Землетрясения: причины и прогноз, зоны Заварицкого – Бентоф

Кубанский государственный университет

Реферат

Землетрясения: причины и прогноз, зоны Заварицкого - Бентоф

выполнил студент 1 курса

географического факультета ОЗО

Виноградов Алексей Валерьевич

г. Краснодар 2011г.

Введение

Все затряслось, от кремнистых подошв до верхов многоводных…

В ужас пришел под землею Аид, преисподней владыка.

В ужасе с трона он прянул и громко вскричал, да над ним бы,

Лона Земли не разверз Посейдон, потрясающий Землю,

И жилищ бы его не открыл и бессмертным и смертным…

Гомер «Илиада»

Землетрясение - по-гречески «сейсмос» - одно из самых страшных и разрушительных явлений природы.

Порождаемое землетрясением чувство страха и беспомощности наводило людей на мысли о роке, карающем боге, выпущенных на волю исчадиях ада. Землетрясения нашли отражения во многих мифах, легендах, сказаниях.

Первоначальные объяснения природы землетрясений основывались на наивных представлениях об устройстве мира. Согласно верованиям древних жителей Алтая, Земля держится на трех огромных китах, плавающих в океане. Когда киты двигаются, покоящаяся на них Земля покачивается, тогда и происходит землетрясение.

В средние века сформировались более реалистичные взгляды на природы землетрясения. Считалось, например, что причиной землетрясений является движение ветров, запертых внутри земных недр.

Истинную природу землетрясений выявила современная наука, точнее говоря, тесный союз трех наук: геология физики и химии хотя, надо признать, и по сей день в вопросе о происхождении землетрясений, осталось еще много неразгаданного.

Землетрясения по своей силе бывают различны. Иногда это ничтожные колебания, едва ощутимые человеком. В других случаях - это сотрясения исключительной силы, приводящие к катастрофическим разрушениям. Вот некоторые из них: - это великое землетрясение, охватившее в 526г. восточную часть Средиземноморского региона и повлекшее за собой гибель 200 тыс. человек; землетрясение, произошедшее в 1556г. в Китае, унесшее жизнь 830 тыс. человек. Более близкие к нам по времени землетрясения: 1927г. Таньшань, Китай погибло около 255 тыс. человек; 1948 год Ашхабад, Туркмения - погибло 110 тыс. человек; 2005 год Кашмир - погибло не менее 73 тыс. человек.

Степень катастрофичности землетрясения измеряется не только числом погибших людей, но также и теми разрушениями, которые оно вызывает.

Говоря о последствиях землетрясений, нельзя не вспомнить о волнах цунами.

декабря 2004 года разлом, образовавшийся в ложе океана, вызвал цунами, прокатившееся по Индийскому океану, оно унесло жизни более чем 220 тыс. человек.

Наконец, надо учитывать и такие последствия землетрясений, как массовые пожары. При Японском землетрясении 1923г., на одной из площадей Токио погибло около 40 тысяч человек - они задохнулись в раскаленном воздухе, когда пожар охватил окружающие здания.

Типы землетрясений

Существуют три типа землетрясений: обвальные, вулканические и тектонические.

С древних времен вплоть до конца XIX в. полагали, что землетрясения происходят при обвалах в подземных пустотах, причем долгое время считалось, что обвалы вызываются ветрами, бушующими в этих пустотах. Современная наука отвергает такую точку зрения. Обвальные землетрясения действительно существуют, но они очень редки и очень слабые, происходят у самой поверхности земли в тех местах, где имеются пещеры.

Более частыми и более опасными являются вулканические землетрясения. Они начинаются на километровых глубинах и сопутствуют переходу магмы из твердого состояния в жидкое. Особый вид вулканических землетрясений связан со взрывами, вулкана.

Основную группу землетрясений составляют тектонические землетрясения.

Внешняя оболочка Земли - литосфера. Этот слой довольно тонок и покрывает Землю на толщину около 70км. под океанами и около 150км. на континентах. Этот твердый слой, однако, не целый: он разбит на несколько больших кусков, называемые плитами. На приведенной ниже карте видно эти плиты, размеры которых варьируются от сотен до нескольких тысяч километров.

землетрясение геологический разлом

Под литосферой действуют силы, принуждающие плиты перемещаться со скоростью, как правило, нескольких сантиметров в год. Причина этих сил не вполне ясна. Они могут быть вызваны, например, медленными течениями горячего пластичного вещества в недрах.

