Сила землетрясения

     Когда происходит землетрясение, его энергия выделяется в различных формах: механической, тепловой, в виде энергии электрического и магнитного полей и т.д.  Эта энергия огромна, и определить ее в полной мере оказывается довольно сложной задачей. Большая часть механической энергии расходуется на разрушение горной породы в очаговой области землетрясения, на вертикальное и горизонтальное смещение примыкающих блоков земной коры. И лишь небольшая часть этой энергии излучается во всех направлениях в окружающее пространство в виде сейсмических волн, которые распространяются по Земному шару. Когда волны достигают поверхности Земли, они порождают те колебания почвы, которые мы воспринимаем как землетрясение.

     Для характеристики силы землетрясений  используются такие понятия, как  магнитуда, энергетический класс и интенсивность.

       Магнитуда (М) землетрясения является условной  мерой энергии, выделившейся из очага землетрясения в виде сейсмических волн. Амплитуда сейсмической волны означает смещение почвы, и чем сильнее размах волны, тем больше магнитуда землетрясения.

      Понятие магнитуды ввел в 1935 году американский  сейсмолог Чарльз  Рихтер, профессор Калифорнийского технологического института в Пасадене.  Определим магнитуду Рихтера его собственными словами: «Магнитуда любого толчка определяется как логарифм выраженной в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка, сделанной стандартным короткопериодным крутильным сейсмометром на расстоянии 100 км от эпицентра». На практике измерения производятся на различных расстояниях от эпицентра различными приборами. Поэтому для приведения к необходимым условиям используются поправки.

       В мире существуют  различные шкалы  магнитуд, различающиеся способом их определения. Это локальная магнитуда ( ML), магнитуда по поверхностным волнам( MS),  по объемным волнам ( mb), по сейсмическому моменту (MW). Максимальное значение магнитуды по введенной Рихтером шкале - около 9 единиц.  Минимальные землетрясения, еще ощутимые  без приборов, характеризуются магнитудой  в пределах 2-3. Землетрясения меньших магнитуд регистрируются только  чувствительными сейсмическими приборами.

      Колебания почвы при землетрясениях с магнитудами,  различающимися на единицу, отличаются по амплитудам сейсмических волн в 10 раз. Таким образом, замечаемые без приборов землетрясения от едва ощутимых до катастрофических, разрушительных, различаются по амплитудам волн, по крайней мере, в миллионы раз. С величинами сейсмической энергии,

освобождаемой при землетрясениях, сопоставима энергия атомных и водородных взрывов.

        У нас в стране, как и в других странах бывшего Советского Союза, употребляется еще одна характеристика величины землетрясения,

эквивалентная магнитуде и называемая энергетическим классом (К).

       Энергетические классы  землетрясений варьируют в диапазоне значений от 0 до 18-20.  В среднем по миру  для пересчета магнитуд в значения энергетических классов К принята формула:

К=4+1,8М .

     В свою очередь, энергетический класс связан с сейсмической энергией простым соотношением:

Е = 10^К Джоулей.

      Следовательно, магнитуду можно связать с сейсмической энергией следующим образом:

lg E = 4+1,8М.

        Интенсивность – принципиально иная характеристика силы  землетрясения, устанавливаемая только при ощутимых  подземных толчках в каждом конкретном пункте на поверхности  Земли по описательной и, как правило, неинструментальной шкале. Интенсивность характеризует проявление землетрясения на поверхности Земли, она  зависит от магнитуды землетрясения, глубины очага и грунтовых условий и измеряется в баллах. В сейсмологии синонимом интенсивности является балльность.

        Интенсивность тем больше, чем ближе очаг расположен к поверхности, так, например, если очаг землетрясения с магнитудой, равной  8, находится на глубине 10 км, то на поверхности интенсивность составит XI-XII баллов; при той же магнитуде, но на глубине 40-50 км воздействие на поверхности уменьшается до IX-X баллов.

       Сейсмические шкалы. Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире XII-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), в странах Латинской Америки принята X-балльная шкала Росси-Фореля, в Японии - VII-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые проявления землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем "как лошадь трется о столб веранды", в Европе такой же сейсмический эффект описывается как "начинают звонить колокола", в Японии фигурирует "опрокинутый каменный фонарик". В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый.

Шкала MSK-64

        Проявления одного и того же землетрясения в различных пунктах различны - от наиболее  интенсивных в эпицентральной области до   минимальных в удалении. Таким образом, магнитуда - это определенная величина, характеризующая  энергию в очаге землетрясения, а    интенсивность - это мера силы сейсмических сотрясений в пункте наблюдения, зависящая не только от интенсивности сейсмических волн, излученных из очага, но и от расстояния до эпицентра, глубины очага, местоположения пункта и грунтовых особенностей в этом пункте. Это ясно видно на приведенном ниже рисунке.

         Магнитуда дается в условных единицах, отражающих энергию очага (или интенсивность в очаге) землетрясения.  Интенсивность (или балльность) определяет степень сотрясений и нарушений на поверхности.

       Журналисты совершают ошибку, давая сообщение: «Сила землетрясения 7 баллов по шкале Рихтера», т.к. при магнитуде 7 по шкале Рихтера интенсивность землетрясения на поверхности, если очаг неглубокий, может составить X баллов, как это было, например, в Спитаке (Армения) в 1988 году. Если же очаг расположен на достаточной глубине, то при такой же магнитуде 7 интенсивность на поверхности может составить лишь VIII баллов, как это было при Зайсанском землетрясении (Казахстан) в 1990 году.  

       Чтобы лучше ориентироваться в газетных и телевизионных сообщениях о произошедших землетрясениях, можно воспользоваться следующей простой таблицей Н.В. Шебалина.

       Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой  9 произойти на Земле не могут.  Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть объем, в котором произошло смещение горных пород) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется несколькими метрами. При землетрясениях средней силы, когда возникают в зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500-1000 км и даже более и уходят на глубину до 50 км. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений  размер очага  близок к максимальной длине разломов,  известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 км в мантии переходит в полурасплавленное состояние. Следовательно, такое землетрясение, как произошедшее в Юго-Восточной Азии (Суматринское) в декабре 2004 года и имевшее магнитуду 9, можно считать близким к максимальному  по его силе. Длина разрыва в очаге этого землетрясения была оценена  в 1200—1300 км, а его ширина — более 100 км.

      Как часто происходят землетрясения такой силы? Сейсмология сравнительно молодая наука. Ей чуть более 100 лет. Но она накопила уже достаточный объем данных, чтобы сделать некоторые статистические выводы, которые приведены в следующей таблице:

       Здесь не приведены  данные о повторяемости землетрясений с магнитудой 9. Однако ясно, что они случаются еще реже.  С 1900 г. событий с такой магнитудой на Земле зарегистрировано всего 5.

Список  литературы

1.     А.А. Никонов. Землетрясения… Прошлое, современность, прогноз. М.: КомКнига. 2006. 192с.

2.     А. Нурмагамбетов, М.С. Кунаев. Физика Земли. Алматы: КазНТУ. 2007. 224с.

3.     Дж. Гир, Х. Шах. Зыбкая твердь: Что такое землетрясение и как к нему подготовиться. М.: Мир. 1988. 220с.

4.     А.Д. Завьялов. Землетрясение у берегов Суматры //Природа. 2005. №5

 Ильина Вера Васильевна, кандидат физико-математических наук, профессор Каз ГАСА, ст. преподаватель Республиканских Курсов повышения квалификации руководящего состава в области ЧС и ГО МЧС РК