Зміст

1 Землетруси
2 Загальна характеристика
3 Реєстрація та вивчення землетрусів
4 Сейсмічні хвилі
5 Магнітуда й інтенсивність землетрусів

Землетруси

Загальна характеристика

Землетруси — коливання Землі, викликані раптовими змінами в стані надр планети. Ці коливання являють собою пружні хвилі, що поширюються з високою швидкістю в товщі гірських порід. Найсильніші землетруси іноді відчуваються на відстанях більше 1500 км від вогнища і можуть бути зареєстровані сейсмографами (спеціальними високочутливими приладами) навіть у протилежній півкулі. Район, де зароджуються коливання, називається вогнищем землетрусу, а його проекція на поверхню Землі — епіцентром землетрусу. Вогнища більшості землетрусів лежать у земній корі на глибинах не більше 16 км, однак у деяких районах глибини вогнищ сягають 700 км. Щодня відбуваються тисячі землетрусів, але лише деякі з них відчуваються людиною. Згадки про землетруси зустрічаються в Біблії, у трактатах античних учених — Геродота, Плінія й Лівія, а також у давніх китайських і японських письмових джерелах. До XIX ст. більшість повідомлень про землетруси містили описи, щедро приправлені забобонами, і теорії, що грунтувалися на убогих і недостовірних спостереженнях. Серію систематичних описів (каталогів) землетрусів у 1840 р. почав А. Перрі (Франція). У 1850-х роках Р. Малле (Ірландія) склав великий каталог землетрусів, а його докладний звіт про землетрус у Неаполі в 1857 р. став одним із перших строго наукових описів сильних землетрусів Хоча вже з давніх часів ведуться численні дослідження, не можна сказати, що причини виникнення землетрусів повністю вивчені. За характером процесів у їхніх вогнищах виділяють кілька типів землетрусів, основними з яких є тектонічні, вулканічні й техногенні. Тектонічні землетруси виникають унаслідок раптового зняття напруження, наприклад при переміщеннях уздовж розламу в земній корі (дослідження останніх років показують, що причиною глибоких землетрусів можуть бути і фазові переходи в мантії Землі, що відбуваються при певних температурах і тиску). Іноді глибинні розлами виходять на поверхню Під час катастрофічного землетрусу в Сан-Франциско 18 квітня 1906 р. загальна довжина поверхневих розривів у зоні розламу Сан-Андреас склала більше 430 км. максимальний горизонтальний зсув — 6 м. Максимальна зареєстрована величина сейс-могенних зсувів уздовж розламу 15 м. Вулканічні землетруси виникають унаслідок різких переміщень магматичного розплаву в надрах Землі або в результаті виникнення розривів під впливом цих переміщень. Техногенні землетруси можуть бути викликані підземними ядерними випробуваннями, заповненням водоймищ, видобутком нафти й газу методом нагнітання рідини у свердловини, підривними роботами при видобутку корисних копалин тощо. Менш сильні землетруси відбуваються при обвалі склепінь печер або гірських копалень.

Реєстрація та вивчення землетрусів

Прилад, що записує сейсмічні коливання, називається сейсмографом, а сам запис — сейсмограмою. Сейсмограф складається з маятника, підвішеного усередині корпуса на пружині, і записуючого пристрою Один з перших записуючих пристроїв являв собою обертовий барабан із паперовою стрічкою При обертанні барабан поступово зміщається в один бік, так що нульова лінія запису на папері має вигляд спіралі. Щохвилини на графік наносяться вертикальні лінії — оцінки часу; для цього використовується дуже точний годинник, який періодично звіряють з еталоном точного часу. Для вивчення близьких землетрусів необхідна точність маркування — до секунди або менше У багатьох сейсмографах для перетворення механічного сигналу в електричний використовуються індукційні пристрої, у яких при переміщенні інертної маси маятника щодо корпуса змінюється величина магнітного потоку, що проходить крізь витки індукційної котушки. Слабкий електричний струм, що виникає при цьому, пускає в хід гальванометр, з'єднаний із дзеркальцем, який відкидає промінь світла на світлочутливий папір записуючого пристрою У сучасних сейсмографах реєстрація коливань ведеться в цифровому вигляді з використанням комп'ютерів. Уперше інструментальні спостереження з'явилися в Китаї, де в 132 р Чан Хен винайшов сейсмоскоп, що становив собою майстерно зроблену посудину. На зовнішньому боці посудини, із розміщеним усередині маятником, по колу були вигравірувані голови драконів, що тримають у пащі кульки При хитанні маятника від землетрусу одна або кілька кульок випадали у відкриті роти жаб, розміщених біля основи посудини у такий спосіб, щоб жаби могли їх проковтнути. Спостереження за землетрусами ведуться з найдавніших часів Детальні історичні описи, що надійно свідчать про землетруси із середини І тис. до н е., створені японцями. Велику увагу сейсмічності приділяли й античні вчені — Арістотель та ін. Систематичні інструментальні спостереження, розпочаті в другій половині XIX ст., призвели до виділення сейсмології у самостійну науку (Б. Б. Голіцин, Е. Віхерт, Б. Гутенберг, А. Мохоровичич, Ф Оморі й ін.). Постійні спостереження за землетрусами здійснюються сейсмічною службою. Сучасна світова мережа нараховує понад 2000 стаціонарних сейсмічних станцій, дані яких систематично публікуються в сейсмологічних бюлетенях і каталогах Крім стаціонарних станцій, використовуються експедиційні сейсмографи, у тому числі встановлювані на дні океанів. Експедиційні сейсмографи )асилалися також на Місяць (де 5 сейсмографів щорічно реєструють до 3000 місяцетрусів), а також на Марс і Венеру. Вивченням землетрусів займається сейсмологія Сейсмічні хвилі, що виникають при землетрусах, використовуються також для вивчення внутрішньої будови Землі, досягнення в цій області стали основою для розвитку методів сейсмічної розвідки

