Благодаря современным технологиям, ученым удалось подсчитать, сколько ежегодно происходит землетрясений на нашей планете. Их фиксируется больше миллиона. Большая часть их них не ощущается людьми из-за своей малой магнитуды, но есть те, которые становятся настоящей катастрофой.
А что такое магнитуда землетрясений и в чем ее измеряют? Как ученым удается определять, какие из явлений нанесут ущерб, а какие останутся неощутимыми?
Магнитуда
Учеными были разработаны специальные шкалы, по которым измеряют силу подземных толчков. Чтобы понять, что такое магнитуда землетрясения, необходимо ознакомиться с величинами измерений этого явления.
Есть несколько типов шкал: Меркалли — Канкани, Медведева — Шпонхойера — Карника, Рихтера. Благодаря им понятно, что такое магнитуда. Это число, которое можно измерить по определенному эталонному показателю. Во время очередного землетрясения принято говорить о бальности и магнитуде.
Шкала магнитуды землетрясений Рихтера: появление, принцип вычислений и какими приборами измеряется
Землетрясение – это стихийное бедствие, от которого страдают жители сейсмоактивных территорий Земли. Землетрясение приходит почти всегда внезапно и молниеносно разрушает целые города, проводя черту между «до» и «после».
Но даже в таком внезапном и разрушительном явлении ученые давно нашли варианты по наблюдению, вычислению и подсчетам силы подземных толчков. Шкала Рихтера, о которой мы будем сегодня говорить, как раз и является единицей измерения силы землетрясения и широко используется в сейсмологии по наши дни.
Шкала Рихтера является международной единицей измерения, которая определяет и классифицирует величины: силу и скорость сотрясений земной коры при начале сейсмической активности.
Шкала основана на измерении энергии, выделяемой перемещением коры в эпицентре. Сила землетрясения отсчитывается от энергии, то есть магнитуды землетрясения. Магнитуда землетрясения – величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн.
Стоит отметить, что магнитуда (шкала Рихтера) – это не то же самое, что интенсивность землетрясения. Последнюю высчитывают по шкалам интенсивности волн в земной поверхности.
Интенсивность землетрясения – мера величины сотрясения земной поверхности при землетрясении на охваченной им территории.
Шкала определения магнитуды
Самой первой шкалой длительное время считали сетку Меркалли — Канкани. В наше время она является устаревшей моделью, так что значение подземных толчков ею не измеряют.
Однако на ее основе разработаны все современные методы оценки силы ударов, в числе которых международная шкала MSK 64 (Медведева — Шпонхойера — Карника). Ее берут в большинстве стран мира для анализа интенсивности явления.
Резюме эпицентра против гипоцентра
Эпицентр — это точка на поверхности Земли прямо над землей, где происходит землетрясение по ошибке. Гипоцентр — это фактическая точка, в которой землетрясение происходит вдоль разлома под земной поверхностью. Оба они представляют собой точку отсчета для сейсмических волн, но эпицентр находится на поверхности Земли и используется для измерения двумерного распространения сейсмических волн, тогда как гипоцентр используется для измерения 3-мерного распространения сейсмических волн и является фактическим источником сейсмических волн. Кроме того, поверхностные волны также будут распространяться из эпицентра, тогда как только тела волны первоначально связаны с гипоцентром землетрясения.
MSK 64
Данная система оценки представлена двенадцатибальной шкалой. По ней можно узнать, что характеризует магнитуда землетрясения:
- 1 балл. Такие явления не ощущаются людьми, но их фиксируют аппараты.
- 2 балла. В некоторых случаях могут наблюдаться людьми, чаще всего на верхних этажах зданий.
- 3 балла. Удары заметны тем, у кого высокая чувствительность.
- Землетрясение 4 балла. Отмечается дребезжание стекол.
- 5 баллов. Считается достаточно ощутимым землетрясением, при котором могут раскачиваться отдельные предметы.
- 6 баллов. Образование трещин на зданиях.
- 7 баллов. Возможно падение тяжелых предметов. В стенах зданий появляются крупные трещины.
