Землетруси

[nexus]

Землетру́си (англ. earthquake, earth shock; нім. Erdbeben n) — короткотривалі, раптові струси земної кори, викликані перемінним переміщенням мас гірських порід у надрах Землі, чому сприяє порушення розтяжності осередку гірських порід і виникнення сейсмічних хвиль. У землетрусів є вогнище (гіпоцентр) та епіцентр землетрусу. Під час сильних землетрусів, на поверхні Землі часто виникають щілини, скиди, зсуви, цунамі; часом землетруси спричинюють великі руйнування (наприклад, 1988 року у Вірменії). Землетруси оцінюють за 12 бальною системою. Від одного до 5 балів майже не чутний землетрус, від 5 до 7 балів на верхніх поверхах багатоповерхівок гойдаються люстри, від 7 до 9 балів йдуть по стінах домів тріщини, від 9 до 12 руйнуються будинки.

Класифікація


Класифікація
Залежно від причин і місця виникнення, землетруси поділяються на:

Тектонічні – обумовлені тектонічними силами земної кори. Вони і становлять переважну більшість землетрусів і характеризуються широкими площами та великою силою (високою бальністю);
Вулканічні – пов’язані з виверженням вулканів. Вони мають локальне поширення, але іноді досить велику силу;
Обвальні – породжені падінням великих масивів гірських порід. Такі землетруси характеризуються локальним характером і порівняно невеликою силою;
Моретруси
Техногенні або Антропогенні – пов’язані з діяльністю людини (заповнення водосховищ, гірничі роботи, підземні вибухи тощо)

Виникнення землетрусу пов'язують переважно з тектонічними процесами. Земна кора з підстильним шаром верхньої мантії (літосфера) розділена на жорсткі блоки — тектонічні плити. Залежно від відносного руху плити або піднімають одна одну (як і при торосінні льодяних глиб), або розсовують краї стикання. У місцях їх зчленування виникає підвищене напруження, під дією якого й відбувається землетрус. Під час землетрусу відбувається швидке, раптове вивільнення потенційної пружної енергії у відносно локалізованій частині Землі. У товщі земних надр відбувається руйнування та розривання суцільності гірських порід, яке досягає в окремих випадках сотні кілометрів. Частина вивільненої енергії переходить у пружні коливання — сейсмічні хвилі, які, досягаючи земної поверхні, викликають коливання ґрунту, зокрема й руйнівні. Найінтенсивнішими та небезпечними для будівель є поздовжні і поперечні сейсмічні хвилі. Зміщення частинок у поздовжніх хвилях відбувається в напрямку їх поширення, перемінно стискуючи та розтягуючи речовину гірських порід. Поперечні хвилі здійснюють зсувні коливання упоперек свого руху. Поздовжні хвилі поширюються зі швидкістю 4…8 км/с, поперечні — 3…4,6 км/с, тому поздовжні хвилі завжди досягають поверхні Землі раніше поперечних[2].

Ділянку, де виникає процес руйнування та випромінювання сейсмічної енергії, називають вогнищем, або гіпоцентровою ділянкою. Початкова точка руйнування (розпорювання розриву) — гіпоцентр, його проєкція на земну поверхню — епіцентр. Більшість вогнищ землетрусів знаходяться у межах земної кори та верхній мантії Землі на глибині 2…70 км (поверхневі землетруси). На них припадає близько 75 % всієї виділеної сейсмічної енергії. Найглибші землетруси зареєстровано на глибині 700 км у Охотському морі, а також у районі западини Тонґа-Кермадек та Індонезії.

Землетруси характеризують часом виникнення, географічними координатами епіцентру (широтою та довготою), глибиною вогнища, виділеною енергією та сейсмічним впливом (інтенсивністю) на поверхні Землі[2].

Здебільшого сильні землетруси (магнітудою понад 5,5) оконтурюють великі літосферні блоки, утворюючи так звані сейсмічні пояси. Найактивнішими є Тихоокеанський і Середземноморсько-Трансазійський. У Тихоокеанському поясі виділяється близько 80 % всієї сейсмічної енергії Землі. Щорічно на Землі відбувається близько 1 млн землетрусів з них 100 землетрусів з магнітудою ≥ 6 і понад 12 з магнітудою ≥ 7, частина з яких призводить до великих руйнувань та людських жертв

[nexus]

Інтенсивність землетрусу (англ. Intensity of earthquake) — міра впливу землетрусу на об'єкти, що виражається балами сейсмічної шкали в залежності від ступеня руйнування типових будівель і споруд, відчуттів очевидців, змін земної поверхні.

