Землетрясения: почему дрожит земля
Землетрясения возникают, когда в земных недрах быстро высвобождается накопленная энергия. Чаще всего это связано со смещением пород вдоль разломов, после которого колебания распространяются в виде сейсмических волн.
1Земля, которая кажется неподвижной
Пол под ногами обычно служит образцом устойчивости. Здания стоят на одном месте, дороги сохраняют направление, а горы выглядят неизменными. Но эта привычная неподвижность скрывает движение огромных участков внешней оболочки Земли.
Литосфера включает земную кору и верхнюю жёсткую часть мантии. Она разделена на плиты, которые медленно перемещаются относительно друг друга. За короткое время это движение почти незаметно, однако на протяжении долгих периодов оно меняет расположение материков, создаёт горы и океанические впадины.
На границах плит породы сталкиваются, расходятся или скользят вдоль друг друга. Движение не всегда идёт плавно. Неровности и трение могут удерживать участки разлома, хотя окружающие породы продолжают деформироваться. Так накапливается напряжение.
Когда удерживающих сил становится недостаточно, происходит быстрое смещение. Часть запасённой энергии уходит на разрушение и трение, а часть распространяется в окружающих породах как колебания. На поверхности эти колебания ощущаются как землетрясение.
2Где начинается толчок
Область в недрах, где начинается разрыв и смещение пород, связана с очагом землетрясения. Точку начала обычно называют гипоцентром. Эпицентр находится на земной поверхности над этой точкой. На карте именно его часто отмечают значком.
Однако землетрясение не обязательно происходит в одной крошечной точке. Разрыв может распространиться по значительному участку разлома. Поэтому эпицентр помогает указать положение события, но не описывает полностью всю область, которая участвовала в движении.
Чем глубже находится очаг, тем больший путь проходят волны до поверхности непосредственно над ним. Но сила колебаний зависит не только от глубины. Важны размер смещения, свойства пород и расстояние до разных частей разрыва.
Не все землетрясения случаются точно на границах плит. Разломы есть и внутри них, а напряжения могут передаваться на большие расстояния. Некоторые толчки связаны с вулканическими процессами. Наиболее распространённый механизм сильных землетрясений всё же связан с движением пород по разломам.
3Как расходятся волны
После смещения энергия расходится от очага в разные стороны. Это похоже на круги от брошенного в воду камня, но земные породы сложнее водной поверхности. В них возникают несколько видов волн, которые движутся по-разному и с разной скоростью.
Продольные волны попеременно сжимают и растягивают вещество вдоль направления распространения. Поперечные заставляют частицы двигаться поперёк этого направления. Есть и поверхностные волны: они распространяются возле поверхности и могут заметно влиять на колебания зданий.
При переходе между слоями Земли волны меняют скорость и направление. Часть энергии отражается, часть проходит дальше. По этим изменениям исследователи получают сведения не только о землетрясении, но и о строении недр.
Таблица: Основные виды сейсмических волн
| Волны | Как движутся частицы | Важная особенность |
|---|---|---|
| Продольные | Вдоль направления волны | Проходят через твёрдые вещества и жидкости |
| Поперечные | Поперёк направления волны | Не распространяются через жидкости как объёмные волны |
| Поверхностные | Движение происходит возле поверхности | Могут создавать длительные заметные колебания |
Сейсмометры записывают приход волн. Сравнивая записи нескольких станций, специалисты определяют положение очага и оценивают параметры события. Один прибор даёт полезный сигнал, но сеть приборов позволяет восстановить более полную картину.
4Магнитуда и сила на поверхности
В сообщениях о землетрясениях часто встречаются два разных понятия: магнитуда и интенсивность. Они отвечают на разные вопросы. Магнитуда характеризует размер самого события, а интенсивность описывает, насколько сильно оно проявилось в конкретном месте.
У одного землетрясения в разных городах может быть разная интенсивность. Рядом с областью разрыва колебания обычно сильнее, но местные условия способны заметно изменить картину. Мягкие отложения и твёрдая скальная порода по-разному передают и усиливают движения.
Магнитудные шкалы устроены так, что небольшое изменение числа соответствует большому изменению физических параметров. Поэтому землетрясение с большей магнитудой нельзя считать лишь немного более сильным по обычной линейной мерке. При этом существуют разные способы вычисления магнитуды.
Интенсивность оценивают по наблюдаемым проявлениям: ощущениям людей, движению предметов и воздействию на сооружения. Число без названия шкалы и контекста может вводить в заблуждение. Для понимания события важны оба показателя вместе с глубиной и расположением очага.
5Почему последствия различаются
Одинаковое по размеру землетрясение может по-разному воздействовать на разные районы. Значение имеют грунт, длительность колебаний, расстояние до разлома и особенности построек. Результат нельзя вывести только из одного числа магнитуды.
Некоторые грунты усиливают определённые колебания. В насыщенных водой рыхлых отложениях при сильной тряске может происходить разжижение: грунт временно теряет часть способности служить устойчивой опорой. На склонах колебания иногда вызывают оползни и обвалы.
Подводное землетрясение может стать причиной цунами, если движение дна смещает большой объём воды. Но это происходит не при каждом толчке под океаном. Важны направление и размеры смещения, а также глубина воды и форма дна.
После основного события нередко следуют повторные толчки — афтершоки. Породы вокруг изменившегося участка продолжают перераспределять напряжения. Такая последовательность может длиться долго, хотя её развитие различается от случая к случаю.
6Что могут узнать учёные
Исследователи составляют карты разломов, изучают прошлые землетрясения и измеряют медленные движения поверхности. По этим сведениям оценивают сейсмическую опасность территорий. Такие оценки помогают учитывать вероятные колебания при проектировании сооружений.
Надёжно назвать точное место, время и магнитуду будущего землетрясения пока невозможно. Долгосрочная оценка вероятности и точное предсказание отдельного события — разные задачи. Наблюдение необычного явления само по себе не доказывает, что вскоре произойдёт сильный толчок.
Системы раннего оповещения решают другую задачу. Они распознают уже начавшееся землетрясение по первым сигналам и могут передать предупреждение раньше прихода более сильных колебаний в удалённое место. Доступное время зависит от расстояния и скорости обработки данных.
Землетрясения напоминают, что поверхность планеты является частью подвижной системы. Их изучение соединяет медленные изменения геологических эпох с событиями, которые развиваются за короткое время. Именно это сочетание делает земную кору одновременно устойчивой в повседневной жизни и постоянно меняющейся в масштабе природы.