- 8 баллов. Дома частично рушатся.
- 9 баллов. Здания и другие конструкции рушатся.
- 10 баллов. В грунте возникают глубокие трещины, старые строения полностью разрушаются.
- 11 баллов. На поверхности земли появляются многочисленные трещины, в горах происходят обвалы. Здания полностью разрушаются.
- 12. Рельеф серьезно изменяется, а строения полностью разрушаются.
Пути сейсмических волн.
Продольные и поперечные волны распространяются в толще Земли, при этом непрерывно увеличивается объем среды, вовлекаемой в колебательный процесс. Поверхность, соответствующая максимальному продвижению волн определенного типа в данный момент, называется фронтом этих волн. Поскольку модуль упругости среды возрастает с глубиной быстрее, чем ее плотность (до глубины 2900 км), скорость распространения волн на глубине выше, чем вблизи поверхности, и фронт волны оказывается более продвинутым вглубь, чем в латеральном (боковом) направлении. Траекторией волны называется линия, соединяющая точку, находящуюся на фронте волны, с источником волны. Направления распространения волн Р
и
S
представляют собой кривые, обращенные выпуклостью вниз (из-за того, что скорость движения волн больше на глубине). Траектории волн
Р
и
S
совпадают, хотя первые распространяются быстрее.
Сейсмические станции, находящиеся вдали от эпицентра землетрясения, регистрируют не только прямые волны Р
и
S
, но также волны этих типов, уже отраженные один раз от поверхности Земли —
РР
и
SS
(или
РR
1 и
SR
1), а иногда — отраженные дважды —
РРР
и
SSS
(или
РR
2 и
SR
2). Существуют также отраженные волны, которые проходят один отрезок пути как
Р
-волна, а второй, после отражения, — как
S
-волна. Образующиеся обменные волны обозначаются как
РS
или
SР.
На сейсмограммах глубокофокусных землетрясений наблюдаются также и другие типы отраженных волн, например, волны, которые прежде, чем достичь регистрирующей станции, отразились от поверхности Земли. Их принято обозначать маленькой буквой, за которой следует заглавная (например,
рR
). Эти волны очень удобно использовать для определения глубины очага землетрясения.
На глубине 2900 км скорость P
-волн резко снижается от >13 км/с до ~8 км/с; а
S
-волны не распространяются ниже этого уровня, соответствующего границе земного ядра и мантии
.
Оба типа волн частично отражаются от этой поверхности, и некоторое количество их энергии возвращается к поверхности в виде волн, обозначаемых как
РсР
и
SсS
.
Р
-волны проходят сквозь ядро, но их траектория при этом резко отклоняется и на поверхности Земли возникает теневая зона, в пределах которой регистрируются только очень слабые
Р
-волны. Эта зона начинается на расстоянии ок. 11 тыс. км от сейсмического источника, а уже на расстоянии 16 тыс. км
Р
-волны снова появляются, причем их амплитуда значительно возрастает из-за фокусирующего влияния ядра, где скорости волн низкие.
Р
-волны, прошедшие сквозь земное ядро, обозначаются
РКР
или
Р
ў
.
На сейсмограммах хорошо выделяются также волны, которые по пути от источника к ядру идут как волны
S
, затем проходят сквозь ядро как волны
Р
, а при выходе волны снова преобразуются в тип
S.
В самом центре Земли, на глубине более 5100 км, существует внутреннее ядро, находящееся предположительно в твердом состоянии, но природа его пока не вполне ясна. Волны, проникающие сквозь это внутреннее ядро, обозначаются как
РКIКР
или
SКIКS
(
см
. рис. 1).
Оценка по системе Рихтера
В 1935 году ученый Ч. Рихтер предположил, что магнитуда – это энергия сейсмических волн. На основе этого утверждения он разработал особую шкалу, по которой до сих пор проводят оценку сотрясательной активности.
