Тектоническое землетрясение

Тектоническое землетрясение — это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапного высвобождения энергии, накопленной в литосфере Земли при деформации горных пород, вызванной тектоническими движениями. Является наиболее распространённым и разрушительным типом землетрясений, составляя более 90% всех зарегистрированных сейсмических событий.

Причины возникновения

Основной причиной тектонических землетрясений служит движение литосферных плит. Земная кора разделена на несколько крупных и множество мелких плит, которые постоянно перемещаются относительно друг друга со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Это движение обусловлено конвекционными потоками в мантии Земли.

В зонах контакта плит возникают колоссальные напряжения. Горные породы обладают упругостью, и под действием тектонических сил они могут накапливать энергию упругой деформации в течение длительного времени — от десятков до тысяч лет. Когда напряжение превышает предел прочности горных пород, происходит их разрыв (хрупкое разрушение) и смещение вдоль образовавшейся трещины — разлома. Этот процесс сопровождается мгновенным высвобождением накопленной энергии в виде упругих сейсмических волн.

Типы тектонических движений

Выделяют три основных типа относительных движений блоков земной коры вдоль разлома, которые вызывают землетрясения:

• Сдвиг — блоки перемещаются горизонтально друг относительно друга вдоль простирания разлома. Пример: разлом Сан-Андреас в Калифорнии.
• Взброс (надвиг) — один блок поднимается относительно другого, «наползая» на него. Характерен для зон сжатия, например, в зонах субдукции (Гималаи, Япония).
• Сброс — один блок опускается относительно другого. Характерен для зон растяжения, например, в рифтовых долинах (Восточно-Африканская рифтовая зона).

Характеристики и параметры

Тектонические землетрясения описываются рядом количественных и качественных характеристик.

Очаг и гипоцентр

Очаг землетрясения — это объём горных пород в толще Земли, в котором происходит разрыв и высвобождение энергии. Гипоцентр (фокус) — это условная точка в очаге, откуда начинается распространение сейсмических волн. Глубина гипоцентра варьируется от нескольких километров до 700 км. По глубине землетрясения делятся на:

• Мелкофокусные (0–70 км) — наиболее разрушительные, так как энергия почти не затухает до поверхности.
• Среднефокусные (70–300 км).
• Глубокофокусные (300–700 км) — характерны для зон субдукции, ощущаются на больших площадях, но редко вызывают сильные разрушения на поверхности.

Эпицентр — проекция гипоцентра на земную поверхность. В эпицентре интенсивность сотрясений максимальна.

Магнитуда и интенсивность

Для оценки силы землетрясения используют две основные шкалы.

Магнитуда — это безразмерная величина, характеризующая энергию, выделившуюся в очаге. Наиболее известна шкала Рихтера (локальная магнитуда M_L), однако для тектонических землетрясений чаще используют моментную магнитуду (M_w), которая точнее отражает энергию крупных событий. Шкала магнитуд логарифмическая: увеличение магнитуды на 1 означает увеличение амплитуды колебаний в 10 раз и выделенной энергии примерно в 32 раза.

Интенсивность — это качественная характеристика силы сотрясений на поверхности Земли, измеряемая в баллах. В России и странах СНГ используется 12-балльная шкала MSK-64 (Медведева — Шпонхойера — Карника). Интенсивность зависит от магнитуды, глубины очага, расстояния до эпицентра, а также от геологических условий (тип грунта, рельеф). Например, землетрясение магнитудой 7,0 на глубине 10 км может вызвать интенсивность до 9–10 баллов в эпицентре, а то же землетрясение на глубине 100 км — лишь 5–6 баллов.

Сейсмические волны

Высвобождающаяся энергия распространяется в виде упругих волн трёх основных типов:

• P-волны (продольные) — волны сжатия и растяжения, самые быстрые (6–8 км/с в верхней коре). Распространяются в твёрдых телах, жидкостях и газах. Первыми достигают сейсмостанций.
• S-волны (поперечные) — волны сдвига, медленнее P-волн (3–5 км/с). Распространяются только в твёрдых телах. Вызывают основные разрушения, так как их амплитуда больше.
• Поверхностные волны — возникают при взаимодействии P- и S-волн с поверхностью Земли. Самые медленные (2–3 км/с), но обладают наибольшей амплитудой и длительностью. Именно они вызывают наиболее сильные колебания грунта на больших расстояниях от эпицентра.

Классификация

Тектонические землетрясения классифицируют по нескольким признакам.

По глубине очага

Уже упомянутое деление на мелко-, средне- и глубокофокусные.

