Землетрясения
В результате внезапных смещений и разрывов в земной коре возникает могучая природная стихия - землетрясение. Разрушительная сила землетрясений наиболее заметна в больших городах.
Землетрясения принадлежат к самым разрушительным природным силам. Самое могучее землетрясение может быть в 10 тысяч раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 году.
Подчас во время землетрясения земля под ногами напоминает палубу судна во время морской качки. В зависимости от силы землетрясения участки земной поверхности покрываются мелкой рябью или, наоборот, резко кренятся и заваливаются в разные стороны. В отдельных случаях при землетрясении кажется, что по земной поверхности идут волны. Очевидцы подземных толчков 1906 года в Сан-Франциско рассказывали, что видели земные волны высотой до метра. Когда толчки прекратились, выяснилось, что разлом земной коры (Сан-Андреас), вдоль которого произошли толчки, сместился на 6 с лишним метров.
Большинство землетрясений длится лишь несколько секунд, но в отдельных случаях продолжительность подземных толчков превышает минуту. К примеру, землетрясение 1906 года в Сан-Франциско длилось всего 40 секунд, а толчки, потрясшие Аляску 24 января 1964 года, не унимались 7 минут: три из них привели к значительным разрушениям.
Во многих случаях вслед за главным толчком землетрясения идут последующие, их сила постепенно затухает. Эти остаточные толчки, которые геологи называют афтершоками, происходят в результате смещения и осадки, поднятых землетрясением горных пород и также могут причинить огромный ущерб. В 1985 году на мексиканскую столицу Мехико обрушилось землетрясение силой в XI баллов по шкале Меркалли. На следующий день произошел афтершок, сила которого достигла X баллов. В результате этих двух ударов подземной стихии погибло около 10 000 человек, а город остался лежать в руинах.
Зарождение землетрясения
Землетрясения зарождаются глубоко в недрах земной коры. Внешняя оболочка нашей планеты состоит из находящихся в движении тектонических плит. Большинство крупных землетрясений происходят в земных глубинах, на краях тектонических плит, когда эти плиты меняют свое положение не постепенно, а резко, под воздействием силы, которая давит на их края, проламывает горную породу и сдвигает участки земной тверди. Накопившаяся энергия высвобождается в виде подземных толчков различной мощности. Последствия землетрясения зависят от его силы, глубины подземных толчков и характера земной поверхности, которая может разверзнуться пропастью, приподняться или образовать впадины. В горной местности землетрясения приводят к лавинам и оползням, подчас даже глинистые почвы на пологих склонах холмов начинают стекать вниз, подобно вулканической лаве. Рыхлые песчаники и глиноземы под действием землетрясения могут приобрести жидкую консистенцию и превратиться в зыбучие породы. Такое, в частности, наблюдалось на Аляске в 1964 году.
Моретрясения
При моретрясениях возникают гигантские волны - цунами. На океанских просторах такие волны едва различимы, они несутся по водной поверхности со скоростью 790 км в час. По мере приближения к берегу они замедляются, но растут ввысь. Море отступает от берегов, чтобы потом обрушить на них несколько валов громадных (до 20 метров) волн.
После моретрясения 1755 года на португальскую столицу Лиссабон обрушился 17-метровый вал воды. Последующие толчки привели к обвалам и пожарам. Три четверти сооружений города рухнуло, погребя под обломками 60 000 человек.
Поверхность Земли пребывает в постоянном движении. Хотя катастрофические по своим последствиям землетрясения случаются не столь часто, специалисты по землетрясениям - сейсмологи - ежегодно регистрируют около полумиллиона толчков.
В прошлом сейсмологи измеряли силу землетрясения (т. е. количество высвобождаемой им энергии) по шкале Рихтера, названной в честь американского ученого, применившего свой метод на практике в 1935 году. В настоящее время они чаще пользуются шкалой Меркалли. Ее разработал итальянский сейсмолог Джузеппе Меркалли в 1902 году.
При землетрясении ударная волна движется из эпицентра - точки земной поверхности над участком земной толщи, где возникают толчки. Различают несколько типов волн. Волны сжатия, Р-волны, или продольные волны, заставляют частицы пород колебаться подобно спиральной пружине. Р-волны вызывают колебания частиц вдоль направления распространения волны путем чередования участков сжатия и разрежения в породах. Волны сдвига, S-волны, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны подобно вибрирующей гитарной струне. Третий тип толчковых волн - поверхностные, или L-волны, которые заставляют земную поверхность идти рябью и вызывают самые сильные разрушения.
Сейсмически активные зоны
Ученые стали обозначать на картах сейсмически активные участки земной поверхности еще до того, как поняли природу землетрясений. Подземные толчки могут произойти повсюду, где горные породы перемещаются вдоль разломов земной коры, но сильные землетрясения, как правило, возникают в четко определенных зонах. Наиболее часто они случаются в вулканических районах - например, в Тихоокеанском вулканическом поясе.
