что такое сейсмическая активность

Землетрясения

Землетрясения — это подземные толчки, сопровождающиеся колебаниями земной поверхности.

Но наибольшую опасность людям несут, конечно же, мощные землетрясения на суше. Они чреваты значительными разрушениями и многочисленными человеческими жертвами. Материальный ущерб от каждого из таких катаклизмов может составить сотни миллионов долларов.

Причины и виды

Землетрясения бывают тектоническими, вулканическими и обвальными.

Тектонические землетрясения возникают из-за резких смещений горных плит или в результате ухода океанической платформы под материк. Ведь поверхность земли состоит из материковых и океанических платформ, которые, в свою очередь, состоят из отдельных блоков. Когда блоки находят друг на друга, то они могут подняться вверх, и образуются горы, или опустятся вниз, и образуются впадины, или одна из плит уйдёт под другую. Все эти процессы сопровождаются колебаниями или сотрясениями земли.

Вулканические землетрясения происходят из-за того, что потоки раскалённой лавы и газов давят снизу на поверхность Земли и таким образом заставляют почувствовать, что земля уходит из-под ног. Вулканические землетрясения обычно не очень сильные, но могут длиться довольно долго, иногда несколько недель. Часто такие землетрясения предупреждают о скором извержении вулкана, что является даже более опасным, чем само землетрясение.

Иногда под землёй образуются пустоты, например, под воздействием грунтовых вод или подземных рек, размывающих землю. В этих местах земля не выдерживает собственной тяжести и обрушивается, вызывая небольшое сотрясение. Это называется обвальным землетрясением.

Самыми разрушительными и страшными являются тектонические землетрясения.

Сейсмические волны

Сейсмические волны, которые возникают при землетрясении, делятся на несколько типов.

Подобно звуковым, сейсмические волны распространяются во все стороны от очага землетрясения со скоростью до 8 км/с.

Глубина очага, как правило, не превышает 100 км, однако в отдельных случаях может достигать и 700 км. Временами очаг землетрясения может находиться у самой поверхности земли. По глубине расположения очага землетрясения классифицируют:

География явления

Распределение землетрясений на планете достаточно неравномерно. Определяется оно главным образом взаимодействием и перемещением литосферных плит.

Основной сейсмический пояс, где выделяется около 80% всей сейсмической энергии, находится в Тихом океане. Здесь, в районах глубоководных желобов, происходят подвижки литосферных плит под континент. Остальная часть энергии выделяется в Евроазиатском складчатом поясе. Это происходит в местах столкновения Евроазиатской плиты с Индийской и Африканской плитами, а также в районах срединно-океанических хребтов.

Сейсмология

Землетрясения изучает наука сейсмология. В разных странах мира ученые проводят наблюдения за поведением земной коры. В этом им помогают специальные приборы — сейсмографы. Они измеряют и автоматически записывают малейшие сотрясения, происходящие в любой точке земного шара. При колебаниях земной поверхности основная часть сейсмографа — подвесной груз — вследствие инерции приходит в движение относительно основания прибора, и самописец фиксирует сейсмический сигнал, передаваемый маркеру.

Важной задачей сейсмологии является прогноз землетрясений. К сожалению, современная наука еще не может точно их предвидеть. Сейсмологи могут более-менее достоверно определить район и силу землетрясения, но его начало спрогнозировать очень сложно.

Сила землетрясений

Для оценки силы землетрясения используют шкалу магнитуд и шкалу интенсивности.

Первая различает землетрясения по величине магнитуды — энергетической характеристики землетрясения (меры его энергии). Наиболее популярная шкала, оценивающая энергию землетрясения, — шкала магнитуд Рихтера.

Значение магнитуды лежит в пределах от 1 до 9. Эту шкалу нередко путают с 12-балльной шкалой интенсивности землетрясения, которая оценивает внешние проявления подземного толчка (воздействие на строения, людей, природные объекты). Когда случается землетрясение, то поначалу становится известна его магнитуда, определяемая по сейсмограммам, а интенсивность может быть выяснена лишь спустя время после получения достаточно полной информации о последствиях.

9,5 — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше.

Интенсивность землетрясений зависит как от глубины очага, так и от магнитуды. Она тем больше, чем ближе очаг располагается к поверхности. К примеру, если очаг землетрясения с магнитудой 8,0 расположен на глубине 10 км, то на поверхности земли его интенсивность составит 11–12 баллов. А при той же магнитуде, но в очаге, находящемся на глубине 40–50 км, воздействие на поверхности будет равно 9–10 баллам.