Течения возникают в результате тепловой конвекции с динамическими эффектами вращения Земли. В некоторых областях новое вещество поднимается наверх из земных недр, оттесняя плиты в стороны (это происходит, например, в Срединно-Атлантическом хребте); в других местах плиты проскальзывают краями одна вдоль другой (как вдоль разлома Сан-андреас в Калифорнии); наконец есть области, называемые зонами субдукции (подвига), где одна плита при встречи заталкивается под другую (плита Наска отклоняется вниз и пододвигается под Южно- Американскую плиту) по мере того как в срединно-океанических хребтах из мантии образуется новая кора, старая возвращается в мантию в зонах субдукции. В некотором смысле вся Земля проходит через этот цикл. Основные зоны суддукции расположены вдоль Алеутских островов, возле Японии, на западе Тихого океана (вблизи Филиппинских островов), в Индонезии, в океане у западных берегов Южной и Центральной Америки и в Персидском заливе.

Когда одна плита пододвигается под другую, вдоль наклонной поверхности контакта плиты с окружающим материалом, называемой зоной Беньоффа, происходит землетрясение (эта зона название по имени Хьюго Беньоффа, сейсмолога из Калифорнийского технологического института).

Некоторые землетрясения при этом происходят и на большой глубине; самые глубокие из них заходят далеко в глубь континента, поскольку океаническая плита пододвигается под континентальную. В зонах субдукции землетрясения происходят на глубинах до 700км.

Другим проявлением процесса субдукции являются глубоководные желоба. Максимальная глубина Перуанско-Чилийского желоба достигает 8063м. ниже уровня моря на расстоянии всего около 100км. от берега. В процессе субдукции образовались и другие желоба - Алеутский, Японский, Яванский, Центральноамериканский и некоторые другие, в основном вдоль границы Тихоокеанской плиты.

Цепи вулканов также типичны для зон субдукции. Когда одна плита пододвигается под другую, она стремится смять и приподнять вышележащую плиту. Это ведет к образованию горных цепей и вулканов. И иногда вулканы возникают внутри континента, как в Андах, а иногда они образуют цепи островов, как на Алеутских островах и в других местах на западе Тихого океана.

Время от времени в мире случается и землетрясения во внутренних частях плит - так называемые внутриплитовые землетрясения. Вероятнее всего, они возникают из-за развития деформаций в плитах, вызванного давлением на краях. Например, территория Китая сдавливается в двух направлениях: с востока - Тихоокеанской плитой, с юга - Индо-Австралийской.

Что происходит в очаге землетрясения

Там происходит разрыв подземных пород. В данном случае геологи используют специальный термин - разлом. Разлом возникает, когда породы по оби стороны от разрыва смещаются относительно друг друга настолько, что нарушается соответствие слоев.

Разлом может образоваться под действием различных механических усилий - растяжения, сжатия, сдвига. Соответственно различают три основных типа геологических разломов. Растягивающиеся усилия могут привести к тому, что некоторый объем породы соскользнет вниз - возникнет разлом, называемый нормальным сбросом. При сжатии часть породы может быть «выдавлена» вверх, такой разлом называют обращенным сбросом. Возможно, также перемещение одного объема породы относительно другого при наличии сдвигающих усилий; в этом случае говорят о поперечном сбросе. Все три типа сбросов поясняют рисунки ниже.

Рассмотрим поперечный сброс, используя так называемую гипотезу упругой отдачи. Обратимся в связи с этим к рисунку, на нем красным цветом показана мысленно выделенная область подземных пород; вдоль синей линии залегают относительно слабые породы. На рисунке изображены три ситуации.

Ситуация 1 - отсутствуют какие-либо механические напряжения.

Ситуация 2 - возникли сдвигающие усилия (они показаны стрелками). В этом случае происходит искревление границ выделенной области - породы деформируются. По мере нарастания деформаций в породах постепенно накапливается энергия. Это напоминает постепенное накапливания потенциальной энергии в сжимаемом упругом теле, например в пружине. Рано или поздно напряжения в деформированных породах становятся настолько значительными, что слабые породы (залегающие вдоль синей линии) не выдерживают напряжений, и происходит разрыв и сдвиг пород вдоль линии ослабления (ситуация 3). При этом накопившаяся в деформированных породах энергия немедленно высвобождается (как если бы сжатая пружина вдруг распрямилась), превращаясь в энергию сейсмических волн.

