Классификация землетрясений. 
Природа землетрясений

Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит (Б.Б. Голицин, 1911 год).

Выделяют тектонические землетрясения, глубокофокусные землетрясения, вулканические землетрясения, техногенные и антропогенные землетрясения, обвальные землетрясения, мега землетрясения, разрушительно-катастрофические землетрясения, слабые землетрясения, микро землетрясения, сейсмический шум и микро сеймы.

Тектонические землетрясения.

Большая часть всех известных землетрясений относится к этому типу. Они связаны с процессами горообразования и движениями в разломах литосферных плит. Верхнею часть земной коры составляют около десятка огромных блоков — тектонических плит, перемещающихся под воздействием конвекционных течений в верхней мантии.

Одни плиты двигаются навстречу друг другу (например, в районе Красного моря). Другие плиты расходятся в стороны, третьи скользят друг относительно друга в противоположных направлениях. Это явление наблюдается в зоне разлома Сан-Андреас в Калифорнии.

Значительная часть землетрясений происходит под морским дном, практически также как и на суше. Некоторые из них сопровождаются цунами, а сейсмические волны, достигая берегов, вызывают сильные разрушения, подобно тем которые имели место в Мехико в 1985 году. Однако землетрясения возникают не только в местах разломов — границ плит, но и в центре плит, под складками — горами образующимися при выгибании пластов вверх в виде свода (места горообразования). Одна из самых быстрорастущих складок в мире находится в Калифорнии вблизи Вентуры. Примерно, аналогичный тип имело и Ашхабадское землетрясение 1948 года в предгорьях Копет Дага. В этих складках действуют сжимающие силы, когда такое напряжение горных пород снимается за счет резкой подвижки, то и возникает землетрясение.

Эти землетрясения, в терминологии американских сейсмологов Р. Стейна и Р. Йется (1989 год), получили название скрытых тектонических землетрясений. Формы проявления тектонических землетрясений достаточно разнообразны. Одни вызывают протяженные разрывы пород на поверхности Земли, достигающие десятков километров, другие сопровождаются многочисленными обвалами и оползнями, третьи практически никак не «выходят» на земную поверхность, соответственно ни до, ни после землетрясений визуально эпицентр определить почти не возможно.

Если местность населена и имеются разрушения, то можно оценить местонахождение эпицентра по разрушениям, во всех других случаях — число инструментальным путем по изучению сейсмограмм с записью землетрясения. Существование подобных землетрясений таит в себе скрытую угрозу при освоении новых территорий.

Глубокофокусные землетрясения.

Большинство землетрясений происходит на глубине до 70 километров от поверхности Земли, меньше до 200 километров. Но бывают землетрясения и на очень большой глубине. Например, подобное землетрясение произошло в 1970 году с магнитудой 7.6 в Колумбии на глубине 650 километров. Иногда очаги землетрясения регистрируются и на большой глубине — более 700 километров. Максимальная глубина гипоцентров — 720 километров зарегистрирована на территории Индонезии в 1933, 1934 и 1943 годах.

Морское землетрясение 1996 года в Индонезии, было наиболее сильным глубоким землетрясением с очагом на глубине в 600 километров. Это была редкая возможность для просвечивания глубин Земли до пяти тысяч километров. Однако это происходит нечасто даже в масштабах планеты. Мы смотрим внутрь Земли, потому что мы хотим знать что — там и поэтому установили что внутренне ядро планеты состоит из железо никеля и находится в диапазоне огромных температур и давлений. Очаги почти всех глубоких землетрясений расположены в зоне Тихоокеанского кольца состоящего из островных дуг, глубоководных желобов и подводных горных хребтов. Изучение глубокофокусных землетрясений, неопасных для человека, представляет большой научный интерес — оно позволяет «заглянуть» в машину геологических процессов, понять природу постоянно происходящей в недрах Земли трансформации материи и вулканических явлений. Так, после анализа сейсмических волн от глубокофокусного землетрясения в Индонезии 1996 года сейсмологами Северо-западного Университета США и французской Комиссии по ядерной энергии было доказано, что ядро Земли является твердым шаром из железа и никеля с диаметром в 2400 километров.

Вулканические землетрясения.

Одно из самых интересных и загадочных образований на планете — вулканы (название произошло от имени бога огня — Вулкан) известны как места возникновения слабых и сильных землетрясений. Раскаленные газы и лава, бурлящие в недрах вулканических гор толкают и давят на верхние слои Земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Эти движения вещества приводят к сериям мелких землетрясений — вулканическому тремору (вулканическое дрожание). Подготовка и извержению вулкана и его длительность может происходить в течение лет и столетий. Вулканическая деятельность сопровождается целым рядом природных явлений, в том числе взрывами огромных количеств пара и газов, что сопровождается сейсмическими и акустическими колебаниями.

Движение высокотемпературной магмы в недрах вулкана, сопровождается растрескиванием горных пород, что в свою очередь также вызывает сейсмическое и акустическое излучение. Вулканы делятся на действующие, уснувшие и потухшие. К потухшим относятся вулканы, которые сохранили свою форму, но сведений об извержениях которых просто нет. Однако и под ними происходят локальные землетрясения, свидетельствуя что в любой момент, и они могут проснуться.

