Толчки в недрах Земли, колебания ее поверхности, передающиеся на большие расстояния, как вам известно, называют землетрясениями.
Среди землетрясений много таких, очаги которых расположены на глубине до 70 км от земной поверхности. Это так называемые поверхностные землетрясения. Они сопровождаются огромными разрушениями, которым обычно предшествуют изменения наклона земной коры из-за изгибания ее пластов под воздействием возникающих при этом напряжений.
Пласты после разрыва могут смещаться на несколько метров, а полоса разрыва — распространяться на сотни километров. Энергия, выделяющаяся в процессе разрыва пласта, расходуется на его разрушения и сдвиги, и частично переходит в упругие колебания, которые распространяются во все стороны. Своеобразным спусковым механизмом разрывных напряжений иногда служат приливные явления, связанные с гравитационным полем Луны и Солнца.
Выделяют также промежуточные землетрясения с очагами на глубине от 70 до 300 км, то есть в пределах астеносферы. Механизм землетрясений здесь, в основном, связан с «подныриванием» океанических плит под континентальные, а также с надвиганием одной континентальной плиты на другую.
Кроме того, промежуточные землетрясения, по мнению отдельных ученых, связаны с неустойчивой текучестью вещества на глубине. За счет этого явления происходит местная концентрация напряжений, ведущая к высвобождению энергии. Под земной корой расплавленное вещество может заполнять своеобразные «карманы», приводя к появлению неоднородностей в астеносфере и нарушению текучести ее вещества.
Глубокие землетрясения, с очагами на глубине от 300 до 700 км, по мнению некоторых специалистов, могут происходить также благодаря процессам, сопровождающимся изменениями объема вещества в мантии и разнообразными смещениями.
Впервые явление сейсмичности научно объяснил М. В. Ломоносов в 1757 г., связав его с тектоническими процессами в земной коре. Он же впервые классифицировал эти грозные явления природы в работе «Слово о рождении металлов от трясения Земли».
Приведем его классификацию дословно, поскольку она представляет определенный интерес для истории нашей науки. Землетрясения М. В. Ломоносов подразделял на четыре образа (класса): «Первое, когда дрожит земля частыми и мелкими ударами и трещат стены зданий, но без великой опасности. Второй,— когда, надувшись, встает кверху и обратно, перпендикулярным движением опускается. Здания для одинакого положения нарочито безопасны. Третье, поверхности земной на подобие волн колебания бывает весьма бедственно: ибо отворенные хляби на зыблющиеся здания и на бледнеющих людей зияют, и часто пожирают. Наконец, четвертое, когда по горизонтальной плоскости вся трясения сила устремляется: тогда Земля из-под строений якобы похищается, и оныя подобно как на воздухе высящее оставляет; и, разрушив союз оплотов, опровергает». Далее, раскрывая сущность этих явле
ний, М. В. Ломоносов отмечает, что «разные сии земли трясения не всегда по одному раздельно бывают; но дрожание с сильными стреляниями часто соединятся. Между тем предваряют и в то же время бывают подземные стенания, урчания, иногда человеческому крику и окружному треску подобные звучания».
В дальнейшем, по мере накопления фактов, ломоносовская классификация была усовершенствована. Так, наряду с чисто качественными субъективными показателями, введена и количественная энергетическая шкала, характеризующая очаг землетрясений. Ее создал в 1935 г. немецкий сейсмолог Ч. Рихтер, введя величину магнитуды М, пропорциональную логарифму энергии. В различных сообщениях величину М называют «баллами по шкале Рихтера», что, конечно, неправильно.
В СССР, европейских социалистических странах, Западной Европе, США и других странах для классификации землетрясений используются 12-балльные шкалы. Они все примерно совпадают. Обобщенная шкала, энергетический класс и магнитуда приведены в табл. 2. Встречаются 10- и 7-балльные шкалы
В основу всех этих шкал положены чисто качественные факторы, связанные с наблюдением сотрясений, разрушений и субъективных ощущений человека.
На Земле за год в среднем происходит около 800 ООО землетрясений. Из них примерно 1000 — разрушительные. Сильнейшие землетрясения в среднем возникают раз в 3 года, при них выделяется энергия 1012—1014 МДж. Это соответствует взрывам 200 млн.— 2 млрд. тонн взрывчатого вещества тротила.