На данный момент в мире используют несколько шкал интенсивности. В Европе с 1996 г. применяют европейскую макросейсмическую шкалу (EMS). В Японии пользуются шкалой Японского метеорологического агентства (Shindo), в России и Соединенных Штатах — модифицированной шкалой Меркалли (MM).

Так, умеренное 4-балльное землетрясение по шкале Меркалли уже отмечается многими людьми; при 6-балльном могут возникнуть незначительные повреждения зданий.

Балльная шкала интенсивности землетрясения:

Последствия землетрясений

Землетрясения являются одним из опаснейших стихийных природных явлений. Они приносят большие разрушения и бедствия, уничтожая не только материальные ценности, но и все живое, в том числе и людей.

Участки земной коры в месте разлома могут смещаться по вертикали либо даже наползать друг на друга. В тех местах, где земля опускается по одну сторону разлома прямо на пересечении речного русла, образуются водопады. Нередко после землетрясения опускаются и затапливаются водой значительные участки суши. Помимо этого, подземные толчки могут смещать со склонов рыхлые верхние слои почвы, инициируя оползни и обвалы. Резкое перемещение значительных массивов земной коры в очаге сопровождается ударом колоссальной силы. В течение года жители планеты в разных ее точках ощущают порядка 10 тыс. землетрясений, из которых около 100 в той или иной степени разрушительны.

Может ли от землетрясения закачать Землю?

В середине мая 1960 г. в Чили произошло одно из самых значительных и разрушительных землетрясений — Великое Чилийское Землетрясение. Несмотря на то, что основные колебания земли происходили в юго-западной части Южной Америки — эпицентр землетрясения располагался недалеко от г.Вальдивия — их «отголоски» достигали других территорий нашей планеты: в частности, Гавайских островов и Японии. Явление, при котором землетрясение, происшедшее в одной части земли, заставляет пульсировать и дрожать другие ее участки, даже расположенные за тысячи километров от эпицентра, называют «качанием» или «вибрацией» земли.

Землетрясение в Мессине 1908 г.

Сильнейшее в истории Европы землетрясение произошло 28 декабря 1908 г. в 5:20 в Мессинском проливе между Апеннинами и Сицилией. Несколько подземных толчков с магнитудой 7,5 вызвали огромные разрушения в более чем 20 населенных пунктах в прибрежной полосе Сицилии. После этого на побережье налетело три волны цунами, довершив содеянное землетрясением.

Количество погибших во время этой трагедии превысило 123 тыс. человек. По мнению некоторых исследователей, число жертв составило 200 тыс. человек. Наиболее сильно пострадал город Мессина, где погибло около 60 тыс. жителей при населении 150 тыс. человек.

Источник

С точки зрения физики, землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Разделы страницы о сейсмологических явлениях и их прогнозировании:

Полезные страницы, связанные с сейсмологией и землетрясениями:

Причины землетрясений

Когда блоки задевают друг за друга, накапливается энергия упругой деформации. Сначала происходит изгиб краевых частей блоков, а затем накопленная энергия скачкообразно высвобождается с резким передвижением их вверх, вниз или в сторону. При резком движении вверх в океане формируется волна, высота которой при приближении к берегу, на мелководье, увеличивается и формируется цунами.

В каких местах развиваются землетрясения

Землетрясение – результат разрыва, нарушения «сплошности» пород в связи с создавшимися в земной коре (мантии) новыми термодинамическими условиями [а не тектоническими?]. Сейсмические области и зоны размещены на территории развития мантийных плюмов.

Очаговые зоны большинства сильных и разрушительных землетрясений (М >= 6.0) приурочены, например, на Тянь-Шане, к участкам земной коры, характеризующимися:

Самые крупные города, подверженные землетрясениям:

Этапы развития землетрясения

Землетрясение развивается по следующим этапам ( https://document.wikireading.ru/71990 ):

Сейсмологические центры и порталы (мониторинг сейсмоактивности)

Общепланетарная карта сейсмической опасности (GSHAB, 1999)

Каталоги по землетрясениям

Взято из работы В.Е. Хаин и Э.Н. Халилов (2008). Также смотрите каталоги по вулканизму.

