Землетруси, енциклопедія Навколосвіт

землетруси

Землетруси, коливання Землі, викликані раптовими змінами в стані надр планети. Ці коливання являють собою пружні хвилі, що поширюються з високою швидкістю в товщі гірських порід. Найбільш сильні землетруси іноді відчуваються на відстанях більше 1500 км від вогнища і можуть бути зареєстровані сейсмографами (спеціальними високочутливими приладами) навіть у протилежній півкулі. Район, де зароджуються коливання, називається вогнищем землетрусу, а його проекція на поверхню Землі - епіцентром землетрусу. Вогнища більшості землетрусів лежать у земній корі на глибинах не більше 16 км, проте в деяких районах глибини вогнищ сягають 700 км. Щодня відбуваються тисячі землетрусів, але лише деякі з них відчуваються людиною.

Згадки про землетруси зустрічаються в Біблії, в трактатах античних учених - Геродота. Плінія і Лівія. а також в стародавніх китайських і японських письмових джерелах. До 19 в. більшість повідомлень про землетруси містили описи, щедро приправлені забобонами, і теорії, засновані на убогих і недостовірних спостереженнях. Серію систематичних описів (каталогів) землетрусів в 1840 почав А.Перрі (Франція). У 1850-х роках Р.Малле (Ірландія) склав великий каталог землетрусів, а його докладний звіт про землетрус в Неаполі в 1857 став одним з перших строго наукових описів сильних землетрусів.

Причини землетрусів.

Хоча вже з давніх часів ведуться численні дослідження, не можна сказати, що причини виникнення землетрусів повністю вивчені. За характером процесів в їх осередках виділяють кілька типів землетрусів, основними з яких є тектонічні, вулканічні й техногенні.

тектонічні землетруси

вулканічні землетрусу

виникають унаслідок різких переміщень магматичного розплаву в надрах Землі або в результаті виникнення розривів під впливом цих переміщень.

Техногенні землетруси

можуть бути викликані підземними ядерними випробуваннями, заповненням водоймищ, видобутком нафти і газу методом нагнітання рідини у свердловини, підривними роботами при видобутку корисних копалин та ін. Менш сильні землетруси відбуваються при обвалі склепінь печер або гірських виробок.

Сейсмічні хвилі.

Коливання, що поширюються з вогнища землетрусу, являють собою пружні хвилі, характер і швидкість поширення яких залежать від пружних властивостей і щільності порід. До пружних властивостей відносяться модуль об'ємної деформації, що характеризує опір стисненню без зміни форми, і модуль зсуву, що визначає опір зусиллям зсуву. Швидкість поширення пружних хвиль збільшується прямо пропорційно квадратному кореню значень параметрів пружності і щільності середовища.

Поздовжні і поперечні хвилі.

На сейсмограмах ці хвилі з'являються першими. Перш за все реєструються подовжні хвилі, при проходженні яких кожна частка середовища зазнає спершу стискання, а потім знову розширюється, відчуваючи при цьому зворотно-поступальний рух в поздовжньому напрямку (тобто в напрямку поширення хвилі). Ці хвилі називаються також Р хвилями, або первинними хвилями. Їхня швидкість залежить від модуля пружності і жорсткості породи. Поблизу земної поверхні швидкість Р-хвиль складає 6 км / с, а на дуже великій глибині - близько. 13 км / с. Наступними реєструються поперечні сейсмічні хвилі, названі також S-хвиль, або вторинними хвилями. При їхньому проходженні кожна частка породи коливається перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Їхня швидкість залежить від опору породи зрушенню і складає приблизно 7/12 від швидкості поширення Р хвиль.

поверхневі хвилі

поширюються уздовж земної поверхні або паралельно їй і не проникають глибше 80 - 160 км. У цій групі виділяються хвилі Релея й хвилі Лява (названі за іменами учених, які розробили математичну теорію поширення таких хвиль). При проходженні хвиль Релея частки породи описують вертикальні еліпси, що лежать у площині. У хвилях Лява частки породи коливаються перпендикулярно напрямку поширення хвиль. Поверхневі хвилі часто позначаються скорочено як L-хвилі. Швидкість їх поширення становить 3,2 - 4,4 км / с. При глубокофокусних землетрусах поверхневі хвилі дуже слабкі.

Амплітуда і період

характеризують коливальні рухи сейсмічних хвиль. Амплітудою називається величина, на яку змінюється положення частки грунту при проходженні хвилі в порівнянні з попереднім станом спокою. Період коливань - проміжок часу, за який здійснюється одне повне коливання частки. Поблизу вогнища землетрусу спостерігаються коливання з різними періодами - від часток секунди до декількох секунд. Однак на великих відстанях від центру (сотні кілометрів) короткоперіодні коливання виражені слабше: для Р-хвиль характерні періоди від 1 до 10 з, а для S-хвиль - трохи більше. Періоди поверхневих хвиль складають від декількох секунд до декількох сотень секунд. Амплітуди коливань можуть бути значними поблизу вогнища, однак на відстанях 1500 км і більше вони дуже малі - менше декількох мікронів для хвиль Р і S і менше 1 см - для поверхневих хвиль.

Віддзеркалення і заломлення.

Зустрічаючи на своєму шляху шари порід із відмінними властивостями, сейсмічні хвилі відбиваються або переломлюються подібно до того, як промінь світла відбивається від дзеркальної поверхні або переломлюється, переходячи з повітря в воду. Будь-які зміни пружних характеристик або щільності матеріалу на шляху поширення сейсмічних хвиль змушують їх переломлюватися, а при різких змінах властивостей середовища частина енергії хвиль відбивається (см. Рис.).

Шляхи сейсмічних хвиль.

Поздовжні і поперечні хвилі поширюються в товщі Землі, при цьому безперервно збільшується обсяг середовища, що втягується в коливальний процес. Поверхня, що відповідає максимальному просуванню хвиль певного типу в даний момент, називається фронтом цих хвиль. Оскільки модуль пружності середовища зростає з глибиною швидше, ніж її щільність (до глибини 2900 км), швидкість поширення хвиль на глибині вище, ніж поблизу поверхні, і фронт хвилі виявляється більш просунутим усередину, ніж в латеральному (боковому) напрямку. Траєкторією хвилі називається лінія, що з'єднує точку, що знаходиться на фронті хвилі, з джерелом хвилі. Напрямки поширення хвиль Р і S являють собою криві, звернені опуклістю вниз (через те, що швидкість руху хвиль більше на глибині). Траєкторії хвиль Р і S збігаються, хоча перші поширюються швидше.