Шкала магнитуд Рихтера характеризует величину энергии, выделяемой во время сейсмологической активности. В ней используется логарифмический масштаб, где каждое значение указывает на толчок в десять раз больше предыдущего. К примеру, если фиксируется землетрясение 4 балла, то явление вызовет в десять раз более сильное колебание, чем магнитуда 3 балла по этой же шкале.
По Рихтеру, сейсмологическая активность измеряется следующим образом:
- 1.0-2.0 – фиксируется приборами;
- 2.0-3.0 – слабые ощущения толчков;
- 3.0 – раскачиваются люстры в домах;
- 4-5 – толчки слабые, но могут вызывать незначительные разрушения;
- 6.0 – толчки, способные вызвать умеренные разрушения;
- 7 – трудно устоять на ногах, по стенам начинают идти трещины, лестничные пролеты могут разрушаться;
- 8.5 – очень сильные землетрясения, способные вызывать изменения рельефа.
- 9 – вызывает цунами, почва сильно трескается.
- 10 – глубина разлома сто и более километров.
Шкала Рихтера — классификация землетрясений по магнитудам
Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом: 2,0 — самые слабые ощущаемые толчки; 4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям; 6,0 — умеренные разрушения; 8,5 — самые сильные из известных землетрясений.
Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.
При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.
Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2‑3 балла.
Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.
Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.
Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
Землетрясения в истории
Одним из самых сильных землетрясений в мире стала сейсмологическая активность, зафиксированная в 1960 году в Чили. По шкале Рихтера, приборы указали на значительную активность. Тогда чилийцы узнали, что такое магнитуда 8.5 балла. Толчки вызвали цунами с десятиметровой высотой волн.
Через четыре года, в северной части Аляскинского залива, были зафиксированы сотрясания магнитудой 9 баллов. Из-за этой активности плит произошло сильное изменение береговой линии некоторых островов.
Еще одно мощное землетрясение произошло в 2004 году в Индийском океане. По шкале Рихтера ему присвоено 9 баллов. Толчки стали причиной возникновения сильнейшего цунами с высотой волны более пятнадцати метров.
В 2011 году, в Японии, произошло землетрясение, которое стало причиной огромной трагедии: погибли тысячи людей и была разрушена АЭС.
К сожалению, подобные катастрофы не большая редкость. Как предотвратить землетрясения, ученым пока неизвестно.
Последствия землетрясений
Землетрясения являются одним из опаснейших стихийных природных явлений. Они приносят большие разрушения и бедствия, уничтожая не только материальные ценности, но и все живое, в том числе и людей.
После сильных землетрясений изменяется ландшафт местности, могут появиться новые озера и горы
Участки земной коры в месте разлома могут смещаться по вертикали либо даже наползать друг на друга. В тех местах, где земля опускается по одну сторону разлома прямо на пересечении речного русла, образуются водопады. Нередко после землетрясения опускаются и затапливаются водой значительные участки суши. Помимо этого, подземные толчки могут смещать со склонов рыхлые верхние слои почвы, инициируя оползни и обвалы. Резкое перемещение значительных массивов земной коры в очаге сопровождается ударом колоссальной силы. В течение года жители планеты в разных ее точках ощущают порядка 10 тыс. землетрясений, из которых около 100 в той или иной степени разрушительны.
Что такое землетрясение
Это одно из тех явлений, где название говорит само за себя. Сотрясение земной поверхности. Но не всякая тряска будет именоваться именно так. Например, если мимо пробежала группа разминающихся борцов сумо, и вы ощутили вибрацию, это землетрясением считаться не будет, потому что его источник на поверхности земли. Причины настоящих залегают гораздо глубже, это столкновения литосферных плит, движущихся по пластичной мантии. Тут уже совсем другая весовая категория. Представьте себе, как Африка сталкивается с Евразией, образуя при этом Иранские горы. Колоссальная мощь! Самыми сейсмически опасными районами Земли (где в любой момент может произойти землетрясение) считаются:
- разлом Сан-Андреас (Калифорния, США);
- Япония и Курильские острова;
- Индонезия;
- озеро Байкал;
- озеро Киву в Руанде.