Исследование и прогнозирование землетрясений (статьи и новости)

Как пишет В. И. КейлисБорок, Г. А. Гамбурцев развернул работы по проблеме прогноза землетрясений, впервые поставил её как междисциплинарную фундаментальную проблему. В её рамках он создал многие направления, которые кажутся сейчас существующими вечно: глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ), изучение слабых землетрясений, изучение фонового сейсмического режима и др.

Бытовое прогнозирование землетрясений

Среди признаков близкого землетрясения можно назвать:

О возможности землетрясения наблюдательного человека может предупредить необычное поведение животных, например:

Прогнозирование землетрясений на шельфе

Если в недрах (в осадочном чехле или породах фундамента) присутствуют залежи углеводородов или другие скопления природных газов, то они [перед землетрясениями?] создают в придонной воде аномальные поля. Изучение этих полей на геотраверсах в Охотском море показало следующее:

В донных осадках также изменяются содержания углеводородных и других газов в зависимости от геологических условий. Сверхвысокие концентрации метана (200-300 мл/л) обнаруживаются на полях газогидратов в верхних слоях донных осадков.

Таким образом, газогеохимические исследования воды и донных осадков в морях и океанах являются важным критерием 1) прогноза залежей углеводородов, 2) предсказания землетрясений и цунами, 3) оценки глобальных и региональных экологических условий.

Статистика урона от землетрясений

Человеческие жертвы в результате сейсмологических явлений

Экономический урон от сейсмологических явлений

Сейсмические последствия в гидросфере

Древние цунами в истории Земли

Гигантский вулкан высотой 2,8 км на острове Фогу (острова Зелёного мыса у западного берега Африки) разрушился во время извержения 73 тысячи лет тому назад, После взрыва вулкана половина его восточных стенок общим объёмом в 160 кубических километров была выброшена в море. Это обрушение породило волну высотой 300 метров [!], которая пронеслась над соседним островом Сантьяго, прокатив 770-тонные камни словно гальку. Далее цунами прокатилось на 50 километров вглубь материка и смело всё на своём пути.

Исторически засвидетельствованные цунами

Средиземноморское цунами 21 июля 365 года

Археологи Института национального наследия Туниса обнаружили подводные руины древнего римского города Неаполиса, разрушенного цунами 21 июля 365 года нашей эры. Историки считают, что часть города исчезла во время землетрясения, которое состояло из двух толчков максимальной магнитудой восемь баллов. В результате катастрофы некоторые части острова Крит сдвинулись на 10 метров.

Индоокеанское цунами 26 декабря 2004 года

В 2004 году 26 декабря произошло подводное землетрясение огромной силы, эпицентр которого находился на 10-километровой глубине к северу от индонезийского острова Симелуэ, расположенного у западного побережья Суматры. Землетрясение вызвало катастрофическое цунами, ударившее по побережью Индии и Южной Азии [в т.ч. по Андаманским островам?].

Аномально высокие волны («волны-убийцы»)

Источник

Вероятностный анализ сейсмической опасности

Причиной написания этой статьи стала распространенная рядом СМИ информация о прогнозе «мощнейшего» землетрясения, которое может произойти в ближайшие 30 лет в Японии и на Курилах с вероятностью до 40%. Ссылались журналисты на японских ученых. Нам удалось найти оригинал статьи, откуда, по всей видимости, и взяты сведения. Она была опубликована 20 декабря в Japan News и сейчас находится в платном архиве, но у нас есть замечательный ресурс wayback machine.

Ниже мы постараемся разобрать, о чем же действительно первоисточник, погружаясь в дебри математики и основы вероятностного анализа сейсмической опасности. Если в двух словах, то японские сейсмологи дали не прогноз мега-землетрясения на Курилах, а описали модельные характеристики сейсмических источников, которые учитываются при составлении карт сейсмического районирования со сроком службы зданий и сооружений на ближайшие 30 лет. Попытаемся произвести вычисления. Без суперкомпьютеров…

Итак, главная задача сейсмического районирования – определение наиболее вероятных сейсмических воздействий. Термин «наиболее» мы ниже расшифруем. Для начала запишем простую математику и введем некоторые термины, понятные для большинства читателей даже более-менее знакомых с теорией вероятностей и математической статистикой. Для определенности сейсмические воздействия будем измерять в физических параметрах ускорения. Скажем, пиковое ускорение грунта 0.7g (где g=9.81 м/с^2 – ускорение свободного падения) соответствует интенсивности сотрясений около IX баллов, а IX баллов – это катастрофа.