Загальна характеристика

Інтенсивність прояву землетрусів на поверхні вимірюється в балах і залежить від глибини осередка і магнітуди землетрусу, що служить мірою його енергії. Максимальне відоме значення магнітуди наближається до дев'яти. Магнітуда пов'язана з повною енергією землетрусу, але ця залежність не пряма, а логарифмічна, зі збільшенням магнітуди на одиницю енергія зростає в 32 рази, тобто при поштовху з магнітудою 6 вивільняється в 32 рази більше енергії, ніж з магнітудою 5, і майже в 1 000 разів більше, ніж з магнітудою чотири. Часто в засобах масової інформації, що оповіщають про сейсмічні катастрофи, ототожнюється шкала магнітуд (шкала Ріхтера) та сейсмічна шкала інтенсивності, вимірювана в сейсмічних балах, оскільки журналісти, що сповіщають про землетрус у 12 балів «за шкалою Ріхтера» плутають магнітуду з інтенсивністю. Інтенсивність тим більша, чим ближче до поверхні розташований осередок, так, наприклад, якщо осередок землетрусу з магнітудою, що дорівнює 8, знаходиться на глибині 10 км, то на поверхні інтенсивність складе балів 11—12; при такій самій магнітуді, але на глибині 40—50 км вплив на поверхні зменшується до 9—10 балів.

Сейсмічні рухи складні, але піддаються класифікації. Існує велика кількість сейсмічних шкал, які можна звести до трьох основних груп. В Україні та інших країнах колишнього СРСР застосовується найбільш широко використовувана у світі 12-бальна шкала MSK-64 (Медведєва-Шпонхойера-Карніка) висхідна до шкали Меркалі-Канкані (1902), в країнах Латинської Америки прийнята 10-бальна шкала Россі-Фореля (1883), в Японії — 7-бальна шкала. Оцінка інтенсивності, в основу якої покладені побутові наслідки землетрусу, яку легко розрізняти навіть недосвідченим спостерігачем, в сейсмічних шкалах різних країн різна. У найбільш простому і зручному вигляді відчуття і спостереження представлені в схематизованій короткій описовій шкалі (варіант MSK), якою може користуватися кожен.

1 Не відчувається ніким, реєструється тільки сейсмічними приладами
2 Відчувається іноді людьми, що знаходяться в спокійному стані
3 Відчувається небагатьма, більш сильно проявляється в приміщеннях на верхніх поверхах
4 Відчувається багатьма (особливо в приміщенні), у нічний час дехто прокидається. Можливий дзвін посуду, деренчання скла в вікнах, хлопки дверей
5 Відчувається майже всіма, багато хто вночі прокидається. Хитання висячих предметів, тріщини в шибках і штукатурці
6 Відчувається всіма, осипається штукатурка, легкі руйнування будівель
7 Тріщини в штукатурці і відколювання окремих шматків, тонкі тріщини в стінах. Поштовхи відчуваються в автомобілях
8 Великі тріщини в стінах, падіння труб, пам'ятників. Тріщини на крутих схилах і на сирому ґрунті
9 Обвалення стін, перекриттів покрівлі в деяких будівлях, розриви підземних трубопроводів
10 Обвали багатьох будівель, викривлення залізничних рейок. Зсуви, обвали, тріщини (до 1 м) в ґрунті
11 Численні широкі тріщини в землі, обвали в горах, обвалення мостів, тільки деякі кам'яні будівлі зберігають стійкість
12 Значні зміни рельєфу, відхилення течії річок, предмети підлітають в повітря, тотальне руйнування споруд

[nexus]

Під інтенсивністю (силою) землетрусу розуміють міру збитків і руйнувань у визначеному місці на поверхні землі, заподіяних землетрусом.

На відміну від шкали магнітуд Ріхтера, шкала інтенсивності землетрусів не мас в основі ні теоретичного обгрунтування, ні інструментальних вимірів. Вона заснована на багаторічних спостереженнях за наслідками багатьох землетрусів на різних територіях. Тому шкала інтенсивності землетрусів не має кінцевої ре­дакції, вона періодично переглядається, уточнюється, модернізується.

