел выброс и взрыв природного газа.

В Германии 13 марта 1989 года произошло обрушение подземных пустот под городом Фёлькерсхаузен (Тюрингия). Перемещение подземных пластов на глубине 750—900 метров вызвало землетрясение магнитудой 5,6 по шкале Рихтера. Были разрушены 300 из 360 домов, включая старинный замок и церковь.

При добыче угля, которая продолжалась в Англии больше века, также происходили землетрясения, и не одно, а тысячи. Исходя из опыта шахтеров-угольщиков, землетрясения магнитудой больше 3,0 при подземной добыче ископаемых крайне маловероятны.

В России 5 января 1995 года при обрушении подземного рудника в г. Соликамске (Пермская область) произошло землетрясение магнитудой больше четырёх. Горные породы обрушились на площади почти 35 гектар. Земля осела на 4,7 метра. Там же 18 ноября 2014 года образовался провал на удалении трех километров от СКРУ-2 компании «Уралкалий». За сутки величина провала увеличилась с 20х30 метров до 30х40 метров. В тот же день на руднике произошла авария – приток солевого раствора в шахту. На месте провала были установлены сейсмические датчики, и сделаны с дирижабля фотоснимки.

В России 9 октября 1997 года в Березниках на территории Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей произошло обвальное землетрясение с эпицентром в районе второго и третьего рудоуправлений. За период с октября 1993 по ноябрь 2005 здесь зафиксировано несколько сотен слабых землетрясений.

На территории России обвальные землетрясения неоднократно происходили в Архангельске, Вельске, Шенкурске и других местах. На Украине в 1915 году жители Харькова ощутили сотрясения почвы от обвального землетрясения в Волчанском районе.

В 2003 году в Кош-Агачском районе Республики Алтай землетрясение вызвало обрушение древних озерно-ледниковых масс объемом 20 миллионов кубических метров. Из-за этого уровень грунтовых вод в пределах пойм рек Чуя и Джазатор поднялся на 1,2 метра. В разрезах трещин геологи наблюдали обилие льда, по которому происходили смещения. Подземные толчки спровоцировали таяние льда и выбросы теплой воды на поверхность.