У каждого землетрясения есть своя магнитуда M. Это величина, которая характеризует силу (размер разрыва, энергию и т.д.) в очаге. Не путать с баллом! Балл – это уже проявление сотрясаемости на поверхности, то есть ощущаемость. Чем ближе к эпицентру, тем интенсивнее колеблется поверхность Земли, тем выше уровень сейсмических воздействий, а удаляясь от эпицентра, сейсмические сигналы затухают. Это фундаментальное свойство, присущее всем сигналам в сплошной среде. Назовем его законом затухания сейсмических воздействий. Очевидно, что разрушает здание не магнитуда, а пиковые ускорения грунта, которые превышают некоторый предельный уровень, заложенный при проектировании и строительстве (рис. 1).

где c_1, c_2, c_3, c_4, c_5, c_6, c_7 – регрессионные коэффициенты, а F и S описывают соответственно зависимость от типа разлома (Fault) и характеристик грунта (Soil).

Рисунок 2. Кривая затухания пиковых ускорений грунта с расстоянием для землетрясения с магнитудой M=5.8: 1 – измеренные значения, 2 – региональная регрессия, 3 – доверительный интервал ±σ, 4 – плотностная функция стандартного нормального распределения натурального логарифма пикового ускорения на расстоянии 10 км от очага, 5 – уровень пиковых ускорений 0.7g.

Изменчивость (от события к событию и от пункта к пункту), наблюдаемая в данных по сильным движениям грунта, описывается нормальным распределением величины ln ⁡PGA(m,r) в каждой точке (m,r) посредством нулевого среднего и стандартной ошибки σ (рис. 2). К этому все же стоит относиться как к допущению, но вполне рабочему [Cornell, 1968].

где Ф – функция распределения стандартной нормальной величины. В приложении дана таблица с численными значениями нормального распределения. Мы ее позаимствовали из [Baker, 2008].

Рисунок 3. Схематическая иллюстрация сейсмических источников.

Таблица 1. Вероятностные модели источника землетрясений заданной магнитуды в заданной точке.

Тогда вероятность непревышения заданного уровня сейсмических воздействий a от сейсмического события с магнитудой M_i в точке k (рис. 3) в последующий промежуток времени T будет задаваться по аналогии с (5):

где R_k – расстояние от очага землетрясения в точке k до пункта, в котором мы ожидаем сейсмические воздействия.

С учетом условия независимости магнитуд из (6) получим вероятность непревышения заданного уровня сейсмических воздействий a от серии землетрясений в точке k в последующий промежуток времени T :

Разумно предположить, что сейсмические источники независимы, и каждый из них живет своей жизнью. Опять-таки, в большой сейсмологии встречаются случаи, когда тектоническая активность одного разлома вызывает активизацию сейсмичности на другом. Тем не менее, из предположения независимости набора N сейсмических источников получим вероятность непревышения заданного уровня сейсмических воздействий a в нашем пункте «ожидания» в последующий промежуток времени T :

Перейдем от вероятности непревышения в (8) к вероятности превышения:

a│T)=1-P(A≤a│T). (9)$» data-tex=»display»/>

Выражение (9) является базовым для производства карт сейсмического районирования в вероятностном анализе сейсмической опасности.

Вероятность непревышения заданных сейсмических воздействий по формуле (5) будет оцениваться как

Искомая вероятность превышения согласно (9) и (12) задается как

Раскладывая (13) по степеням λT и оставляя только первые члены разложения, получим:

a│T)=λT*(1-Pr(A≤a│m,r)). (14)$» data-tex=»display»/>

Таким образом, при некоторых допущениях мы получили простую формулу для оценки нормативных сейсмических воздействий вероятностным методом. Осталась последняя деталь. Это закон затухания сильных движений грунта для Курильских островов.

Для Курильских островов близким по геологическим и тектоническим условиям является соседний регион Японии. Здесь, как и в Калифорнии, на современном уровне разработаны уравнения затухания пиковых ускорений грунта. Наиболее унифицированной моделью, учитывающей разделение сейсмичности на субдукционный и коровый тип, является базовая модель Ши и Мидорикава [Si, Midorikawa, 1999]. Более поздние модификации этой модели во многом связаны с уточнением коэффициентов после детального анализа сейсмических воздействий мега-землетрясения Тохоку 2011 г. (Mw 9.0).