По магнитуде

• Слабые (M< 3,0) — не ощущаются человеком, регистрируются только приборами.
• Умеренные (3,0 ≤ M < 5,0) — ощущаются, могут вызывать незначительные повреждения.
• Сильные (5,0 ≤ M < 7,0) — вызывают значительные разрушения в эпицентральной зоне.
• Великие (M ≥ 7,0) — катастрофические разрушения на обширных территориях. Крупнейшие зарегистрированные землетрясения имели магнитуду 9,0–9,5 (Великое Чилийское землетрясение 1960 года, M_w 9,5).

По положению в тектонической структуре

• Межплитные — происходят на границах литосферных плит. Составляют подавляющее большинство сильных землетрясений.
• Внутриплитные — происходят вдали от границ плит, внутри континентов или океанических плит. Причины менее изучены, но часто связаны с древними разломами, которые активизируются под действием региональных напряжений. Примеры: землетрясения в районе Нью-Мадрида (США, 1811–1812 гг.) или в Восточно-Европейской равнине.

Географическое распространение

Подавляющее большинство тектонических землетрясений приурочено к сейсмическим поясам Земли — узким зонам, совпадающим с границами литосферных плит.

• Тихоокеанский сейсмический пояс («Огненное кольцо») — опоясывает Тихий океан. Здесь происходит около 80–90% всех землетрясений мира. Включает зоны субдукции у берегов Японии, Индонезии, Чили, Аляски, Курильских островов и Камчатки.
• Средиземноморско-Трансазиатский (Альпийско-Гималайский) пояс — протягивается от Средиземноморья через Балканы, Турцию, Кавказ, Иран, Гималаи до Юго-Восточной Азии. Здесь происходят сильные землетрясения, связанные с коллизией (столкновением) континентальных плит.

На территории России наиболее сейсмоактивными регионами являются Курильские острова, Камчатка, Сахалин, Прибайкалье, Забайкалье, Алтай, Саяны, Кавказ и Крым.

Последствия

Тектонические землетрясения являются одними из самых разрушительных природных явлений. Их последствия делятся на первичные и вторичные.

Первичные последствия

• Колебания и разрушения грунта — обрушение зданий, мостов, дорог, плотин, линий электропередач. Степень разрушения зависит от сейсмостойкости сооружений и интенсивности сотрясений.
• Разрывы и смещения земной поверхности — образование уступов, трещин, сдвигов дорог и трубопроводов.

Вторичные последствия

• Цунами — гигантские волны, возникающие при подводных землетрясениях с магнитудой более 7,0, особенно если происходит вертикальное смещение океанического дна. Цунами 2004 года в Индийском океане (M_w 9,1) унесло жизни более 230 тысяч человек.
• Оползни, обвалы, камнепады — особенно характерны для горных районов. Могут перегораживать реки, образуя запрудные озёра.
• Сели — грязекаменные потоки, часто возникающие при сходе оползней в дождливую погоду или при таянии ледников.
• Пожары — возникают из-за повреждения газопроводов, электрических сетей и утечки горючих материалов (например, Великое землетрясение в Сан-Франциско 1906 года).
• Психологическое воздействие — паника, массовые психозы, посттравматическое стрессовое расстройство у выживших.

Прогнозирование и сейсмостойкое строительство

Надёжный краткосрочный прогноз точного времени, места и магнитуды тектонических землетрясений в настоящее время невозможен. Учёные изучают предвестники (изменение уровня грунтовых вод, деформации земной коры, аномалии в электромагнитном поле, поведение животных), но ни один из них не является надёжным и универсальным.

Основной способ снижения ущерба и жертв — сейсмостойкое строительство. Здания и сооружения в сейсмоопасных районах проектируются с учётом возможных сотрясений. Применяются специальные конструктивные решения (антисейсмические пояса, демпферы, скользящие фундаменты), а также используются материалы, способные выдерживать циклические нагрузки. Важную роль играют сейсмическое районирование (карты сейсмической опасности) и обучение населения правилам поведения при землетрясении.

Источники

1. Болт Б. А. Землетрясения. — М.: Мир, 1981.
2. Гутенберг Б., Рихтер К. Ф. Сейсмичность Земли. — М.: Издательство иностранной литературы, 1948.
3. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. — М.: Наука, 1993.
4. Лобковский Л. И., Никишин А. М., Хаин В. Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. — М.: Научный мир, 2004.
5. Шебалин Н. В. Очаги сильных землетрясений на территории СССР. — М.: Наука, 1974.
6. Рихтер Ч. Ф. Элементарная сейсмология. — М.: Издательство иностранной литературы, 1963.