По мере совершенствования методов определения и точного обнаружения мест подземных толчков стало возможным более надежное картографирование сейсмически активных зон. В результате ученые получили более полную картину сейсмической активности Земли.
Сейсмология была поставлена на подлинно научную основу в 1960-е годы, когда ученые приступили к исследованиям по определению небольших подземных ядерных взрывов после договора о запрещении испытаний ядерного оружия. Специалисты установили немало станций сейсмического наблюдения. Составленные впоследствии карты сейсмической активности показали, что землетрясения чаще всего происходят вдоль линий океанических хребтов, вокруг океанских впадин, на участках разломов земной коры и вблизи молодых горных и вулканических массивов.
Полученные данные подтвердили теорию о том, что 100-километровая внешняя земная кора и ее твердая геологическая мантия состоят из восьми основных тектонических плит, лежащих на поверхности полужидкой внутренней оболочки - астеносферы. Постоянная активность астеносферы приводит тектонические плиты в движение. Они сближаются, сталкиваются, расходятся, сцепляются и т. д.
Движение под землей
Перемещения тектонических плит происходят медленно, и редко имеют постоянный характер. Иногда, кажется, что на протяжении длительного времени тектонических смещений вообще нет. Трение горной породы о такую же породу удерживает плиты на месте. Когда растущая сила движения начинает превышать прочность породы, тектонические плиты внезапно и резко приходят в движение, и на поверхности земли ощущаются толчки.
Никто не может точно предсказать, когда именно произойдет землетрясение. Тщательное картографирование и отслеживание подземной активности позволили ученым определить сейсмически опасные участки земной поверхности и выдвинуть гипотезы о частотности крупных землетрясений. Многие мощные землетрясения давали о себе знать небольшими, но четко различимыми предшествующими толчками, а российские ученые доказали, что изменения в скорости распространения незначительных подземных толчков часто влекут за собой мощные землетрясения. Сейсмологи полагают, что проводимые в настоящее время исследования незначительных изменений в географической поверхности и местных по характеру колебаний магнитного поля Земли позволят получать и другие сигналы о надвигающихся землетрясениях.
Признаки землетрясения
Некоторые особенности в поведении животных могут подсказать человеку, что приближается землетрясение. Чувствуя неизбежные земные толчки, собаки воют, лошадь может понести, а птицы беспокойно описывают в небе круги. В 1975 году жители одного китайского города обратили внимание на странное поведение животных и вовремя оставили свои дома - через несколько часов случилось землетрясение.
В сейсмически опасных зонах ученые регулярно берут пробы воды из колодцев и скважин. Разрывам подземных пород может предшествовать ломка их кристаллической структуры, когда через образовавшиеся щели в подземные воды (и оттуда - в скважины) попадает газ радон. Повышение уровня содержания радона в колодезной воде говорит о возможности скорого землетрясения.
Землетрясению может предшествовать высвобождение электрически заряженных газов. Такие газы могут иметь характерное свечение. Ученые также обнаружили, что перед землетрясением над линией разлома может выделяться газообразный водород - в количествах, превышающих обычные в десять раз.
Специальные приборы - тензодатчики - помогают обнаружить любые отклонения в силе напряжения по линиям разломов и возникающие в результате этих процессов гигантские трещины, которые могут тянуться на несколько километров под землей и на ее поверхности. Инклинометр, похожий на плотницкий уровень, определяет перемещения земной коры, а помещаемые под линией разлома проводные датчики оповещают о любых необычных движениях в земной толще.
Самым точным прибором для обнаружения приближающегося землетрясения является сейсмограф.
Уменьшение последствий
Ни один из описанных методов не исключает ошибки, но каждый из них позволил человечеству лучше понять природу и характер землетрясений. Кроме того, ученые изучают возможности уменьшения масштабов причиняемых разрушений. Некоторые специалисты полагают, что разрушительных последствий сдвигов земной коры можно избежать при помощи небольших искусственных толчков, производимых взрывчатыми материалами.
В отдельных районах небольшие землетрясения были предотвращены за счет затопления разломов. В частности, заполнение сточными водами глубоких скважин недалеко от Денвера (штат Колорадо, США) вызвало несколько незначительных толчков в ранее сейсмически спокойном районе, предотвратив, естественные сейсмические процессы вдоль разлома Сан-Андреас в соседней Калифорнии. Архитекторы России, Америки и Японии уделяют особое внимание проектированию надежных, сейсмически прочных зданий. Обрушения во время землетрясений строительных конструкций приводит к ужасным человеческим жертвам. Следовательно, постройки в сейсмически опасных районах должны быть лишены излишнего декора и дымовых труб и, возводиться на специальных фундаментах, снижающих амплитуду сейсмических колебаний на треть.