Естественно, что при спокойном течении дел в недрах вулканов подобные сейсмические события имеют некоторый спокойный и устойчивый фон. В начале вулканической деятельности происходит активизация и микро землетрясений. Как правило, они достаточно слабые, но наблюдения за ними иногда позволят предугадать время начала вулканической деятельности.

Техногенные и антропогенные землетрясения.

Эти землетрясения связаны с воздействием человека на природу. Проводя подземные ядерные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек, сам того не желая, может вызвать подземные удары. Повышение гидростатического давления и наведенная сейсмичность вызываются закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры. Достаточно спорные примеры подобных землетрясений (может быть произошло наложение как тектонических сил, так и антропогенной деятельности) — Газлийское землетрясение, произошедшее на северо-западе Узбекистана в 1976 году и землетрясение в Нефтегорске на Сахалине, в 1995 году.

Слабые и даже более сильные «наведенные» землетрясения могут вызывать крупные водохранилища. Накопление огромной массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, снижению сил трения на контактах земных блоков. Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Так, для плотин высотой более 10 метров наведенную сейсмичность вызывали только 0,63% из них, при строительстве плотин высотой более 90 метров — 10%, а для плотин высотой более 140 метров — уже 21%. Увеличение активности слабых землетрясений наблюдалось в момент заполнения водохранилищ Нурекской, Токтогульской, Червакской гидроэлектростанций.

Интересные особенности в изменении сейсмической активности на западе Туркменистана автором наблюдались при перекрытии стока воды из Каспийского моря в залив Кара-Богаз-Гол в марте 1980 года, а затем, при открытии стока воды 24 июня 1992 года. В 1983 году залив перестал существовать как открытый водоем, в 1993 году в него было пропущено 25 кубических километров морской воды.

Благодаря высокой и без того сейсмической активности этой территории, быстрое перемещение водных масс «наложилось» на фон землетрясений региона и спровоцировало некоторые его особенности. Быстрая разгрузка или нагрузка территорий, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, связанной с деятельностью человека может совпасть с их естественным сейсмическим режимом, и даже, спровоцировать ощутимое людьми землетрясение.

Обвальные землетрясения.

На юго-западе территории Германии и других местностях, богатых известковыми породами, люди иногда ощущают слабые колебания почвы. Они происходят из-за того, что под землею существуют пещеры. Из-за вымывания известковых пород подземными водами образуются карсты, более тяжелые породы давят на образующиеся пустоты и они иногда обрушаются, вызывая землетрясения. В некоторых случаях, за первым ударом следует другой или несколько ударов с промежутком в несколько дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Подобные землетрясения называют еще — денудационными.

Сейсмические колебания могут возникать при обвалах на склонах гор, провалах и просадках грунтов. Хотя они носят локальный характер, но могут привести и к большим неприятностям. Сами по себе обвалы, сходы лавин, обрушение кровли пустот в недрах могут подготавливаться и возникать под воздействием различных, достаточно естественных факторов.

Обычно это следствие недостаточного отвода воды, вызывающее размывание оснований различных построек, или проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов, в результате которых образуются пустоты, изменяется плотность окружающих пород и другое. Даже в Москве, колебания от подобных явлений могут ощущаться жителями сильнее, чем сильное землетрясение где-нибудь в Румынии.

Чем больше масса обвалившейся породы и высота обвала, тем сильнее кинетическая энергия явления и ощущается его сейсмический эффект. Сотрясения земли могут быть вызваны обвалами и большими оползнями несвязанными с тектоническими землетрясениями. Обрушение в силу потери устойчивости горных склонов громадных масс породы, сход снежных лавин также сопровождаются сейсмическими колебаниями, которые обычно далеко не распространяются. На территории России подобные землетрясения неоднократно происходили в Архангельске, Вельске, и других местах.

Мега землетрясения.

Эти, достаточно редкие, почти планетарного масштаба события — фавориты в череде тектонических землетрясений. По шкале Рихтера их магнитуда более 8.5.

Сегодня, для их классификации используется специальная энергетическая шкала японского ученого Канамори. Их энергии оказывается достаточной, что бы так «раскачать» земной шар, что чувствительной сейсмометрической аппаратурой и наклономерами начинают регистрироваться собственные колебания Земли, длящиеся десятки дней. Этих землетрясений происходит немного, но ими на масштабе сотен лет контролируется сейсмическая машина планеты. Мега землетрясениям обычно предшествует активизация сейсмической активности на больших территориях и всегда, они сопровождаются сериями более слабых землетрясений. Афтершоковые последовательности — последующие после главного толчка землетрясения, продолжают возникать в течение месяцев, а иногда лет. Они бывают и достаточно опасными. Происходя далеко от эпицентра главного толчка, но вблизи от населенных пунктов они могут вызвать большой ущерб, если не от силы своих сотрясений, то, вызывая камнепады и обвалы. Однако это уже другой раздел — что понимать под разрушительным землетрясением.

Разрушительные землетрясения.