Основные понятия и характеристики

Место в земной коре или в верхней мантии, где произошло смещение масс, вызвавшее упругие волны в теле Земли, называется гипоцентром (очагом, фокусом) землетрясения. Волны от гипоцентра распространяются, постепенно затухая, во все стороны. Скорее всего, волны достигают поверхности Земли в области, лежащей над гипоцентром, так как здесь они направлены вертикально к поверхности Земли. Область поверхности Земли, где наблюдаются вертикальные удары, называются эпицентром.

Среди упругих волн, возникающих в гипоцентре, различают продольные P (primae - первый) и поперечные S (secunde - вторые) волны. Продольные волны - упругая реакция среды на изменение объема при сжатии и растяжении. Частицы среды смещаются по направлению движения волны. Поперечные волны - результат реакции среды на изменение формы при изгибе. Следовательно, упругое возбуждение распространяется не только вдоль образующего смещения, но и перпендикулярно к нему. Для поперечных волн характерно колебания частиц в направлении, поперечном направлению фронта продольной волны. Скорость продольных волн в пределах земной коры 3,5 - 6,5 км/с, поперечных до 4,5 км/с.

На поверхности Земли, в эпицентре, на границе раздела твердой среды с газообразной возникает третий вид волн - поверхностные, или длинные (волны Релея и Леви), обозначаемые буквой L. Колебания этих волн имеют направление, поперечное к линии удара, но расходятся во все стороны только по самому верхнему слою земной, поперечное к линии удара, но расходятся во все стороны только по самому верхнему слою земной коры. Амплитуда их больше, чем других; скорость 3-3,5 км/с. Они вызывают волнообразные деформации почвы. Поверхностные волны быстро затухают. Продольные и поперечные волны, распространяясь от гипоцентра во все стороны, при сильных землетрясениях могут обойти вокруг земного шара. Продольные волны, идущие в разных направлениях, встречаются в противоположном полушарии. Место встречи носит название антиэпицентр.

Для изучения землетрясений и их распространения большое значение имело создание сейсмографа - прибора, регистрирующего интенсивность сейсмических колебаний на подвижной ленте, двигающейся с определенной скоростью. По мере усиления интенсивности колебаний возрастает амплитуда вычерчиваемых на ленте отклонений. Запись на ленте называется сейсмограммой.

Методы оценки силы землетрясений

Для определения силы (интенсивности) землетрясений между собой в разных странах были разработаны сейсмические шкалы (шести, десяти, двенадцатибалльные и др.). Каждый балл условно выражается цифрой, которой соответствуют определенные качественные показатели разрушений построек, почвы и психологических переживаний людей, которые наблюдались при данной силе землетрясения.

Первый балл шкалы соответствует самому слабому землетрясению; последний - самому сильному. В 1963-1964гг. С. В. Медведев (СССР), В. Шпонхойер (ГДР) и В. Карник (Чехословакия) разработали проект двенадцатибалльной сейсмической шкалы, которая известна под названием шкалы MSK - 1964. Сила землетрясения с помощью шкалы MSK - 1964 оценивается по показателям:

) по повреждению различных типов сооружений;

) по ощущению людей, звону оконных стекол, посуды, по степени покачивания подвешенных предметов;

) по остаточным явлениям грунта, изменению режима грунтовых и поверхностных вод.

При изучении землетрясения важно определить его интенсивность в точках, находящихся на разном расстоянии от эпицентра. Для этого производится обследование плейстосейстовой области (часть земной поверхности, на которую распространилось землетрясение). Пункты с равной интенсивностью землетрясения соединяются плавной, чаще всего замкнутой кривой - изосейстой.

Округлость изосейст и равномерность их расположения дает возможность предположить более однородный состав и строение пород в зоне землетрясения. Относительное расположение (густота) изосейст указывает на глубину очага землетрясения. Чем теснее размещены изосейсты, тем глубина очага меньше. Такая закономерность связана с тем, что при неглубоком залегании очага интенсивность землетрясения при удалении от эпицентра быстро падает, а при глубоком расположении очага изменения в интенсивности проявления землетрясения растягивается на большее расстояние.

При землетрясениях высвобождается огромная энергия. Чтобы определить количество энергии, излучаемой из данного очага, необходимо измерить на поверхности Земли энергию, приходящуюся на единицу площади, учесть поглощение энергии в пути и энергию ушедшую во всех направлениях. Определение эти чрезвычайно сложны, и поэтому сейсмологи применяют условную энергетическую характеристику землетрясений, называемую магнитудой М или мощностью землетрясений. Для удобства магнитуда выражается не амплитудой, а ее десятичным логарифмом, поэтому самые слабые землетрясения в этой шкале имеют М = О, самые сильные - около 8,5. Шкалы значений магнитуд называют также шкалой Риктера.