Сейсмічні хвилі

Коливання, що поширюються з вогнища землетрусу, являють собою пружні хвилі, характер і швидкість поширення яких залежать від пружних властивостей і щільності порід. До пружних властивостей належать модуль об'ємної деформації, що характеризує опір стисканню без зміни форми, і модуль зрушення, що визначає опір силі зрушення Швидкість поширення пружних хвиль збільшується прямо пропорційно до квадратного кореня значень параметрів пружності й щільності середовища. Подовжні й поперечні хвилі На сейсмограмах ці хвилі з'являються першими Спочатку реєструються подовжні хвилі, при проходженні яких кожна частка середовища зазнає спершу стискання, а потім знову розширюється, здійснюючи при цьому зворотно-поступальний рух у подовжньому напрямку (тобто в напрямку поширення хвилі). Ці хвилі називаються також Р-хви-пями, або первинними хвилями. їхня швидкість залежить від модуля пружності й твердості породи. Поблизу земної поверхні швидкість Р-хвиль складає 6 км/с, а на дуже великій глибині — близько 13 км/с. Наступними реєструються поперечні сейсмічні хвилі, названі також S-хвилями. або вторинними хвилями. При їхньому проходженні кожна частка породи коливається пер- * пендикулярно до напрямку поширення хвилі. їхня швидкість залежить від опору породи зрушенню і складає приблизно 7/12 від швидкості поширення Р-хвиль. Поверхневі хвилі поширюються уздовж земної поверхні або паралельно до неї і не проникають глибше 80—160 км. У цій групі виділяються хвилі Релея й хвилі Лява (названі за іменами учених, що розробили математичну теорію поширення таких хвиль). При проходженні хвиль Релея частки породи описують вертикальні еліпси, що лежать у комірковій площині. У хвилях Лява частки породи коливаються перпендикулярно до напрямку поширення хвиль. Поверхневі хвилі часто позначаються скорочено як L-хвилі. Швидкість їхнього поширення складає 3,2—4,4 км/с. При глибокофокусних землетрусах поверхневі хвилі дуже слабкі. Амплітуда й період характеризують коливальні рухи сейсмічних хвиль. Амплітудою називається величина, на яку змінюється положення частки ґрунту при проходженні хвилі в порівнянні з попереднім станом спокою. Період коливань — проміжок часу, за який відбувається одне повне коливання частки Поблизу вогнища землетрусу спостерігаються коливання з різними періодами — від часток секунди до декількох секунд. Однак на великих відстанях від центру (сотні кілометрів) короткоперіодні коливання виражені слабше: для Я-хвиль характерні періоди від 1 до 10 с, а для 5-хвиль — трохи більше. Траєкторії хвиль Р і S збігаються, хоча перші поширюються швидше. Сейсмічні станції, що знаходяться далеко від епіцентру землетрусу, реєструють не тільки прямі хвилі Р і S. але також хвилі цих типів, уже відбиті один раз від поверхні Землі — РР і SS (або PR, і SR,), а іноді — відбиті двічі — РРР і SSS (або PR2 і SR2). Існують також відбиті хвилі, що проходять один відрізок шляху як Р-хвиля, а другий, після відбивання, — як 5-хвиля. Утворені обмінні хвилі позначаються як PS або SP. На сейсмограмах глибокофокусних землетрусів спостерігаються також інші типи відбитих хвиль, наприклад хвилі, які, перш ніж досягти реєструвальної станції, відбилися від поверхні Землі. їх прийнято позначати маленькою літерою, за якою йде велика (наприклад pR), Ці хвилі дуже зручно використовувати для визначення глибини вогнища землетрусу. На глибині 2900 км швидкість Р-хвиль різко знижується від >13 км/с до -8 км/с; а 5-хвилі не поширюються нижче цього рівня, що відповідає границі земного ядра й мантії. Обидва типи хвиль частково відбиваються від цієї поверхні, і певна кількість їхньої енергії повертається до поверхні у вигляді хвиль, що позначаються як РР і S.5. Р-хвилі проходять крізь ядро, але їхня траєкторія при цьому різко відхиляється, і на поверхні Землі виникає тіньова зона, у межах якої реєструються тільки дуже слабкі /"-хвилі. Ця зона починається на відстані близько 11 тис. км від сейсмічного джерела, а вже на відстані 16 тис км Я-хвилі знову з'являються, причому їхня амплітуда значно зростає через фокусуючий вплив ядра, де швидкості хвиль низькі. Р-хвилі, що пройшли крізь земне ядро, позначаються РКР або Ру. На сейсмограмах добре виділяються також хвилі, які шляхом від джерела до ядра йдуть як хвилі S. потім проходять крізь ядро як хвилі Р, а при виході хвилі знову перетворяться на тип 5. У самому центрі Землі, на глибині більше 5100 км, існує внутрішнє ядро, що знаходиться ймовірно у твердому стані, але природа його поки не цілком зрозуміла. Хвилі, що проникають крізь це внутрішнє ядро, позначаються як РК1КР або SKIKS.

Магнітуда й інтенсивність землетрусів

Магнипуда землетрусів звичай визначається за шкалою, що грунтується на )аписах сейсмографів Ця шкала відома під назвою шкали магнітуд, або шкали Ріхтера (за іменем американського сейсмолога Ч. Ф Ріхтера, що запропонував fi в 1935 р ) Магнипуда землетрусу — безрозмірна величина, пропорційна до логарифма відношення максимальних амплітуд певного типу хвиль цього іемлетрусу і деякого стандартного землетрусу.