Нині у світі використовують декілька шкал інтенсивності землетрусів. На­приклад, в Україні прийнято європейську 12-бальну шкалу М8К-64 (автори: Мєдвєдєв, Спонхевср, Карнік), яка характеризує силу землетрусу відповідно до його наслідків. Ця шкала використовується з 1964 року, і має ряд переваг порівняно зі шкалою Ріхтера, оскільки враховує не тільки енергію землетрусу, але й особливості руйнувань. Відповідно до цієї шкали усі землетруси за силою поділяють на 12 балів.

"Співвідношення між магнітудою та максимальною інтенсивністю за шкалою М5К.-64.

Кожен бал має власну назву, і йому відповідають визначені наслідки. Так, землетрус силою III бали називають "слабким", і відчувається він лише незнач­ною частиною населення. Землетрус силою VI балів - "сильний", він відчувається всіма людьми: зі стін падають картини, спостерігаються незначні пошкодження будинків, відколюються шматки штукатурки.

Землетрус силою XI балів - "катастрофа": спричиняє значні пошкодження будинків, мостів, гребель, залізничних колій, шосейні дороги стають непроїзни­ми, руйнуються підземні трубопроводи; відбувається деформація грунту у виг­ляді широких тріщин, розривів і переміщень у горизонтальному та вертикально­му напрямах, виникають чисельні обвали в гірській місцевості.

Землетруси класифікують за різними ознаками. Найпоширеніша класифікація землетрусів за причиною виникнення та інтенсивністю коливання грунту на поверхні землі.

Землетруси залежно від інтенсивності коливань грунту на поверхні землі кла­сифікують на:

слабкі (1-3 бали); помірні (4 бали); досить сильні (5 балів); сильні (6 балів); дуже сильні (7 балів); руйнівні (8 балів); спустошливі (9 балів); знищуючі (10 балів); катастрофічні (11 балів); надто катастрофічні (12 балів).

Прогнозування землетрусів

Проблема прогнозу землетрусів полягає в послідовному з'ясуванні місця і часу, у межах яких слід чекати можливого землетрусу. Розрізняють декілька видів прогнозу: довгостроковий (роки), середньостроковий (місяці), короткостро­ковий (тижні) і безпосередній (дні, години).

Для проведення довгострокових прогнозів на території України розгорнуто Єдину мережу сейсмічних спостережень, яка включає сейсмічні й геофізичні станції та обчислювальні центри.

Для проведення середньострокових прогнозів на території регіонів також роз­ташовано подібні мережі.

Методи прогнозу землетрусів

Методи прогнозу землетрусів базуються на спостереженні аномалій геофізич­них полів, вимірюванні значень цих аномалій та обробці даних, які опрацьовува­лися. Розрізняють методи прогнозу землетрусів пов'язаних із:

оцінкою сейсмічної активності;

вимірюванням руху земної кори;

виявленням опускання й підняття ділянок земної кори;

вимірюванням кута нахилу земної кори, деформації гірських порід;

визначенням рівнів води у свердловинах і колодязях;

оцінкою змін швидкості сейсмічних хвиль;

реєстрацією змін геомагнітного поля, земляного електроопору;

визначенням складу радону в підземних водах.

Систематичні спостереження за сейсмічністю, деформацією земної поверхні, магнітним полем Землі здійснює Національна академія наук України (у цент­ральних районах України, у Криму й Карпатах із центрами обробки у містах Київ, Сімферополь та Львів).

Координація робіт з аналізу сейсмічної обстановки в Україні, з урахуванням усього комплексу Інформації, здійснюється Міжвідомчою комісією із сейсмічно­го моніторингу.

При Інституті геофізики НАНУ працює Комісія із прогнозу землетрусів та оцінки сейсмічної небезпеки. Комісія має два відділення: Кримське (Кримська експертна рада з питань сейсмології) і Карпатське (експертна рада з питань сейсмології Карпатського регіону).

При Раді міністрів Автономної Республіки Крим створено Експертну раду з оцінки сейсмічної небезпеки і прогнозу землетрусів, яка займається усім комп­лексом питань, що стосуються визначення (прогнозування) сейсмічної небезпе­ки, сейсмостійкого будівництва та захисту від землетрусів на території Криму.

Усього в України розташовано 34 сейсмічні та геофізичні станції, серед яких 19 сейсмічних станцій оснащені сучасною цифровою апаратурою. Отримана інфор­мація надходить та обробляється в Національному центрі сейсмічних даних. Ме­тодика в цілому не відрізняється від світових, але її головний недолік - відсутність можливості отримання інформації на пунктах у реальному масштабі часу.