География землетрясений

Исторические сведения и результаты маниторинга сейсмических событий на земном шаре на протяжении второй половины ХХ в. дают основание выделить области, подверженные наиболее мощным и частым землетрясениям. Они преимущественно приурочены к двум глобальным активным, характеризующимся молодыми и проявлениями современного вулканизма, поясами.

Первый - Средиземноморско-Гималайский пояс протягивается от Средиземного региона на восток через Карпаты, горы Малой Азии, Кавказ, Гиндукуш, Гималаи до островов Индонезии. Второй - Тихоокеанский - включает тихоокеанские побережья Северной и Южной Америки, Новую Зеландию, Филиппины, Японию, Курильские острова и Камчатку. Более 80% всех землетрясений приходится на тихоокеанский пояс.

К сейсмическим областям также относятся континентальные рифы Восточной Африки и Байкала, поднятия Тянь-Шаня и Памира, а в системе Мирового океана - срединно-океанские хребты и глубоководные желоба Тихого океана. В некоторых местах сейсмические явления на суши и океаническом дне обусловлены общим геотектоническим процессом, как это имеет место в зоне островных дуг и глубоководных желобов восточноазиатской окраины Тихого океана.

Прогнозирование землетрясений

На сегодняшний день предсказание землетрясений - нечто мифическое. Есть много историй о птицах, змеях, рыбах и кроликах, чувствующих приближение катастрофы. Однако ученые пока лишь составляют подробные карты сейсмоопасных зон да пытаются угадать, где следует ждать беды. Предсказывать землетрясения они тоже могут, но предсказывания эти звучат примерно так: «Существует некоторая вероятность (скажем, семидесяти процентная), что на протяжении определенного времени (допустим, столетия) в данном месте может произойти землетрясение такой-то мощности (например, 7,5 балла)».

Вероятно, переход от предсказаний к точным прогнозам («в ближайшие три дня здесь ожидается землетрясение силой семь баллов») - задача невыполнимая, но ученные делают все возможное. Найдены те показатели, которые могут быть использованы в качестве индикаторов. К таким индикаторам можно отнести магнитные бури, возникающие часто за сутки до начала землетрясения; усиление звуковых эффектов в земной коре, обусловленное, видимо, объединением мелких разрывов в более крупные. А также изменений других свойств горных пород при усилении напряжений; возникновение электрических токов в земле при усилении напряжений в данном месте; изменение наклонов земной поверхности за два-три месяца до и особенно резкие за несколько часов до землетрясения (измеряются с помощью наклолометров).

Ученные раскалывают в лабораториях камни, чтобы понять как горная порода реагирует на давление; пробираются по мертвым лесам, изучая следы давления цунами; роют траншеи поперек разломов, выискивая линии стыков. Зоны тектонических разломов опутаны таким количеством датчиков и проводов, что Земля может показаться пациентом, лежащим в палате интенсивной терапии.

Перед началом землетрясений подземные породы оказываются в сильно напряженном состоянии. Возникновение значительных механических напряжений заметно изменяет свойство пород - эти свойства становятся необычными, или, как говорят, аномальными. Наблюдаются аномалии разного рода - электрические, магнитные, упругие и т. д.

Причина неумения предсказывать время возникновения землетрясений лежит в крайней ограниченности наших знаний о природе тех глубинных процессов, которые продуцируют землетрясения.

Литература

1.   Тарасов Л. В. Физика в природе: Кн. для учащихся. - М.: Просвещение, 1988. - 351 с.

2.       Иванова М. Ф. Общая геология с основами исторической геологии: Учебных. - 4 - е изд., перераб. и доп.; для географ. спец. вузов. - М.: Высш. школа, 1980. - 440 с.

.        Геоморфология с основами геологии. Живаго Н. В., Пиотровский В. В. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Недра, 1971.

.        Добровольский В. В. Геология: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.-320 с.

.        Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов./Г. В. Володина, И. В. Душина, С. Г. Людушкина и др.; Под ред. К. В. Пашканча - М.: Высш. шк., 1991.-286 с.

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

.        Журнал «NATIONAL GEOGRAPUIC», апрель 2000 года.