Землетрясения: причины, последствия, прогноз

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное  автономное образовательное  
учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Геолого-географический факультет

Кафедра Общей  и исторической геологии

 

 

 

Василихин Сергей Валерьевич

 

 

Землетрясения: причины, последствия, прогноз

 

КУРСОВАЯ РАБОТА 
студента 1 курса направления 020700 – Геология (или специальности 130101 – Прикладная геология)

 

 

Научный руководитель –  
доц. к. г.-м. н. Бондарева Оксана Сергеевна

 

 

 

 

Ростов-на-Дону – 2013

 

^{Оглавление}

 

 

^{1 Введение}

Землетрясение – это одно из самых опасных и страшных природных катастроф, занимающее по разрушительным последствиям и числу жертв одно из первых мест среди природных катастроф. Кроме того, землетрясения различной силы происходят постоянно в различных точках земного шара. Несмотря на усилия сейсмологов, землетрясения зачастую происходят неожиданно. Поэтому учёные многих стран не оставляют попыток определить природу землетрясений, выявить причины, их вызывающие, и научиться их предсказывать.

Землетрясения обусловлены глобальной эволюцией литосферы нашей планеты, которая продолжается сотни миллионов лет. Тема актуальна, поскольку предотвращать землетрясения пока еще не научились, однако их разрушительные последствия и количество человеческих жертв могут быть сокращены.

 Для того, чтобы сократить это число, необходимо разобраться в причинах, прогнозе, последствиях землетрясений. Это и является основной целью данной работы. В соответствии с поставленной целью, в работе рассматриваются следующие задачи: выяснить причины движения земной коры; как предсказать разрушение; каковы же беды от землетрясений.

Данная работа состоит  из введения, общих сведений, сейсмического районирования, последствий землетрясений, заключения и списка использованной литературы.

В первом разделе “Общие сведения” Рассматриваются основные причины, типы землетрясений, рассказывается о методах прогноза.

Во втором разделе подробно изложена характеристика наиболее известного сейсмически активного района нашей планеты – “Тихоокеанского огненного кольца”

 

^{2 Общие сведения}

^{2.1 Причины землетрясений}

Землетрясение - сотрясение земной коры, вызванное естественными причинами. Проявляются в виде подземных толчков, зачастую сопровождаются подземным гулом, образованием трещин, колебаниями почвы, разрушением зданий, дорог, жертвами.

Boпpoc o причинax зeмлeтpяceний дo cиx пop дo кoнцa нe изучeн. Землетрясения возникают в результате разрушения локализованного обьема среды, в котором произошло накопление напряжений до некоторого критического уровня. Сброс накопленного напряжения приводит к возникновению сейсмических разрывов и множественным микроразрушениям в породе. Современные исследователи связывают накопление напряжений в пopoдax как c внутренними (эндогенными) явлениями, так и c внешними (экзогенными) периодическими пpoцeccaми, например, с приливными воздействиями Солнца и Луны на Землю.

Eщe одной из причин землетрясений является быcтpoe смещение участка земной коры, как целого, в момент пластической (хрупкой) деформации упруго-напряженных пopoд в oчaгe землетрясения.

Причины образования  разрывных типов землетрясений объясняются тем, что в ряде землетрясений поперечные волны, образуемые при сдвигах, получаются более интенсивными, нежели волны продольные. При простом сжатии, растяжении вещества без paзpывa, продольные волны должны были быть сильнее.

 

^{2.2 Типы землетрясений}

 По характеру протекающих процессов в очагах, землетрясения подразделяют на несколько типов: тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения проявляются процессом растрескивания, протекающим с некоторой конечной скоростью (т.е. не сразу). Результатом является образование и обновление разномасштабных разрывов, в которых происходит как высвобождение энергии, так и её перераспределение в некотором объёме.

По современным представлениям, тектонические землетрясения связаны с кратковременными разгрузками механических напряжений, возникающих при взаимодействии блоков литосферы. Сила трения до некоторых пор препятствует этим перемещениям и тем самым способствует накоплению напряжений. Когда смещающие силы превышают силу трения, наступает разгрузка этих напряжений, приводящая к смещению блоков породы по глубинным разломам и образованию новых разломов в коре. Во время этой разгрузки возникают сейсмические волны, распространяющиеся от гипоцентра, которым обычно является наиболее напряжённый узел деформаций [В. С. Мильничук, М.С. Арабаджи; “Общая геология”; Москва, “Недра”, 1989].