У результаті спостережень отримано сотні тисяч записів сейсмічних подій, проведено їх обробку, визначено тип (землетрус, природний чи техногенний ви­бух, шум), параметри землетрусу у вогнищі, каталоги сейсмічних подій, які відбу­лися на території України або поблизу її кордонів, і детальні дані про них.

Сучасний етап розвитку сейсмічного моніторингу базується на досвіді багато­річних сейсмологічних досліджень та інструментальних спостережень, що ведуть­ся, починаючи з кінця XIX століття, у Криму і Карпатському регіоні. Але сейсміч­ний моніторинг не може бути реалізований без аналізу можливостей, що зумовлю­ють і визначають систему сейсмічних спостережень. Нинішня мережа сейсміч­них станцій України являє собою дві ізольовані одна від одної регіональні системи спостережень, що контролюють сейсмічну активність не більше 300 км.

Віщунами землетрусу можуть слугувати деякі непрямі ознаки, про які має знати населення:

запах газу в районах, де раніше повітря було чистим, і це явище не спостерігалося;

занепокоєння птахів і домашніх тварин;

спалахи у вигляді розсіяного світла блискавок;

іскріння близько розташованих, але недотичних один до одного електричних дротів;

блакитне світіння внутрішніх поверхонь стін будинків;

самозапалювання люмінесцентних ламп незадовго до підземних поштовхів.

Заходи щодо зменшення наслідків землетрусу

Інженерно-технічні заходи:

1. Проектування й будівництво об'єктів із включення заходів щодо підвищен­ня їх сейсмостійкими залежно від інтенсивності землетрусу, що прогнозується у визначеному місці на поверхні землі. Відповідно до ДСТУ при прогнозуванні зем­летрусу силою до VI балів спеціальні заходи щодо підвищення сейсмостійкості будинків не проводяться, при очікуваних землетрусах силою VII—ІХ балів про­водяться заходи щодо підвищення сейсмостійкості об'єктів. При прогнозуванні землетрусів силою більш ІХ балів, будівництво об'єктів у даній місцевості забо­ронено.

2. Підвищення сейсмостійкості побудованих будинків відповідно до сейсмо-небезпечності регіону і ДСТУ з будівництва у цьому регіоні.

3. Розосередження об'єктів при будівництві міст та населених пунктів.

4. Забезпечення підвищення пожежостійкості об'єктів.

5. Будівництво доріг з твердим покриттям з метою забезпечення маневру рятувальних сил і засобів, проведення необхідних евакуаційних заходів.

6. Заборона будівництва потенційно безпечних об'єктів, особливо ядерно-і хімічно небезпечних, у регіонах із підвищеною сейсмічністю.

Організаційні заходи:

1. Планування попередження й ліквідації наслідків надзвичайної ситуації на всіх рівнях - розробка необхідних оперативних, мобілізаційних та адміністративно-організаційних документів. Основним документом у органах управління з надзвичайних ситуацій є План дій щодо запобігання і ліквідації надзвичайних ситуацій.

2. Підготовка сил і засобів для проведення рятувальних та інших невідклад­них робіт. Визначення необхідної кількості, складу і оснащення сил здійснюється на основі прогнозування і моделювання надзвичайної ситуації.

3. Забезпечення населення засобами індивідуального захисту - медичними засобами надання першої медичної допомоги, а у районах розташування ядерно-і хімічно небезпечних об'єктів - засобами захисту органів дихання, йодовими препаратами.

4. Контроль за сейсмічною обстановкою у регіоні, у тому числі прогнозування землетрусів.

5. Організація ефективної системи оповіщення населення шляхом побудови дублюючих систем оповіщення у разі руйнування основних систем зв'язку, вклю­чаючи підготовку мобільних засобів оповіщення на автомобілях; підготовку ва­ріантів текстів оповіщення при загрозі та виникненні землетрусу.

6. Підготовка населення на випадок загрози та виникнення землетрусу є обо­в'язковим для всього населення.

[nexus]

Магнітуда землетрусу (від англ. magnitude — величина, Mw) — умовна величина, що характеризує кількість енергії, яка виділилася у вогнищі землетрусу. Пропорційна до лоґарифму максимальної амплітуди зміщення частинок ґрунту, яке фіксується сейсмічними станціями. Максимальна магнітуда землетрусу становить близько 9,5, що відповідає енергії 1019 Дж.