Такими землетрясениями независимо от их природы издавна называют те, при которых рушатся города и погибают люди. Колебания от них могут ощущаться за тысячи километров от их эпицентров. Разрушительные землетрясения происходят не часто, однако по степени ущерба от них они более заметны в сообщениях средств массовой информации, показах телевидения, Интернет новостях и других источниках информации. О них еще пойдет речь ниже, однако, по статистике землетрясения начиная с магнитуды 6 по шкале Рихтера, при глубине положения очага в 5−15 километров может оказаться катастрофическим по последствиям, если оно возникло вблизи от города или ответственного сооружения. Поэтому не надо путать две разные вещи — магнитуду землетрясения и его эффект, в последствии измеряемый по количеству разрушений и жертв. В целом прослеживается общая закономерность — чем сильнее землетрясение, тем больше человеческие жертвы и ущерб. Однако это далеко не всегда так, здесь вступает в силу уже случайные факторы — плотность населения и степень освоения территории и даже сезон года, погодные условия в зоне максимальных сотрясений.

К вторичным, а иногда основным поражающим факторам относятся лавины, обвалы, цунами, сели. Возможны большие человеческие жертвы, когда оползень ударяет в чашу водохранилища — вода перехлестывает через плотину в долину реки, где как правило, много поселков.

Слабые землетрясения.

Почти ежедневно, где-то в мире происходят слабые землетрясения при которых здания дают трещины, но не разрушаются, звенит и разбивается посуда и другое. Они вызывают местный интерес, не занимают главного места в сводках мировых новостей и быстро забываются. Их энергии не достаточно для возбуждения опасных сейсмических колебаний на дневной поверхности, хотя они способны вызвать обвалы, оползни и сели. Особенную опасность слабые толчки представляют в горах, где могут оказаться неустойчивые горные склоны. Тогда, даже при незначительном сейсмическом колебании, произойдет их обрушение. Могут возникнуть каменные и ледовые лавины и начаться оползень. Если на их пути окажется населенный пункт или сооружение, то последствия могут оказаться непредсказуемыми.

Слабые землетрясения опасны тем, что могут возникнуть на территориях казалось бы спокойных в сейсмическом отношении, и на очень небольшой глубине. В отличие от сильных, их не ждут с той же напряженностью. Если по сильным землетрясениям чаще всего удается обнаружить признаки их возникновения при геологическом изучении местности или по историческим источникам, то по более слабым такой информации практически никогда не бывает.

Микро землетрясения.

Эти землетрясения регистрируются только в пределах локальных территорий высокочувствительными приборами. Их энергии недостаточно, что бы возбудить интенсивные сейсмические волны способные распространятся на большие расстояния. Можно сказать, происходят почти непрерывно, вызывая интерес только у ученых. Но интерес весьма большой.

Считается, что микро землетрясения не только свидетельствуют о сейсмической опасности территорий, но служат и важным предвестником момента возникновения более сильного землетрясения. Их изучение, особенно в местах, где нет достаточных сведений о сейсмической активности в прошлом, дает возможность не дожидаясь десятки лет сильного землетрясения рассчитать потенциальную опасность территорий. На исследовании микро землетрясений построены многие методы оценки сейсмических свойств грунтов при застройке территорий.

Сейсмический шум и микро сеймы.

Еще более слабые толчки и трески — сейсмический шум и микросейсмы практически непрерывен. Он порождается целым комплексом явлений — от более сильных землетрясений до атмосферных явлений на поверхности земли и уже относиться к микросейсмическим явлениям. На сейсмограммах чутких датчиков постоянно присутствуют слабые колебания — создавая впечатление, что Земля действительно дышит. Сейсмические шумы порождаются городами, транспортом — всем тем, что так или иначе связано с деятельностью человека. Если посмотреть на записи подобных колебаний, то в них отчетливо заметны «антропогенные циклы» — начало и конец рабочего дня, воскресные дни и даже — перерывы на обеденное время. Шумы большого города связаны с одновременным действием большого количества источников и именно поэтому современные сейсмические станции для регистрации землетрясений стараются выносить за пределы городских территорий, размещая в удаленных, горных местностях. В зависимости от природы возникновения сейсмический шум может оказаться, полезен для задач прогноза сильных землетрясений. Появились и используются эффективные методы по данным регистрации микросейсм для определения частотного спектра грунтов или собственных колебаний уже построенного сооружения. Сейсмический шум от самых различных источников «несет» в себе характеристики места где он регистрируется — сведения о характерных частотах колебаний грунтов, их, как называют ученные, динамических свойствах — способности усиливать амплитуды колебаний, или, наоборот, уменьшать и многое другое. В самом деле, наблюдая микросейсмы можно заблаговременно оценить свойства грунтов, на которых предполагается проведение строительных работ. Однако, регистрация шумов может оказаться полезной и для оценки сейсмической устойчивости уже построенных зданий — они отражают характерные периоды сотрясений всего комплекса, т. е., грунтов, фундамента и самого здания. Зная диапазон периодов наиболее опасных колебаний от землетрясений, и сравнивая его с выявленными собственными микроколебаниями сооружения, можно заблаговременно принять меры к увеличению сейсмической сопротивляемости здания.