О местоположении землетрясений можно судить по данным рис. 14 и 15. Заметим, что из всех землетрясений, в том числе 75 % поверхностных, 90 % промежуточных и примерно 100 % глубоких связаны с Тихоокеанским поясом островных дуг, глубоководных желобов и горных хребтов. Их очаги обычно располагаются в плоскости вокруг Тихого океана, уходящей под углом 45° под континенты. С этой областью связана и интенсивная вулканическая деятельность. Здесь освобождается около 80 % всей энергии землетрясений.
Наиболее сильные землетрясения имеют магниту- ду 8,9. Сильнейшие землетрясения Лиссабонское (1755 г.) и Ассамское в Индии (1952 год) имели магни- туду 8,7. Магнитуда катастрофического Чилийского землетрясения (1960 год) составляла 8,3, а Армянского (1988 год) — 7,5.
При сильных землетрясениях в недрах Земли возникают собственные колебания, аналогичные звучанию колокола после удара по нему. Микросейсмы, то есть незначительные землетрясения, возникают от волнения в водоемах при раскачке ветром деревьев и отдельных сооружений, от движения транспорта.
Вертикальные смещения при землетрясениях на материках могут достигать 10 м, а в океаническом дне — от 100 до 200 м. В последнем случае возникают цунами.
Цунами (в переводе с японского — «волна в гавани») — высокие волны в прибрежных районах, обусловленные землетрясениями под дном океана или в прибрежных зонах, а также подводными вулканическими извержениями при образовании кальдеры, то есть овального или круглого котлообразного углубления на вершине вулкана. Огромные волны возникают также под воздействием тайфунов и сильных приливов.
Цунами образуются в результате смещения горных пород под дном океана и особенно «поршневых» взбросов мутьевых потоков вещества со дна морей в каньонах. Под действием землетрясений это вещество получает толчок, быстро разжижается и создает очаг цунами. В результате образуются длиннопериодные морские гравитационные волны с большой скоростью распространения и огромной кинетической энергией, способствующей их глубокому проникновению на сушу. При подходе к берегу они деформируются и накатываются на него, производя огромные разрушения.
В океане на глубинах 1—5 км скорость цунами достигает 110—220 м/с, или 350—800 км/ч. Длина волны 200— 300 км, высота в открытом океане обычно не превышает 2—3 м, а у берегов достигает десятков метров.
Волны заметно увеличиваются у границ материковой отмели (на глубинах от 200 м и менее), особенно интенсивно на глубинах 10—15 м. В прибрежной зоне растет не только их высота, но и крутизна переднего края, что приводит даже к опрокидыванию волн. Это придает им все более разрушительную силу на берегу в зависимости От интенсивности породившего их землетрясения, расстояния, проходимого волной, протяженности очага цунами, первоначальной высоты волны, особенностей рельефа для суживающихся воронкообразных бухт и проливов, а также для устьев рек, по которым волна может проникать на несколько километров.
Прогноз места, силы и времени землетрясений — одна из важнейших/задач сейсмологии, поскольку землетрясения относятся к одной из самых губительных стихий. Для проверки различных методов и систематизации получаемых результатов и созданы сейсмические станции./ В конце 70-х годов советские сейсмологи установили, что разрушительное действие корот- копериодных сейсмических волн связано не столько с возникновением очага землетрясений, сколько со случайной совокупностью локальных особенностей образовавшихся в /недрах трещин. Из этого следует, что прогноз землетрясений всегда будет вероятным.
Одни сейсмологи утверждают, что для предсказания землетрясений нужно выявить их периодичность для каждого региона. Другие отрицают периодичность этих природных явлений, исходя из результатов изучения статистики землетрясений, зафиксированных на протяжении 3000 лет в Китае и 2000 лет в Японии и на Среднем Востоке.
Сейсмологи отмечают, что рост напряжений и накопление упругой энергии в недрах ведет к физическим изменениям горных пород. Установлено, что перед землетрясением меняются соотношения скоростей упругих колебаний, изменяются электрические и магнитные свойства горных пород, меняется сила тяжести, к поверхности начинают интенсивно поступать различные газы: гелий, аргон, радон и другие, меняется уровень грунтовых вод.
По словам известного отечественного академика Б. Б. Голицына (1862—1916), землетрясение можно сравнивать с фонарем, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит.
Благодаря механическим трениям в приочаговых зонах возникают электромагнитные колебания, которые над сушей могут фиксироваться специальными космическими аппаратами, а .океаническая вода является экраном для таких полей. Перед землетрясениями наблюдаются также свечения в верхних слоях атмосферы, сухая пыльная мгла и пр.