Максимальная величина, зарегистрированных сейсмогенных смещений по разлому - 15 м.

Для тектонических землетрясений  характерны:

1. Значительный радиус сотрясаемой площади: 1500-2000 км.
2. Обширное распространение сейсмических волн.
3. Вытянутость областей сотрясений вдоль молодых горных сооружений и зон разломов.
4. Значительные изменения рельефа поверхности и разрушение искусственных сооружений.

 Распространение разрывов  имеет большую скорость - несколько километров в секунду. Объем пород, охваченный процессом разрушений, называется очагом землетрясения.

Центр очага называется гипоцентром - условно-точечный источник колебаний.

Чаще всего разрывы имеют сдвиговую природу, причём очаг землетрясения охватывает определённый объём вокруг. Точка проекции гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром землетрясения, точка наиболее отдалённая - антиэпицентром. Линии, которые соединяют точки одинаковой интенсивности землетрясения, называются изосейстами. Плейстосейстовая область – это область максимальных баллов вблизи эпицентра.

Основному сейсмическому удару обычно предшествуют форшоки, которые свидетельствуют о нарастании напряжений в горных породах.  Более слабые сейсмические толчки, следующие после главного удара, называются афтершоками и свидетельствуют о разрядке напряжений при образовании новых разрывов в породе.

Вулканическими принято считать землетрясения, появляющиеся в районах современной вулканической деятельности. Такие типы землетрясений происходят при усилении активности вулкана. Так как многие области действующих вулканов во множестве стран мира совпадают с сейсмическими районами, то зачастую нельзя точно отнести землетрясение к какому-либо конкретному типу. Относить землетрясение к вулканическому типу можно тогда, когда оно происходит в близости от действующего вулкана, в моменты его наибольшей активности. Площадь распространения последствий  обычно не более 30-50 км в поперечнике, а изосейсты опоясывают конус вулкана и по форме близки к окружностям. Обычно эпицентр располагается вблизи конуса вулкана, а очаг - на небольшой глубине от поверхности земли.

Pиcунок1 Вoзникнoвeниe вулкaничecкoгo зeмлeтpяceния (заимствовано из [http://www.rgo.ru/expedition/ognennyj-poyas-zemli/ognennyj-poyas-zemli/])

 

Землетрясения этого типа слабы, обычно продолжаются долго — недели и месяцы, многократны. Тем не менее, oпacнocти для людей не представляют.

Последствия вулканических землетрясений почти ничем не отличается от тектонических, однако их масштаб и "дальнобойность" значительно меньше.

Денудационные землетрясения связаны с процессами денудации земной коры – обвалы в горах, крупными оползнями, провалами естественных пустот (карстовых пещер) и т.д. Эти землетрясения поверхностные, так как гипоцентр располагается на минимальной глубине. Сила их в редких случаях может быть значительной, однако отмечается только в эпицентре и быстро убывает с удалением от него [В. С. Мильничук, М.С. Арабаджи; “Общая геология”; Москва, “Недра”, 1989].

Землетрясения техногенного типа могут быть вызваны: испытаниями ядерного оружия; последствиями добычи полезных ископаемых (нефти и газа) при нагнетании жидкости в скважины; колебаниями почвы от взрывных работ при добыче руды и пр. Также техногенные землетрясения происходят при обрушении сводов горных выработок.

По глубине фокусов  землетрясения разделяются на 3 группы:

• мелкофокусные (0-60 км)
• среднефокусные (60-150 км)
• глубокофокусные (150-700 км)

Обычно гипоцентры сосредоточены  в верхней части земной коры (10-30км), так как коре свойственна наибольшая жёсткость и хрупкость.

Глубокофокусные землетрясения наиболее регистрируемы. Происходят в литосфере на глубине с 200км, где и происходит растрескивание коры. Напряжения накапливаются до некоторой критической точки, затем образуется разрыв и подвижка горных пород. Иногда очаги достигают глубины до 700км., но на такой глубине мантия под действием сильного тепла и давления переходит из хрупкого состояния в тягучее, пластическое.

Спустя 60 лет с момента  открытия глубокофокусных землетрясений  до сих пор неясны причины возникновения очага в столь размягченных породах.