30 км, (15) \end$» data-tex=»display»/>

A – пиковое ускорение в см/с^2 ; D – «средняя» глубина плоскости разрыва (глубина центроида) в км; X – наикротчайшее расстояние до разрыва в км ; Mw – моментная магнитуда;

Для коровых землетрясений S_1=1, S_2=0, S_3=0; для межплитовых землетрясений S_1=0, S_2=1, S_3=0; для внутриплитовых S_1=0, S_2=0, S_3=1.

Рисунок 4. Модель сейсмического источника на южных Курилах (источник)

Целью такого анализа является оценка вероятности превышения уровня движения грунта, а главный результат состоит в определении зависимости вероятности превышения от уровня движения, которая называется кривой опасности. Кривая опасности наглядно приведена на рис. 5 согласно данным из табл. 2. Из рис. 5 мы видим, что вероятность превышения 0.06 в течение ближайших 30 лет соответствует уровню сейсмических воздействий около 0.9g. Это больше 9 баллов. Такая оценка для Курильских островов является волне естественной и ожидаемой, если вспомнить, что здесь в 1994 году произошло крупное землетрясение, именуемое Шикотанским. Оно сопровождалось разрушениями сооружений, гибелью людей, волнами цунами и многочисленными оползнями. Интенсивность сотрясений на о. Шикотан составила от VIII до IX баллов по шкале MSK-64.

Рисунок 5. Кривые опасности для о. Шикотан по модели сейсмического источника на южных Курилах по данным этого источника.

Кроме Пуассоновской модели существуют модели возникновения землетрясений с «памятью», которые учитывают историю предшествующей сейсмичности. К ним относится Броуновская модель (Brownian Passage Time). Ее применяют японские коллеги при построении карт сейсмического районирования для хорошо изученных территорий. По их оценкам, вероятность возникновения мега-землетрясения в ближайшие 30 лет на южных Курилах составила от 0.07 до 0.4 (рис. 4).

Представьте себе, что максимальное землетрясение происходит строго периодично – один раз в 1000 лет. И вот оно произошло, скажем, 20 лет назад, а мы собираемся в этом месте построить жилые здания, которые прослужат следующие 50 лет. За это время сильные события уже не произойдут, так как были только что, а следующее повторится не раньше, чем через 980 лет. Если такой факт периодичности установлен, то используется Броуновская модель. Тогда мы получим карты сейсмического районирования с более низкими значениями расчетной интенсивности сейсмических воздействий, и это на выходе удешевит строительство. Какую модель выбирать, решает не один специалист, а группа экспертов.

Для расчета кривой опасности по Броуновской модели требуется больше времени и материалов. Однако мы примем для простоты, что вероятность возникновения одного землетрясения в последующие 30 лет нам известна и она равна p1, согласно донесению японских коллег. Тогда вероятность того, что ни одного события в ближайшие 30 лет не произойдет примем p0=1-p1. Окончательно вероятность превышения будет задаваться как

a│T)=1-P=1-p0-Pr⁡* p1=p1*(1-Pr(A≤a│m,r)). (17)$» data-tex=»display»/>

Последнее. Почему японские сейсмологи дали вероятностную модель сейсмических источников на ближайшие 30 лет? В японских нормах приняты эксплуатационные сроки «жизни» зданий и сооружений 30 и 50 лет, в российских строительных правилах – 50 лет. Технология сейсмического районирования во всем мире (в том числе и у нас в стране) сводится к оценке сейсмических воздействий, которые будут превышены в течение 30 или 50 лет с заданной вероятностью. Для объектов нормальной ответственности (а это наши с вами жилые дома и офисы) строительными нормами задается вероятность превышения 0.1 в течение 50 лет. Для 30 лет задается вероятность 0.06 (это Япония и некоторые другие страны).

Таким образом, японские сейсмологи приняли консервативную оценку сейсмической модели, которая будет использована при актуализации карт сейсмического районирования. Это подчеркивает высокую ответственность и культуру сейсмологических изысканий японских ученых. Это также говорит о том, что Земля не знает границ, и исследование природных явлений требует объединения усилий ученых из разных стран.

Источник