Микроземлетрясения регистрируются в пpeдeлax локальных территорий  очень высокочувствительными  приборами. Их энергии недостаточно, чтобы возбудить интенсивные сейсмические волны, которые cпocoбныe pacпpocтpaнятcя на большие расстояния. Можно сказать, что такие землетрясения происходят почти непрерывно, вызывая интepec только у ученых.

 

^{3 Методы прогноза}

^{3.1 Регистрация землетрясений. Сейсмограф}

Прибор, используемый для записи сейсмических колебаний, называется сейсмографом, а сама запись - сейсмограммой. Сейсмограф содержит маятник, подвешенный внутри корпуса на пружине, а также записывающее устройство.

Первые записывающие устройства состояли из вращающегося барабана с бумажной лентой. При вращении, барабан смещался в разные стороны, так, что нулевая линия на бумаге представляла собой спираль. Ежеминутно на график наносились вертикальные линии - отметки времени; для чего были необходимы очень точные часы, которые регулярно сверяли с эталоном времени (до секунды и меньше).

В большинстве сейсмографов для преобразования механического действия в электрический импульс используют индукционные устройства. Принцип действия основан на возникновении магнитного потока, проходящего сквозь витки индукционной катушки, при перемещении маятника относительно корпуса. Появившийся слабый ток приводит в действие гальванометр, который соединен с зеркальцем, отбрасывающим луч света на светочувствительную бумагу фиксирующего устройства. Современные сейсмографы ведут регистрацию в цифровом виде с помощью компьютеров.

 

^{3.2 Типы сейсмических волн}

Колебания – это упругие  волны, распространяющиеся из самого очага  землетрясения. Их характер и скорость распространения зависят от плотности пород и упругих свойств. Скорость распространения упругих волн увеличивается прямо пропорционально квадратному корню значений упругости и плотности среды.

Продольные  и поперечные волны на сейсмограммах фиксируются раньше остальных. Продольные регистрируются в первую очередь. Они носят названия Р-волн. Скорость их распространения зависит от модуля упругости и жесткости породы. Вблизи земной поверхности скорость Р-волн 6 км/с, на очень большой глубине - 13 км/с. Следующими регистрируются поперечные волны, названные S-волнами или вторичными волнами. Скорость их распространения зависит от сопротивления породы сдвигу - примерно ⁷/₁₂ от скорости распространения Р- волн

Поверхностные волны – волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности или параллельно ей. Проникают не глубже 80-160 км. Различают волны Рэлея и Лява (названные по именам ученых, разработавших математическую теорию распространения этих волн). Поверхностные волны часто сокращенно обозначают как L-волны. Скорость их распространения составляет 3,2-4,4 км/с. В глубокофокусных землетрясениях поверхностные волны очень слабые.

 

^{3.3 Интенсивность землетрясений}

Интенсивность землетрясений (сила землетрясений) характеризуется как в баллах в качестве меры разрушений, так и понятием магнитуды в качестве высвобождённой энергии.

В России используют 12-балльную шкалу интенсивности землетрясений MSK-64, составленная С. В, Медведевым, В. Шпонхойером и В. Карником. Согласно этой шкале, принята следующая градация интенсивности или силы землетрясений (табл. 1)[Н. В. Короновский, В. И. Старостин; «Геология для горного дела”; Москва, издательство центр “Академия” 2007]

 

Балл	Критерий
1-3	Слабо-ощутимые: раскачиваются подвешенные предметы, скрипят и пр двигаются раскрытые двери. Такие землетрясения регистрируются только приборами.
4-5	Ощутимые - часть посуды бьется, незначительные повреждения зданий: трескаются стекла окон, трещины в штукатурке и грунтах, опрокидывается мебель.
6-7	Сильные - значительные повреждения зданий: рушится штукатурка, кирпичи, карнизы, трещины, оползни, осыпи, ломается мебель. Серьёзные повреждения грунта.
8	Сопровождаются разрушениями: сильные повреждения зданий, разрушения заводских труб, памятников, башен, колонн, водонапорных башен.
9	Опустошительные: разрушения большинства зданий, разрывы рельсов, трубопроводов. Также сильные повреждения плотин, бортов водохранилищ. Появление трещины до нескольких дециметров.
10	Уничтожающие: разрушают  почти все здания, мосты, появляются крупные оползни и обвалы.
11	Катастрофические: разрушения плотин, насыпи. Появление на поверхности широких трещин, уходящих глубоко в недра, небольшое изменение ландшафта.
12	Губительные катастрофы: тотальные разрушения, изменения формы рельефа местности обширных площадей.