ЗЕМЛЕТРЯСЕ́НИЕ

ЗЕМЛЕТРЯСЕ́НИЕ, не­об­ра­ти­мая де­фор­ма­ция зем­ных недр, свя­зан­ная с вы­сво­бо­ж­де­ни­ем уп­ру­гих на­пря­же­ний в ре­зуль­та­те раз­ры­ва сре­ды. Ино­гда об­ласть раз­ры­ва на­зы­ва­ют оча­гом зем­ле­тря­се­ния. Изу­че­ни­ем З. за­ни­ма­ет­ся сейс­мо­ло­гия.

Причины и виды землетрясений

Верх­няя жё­ст­кая обо­лоч­ка Зем­ли пред­став­ля­ет со­бой со­во­куп­ность ли­то­сфер­ных плит, на­хо­дя­щих­ся в от­но­си­тель­ном дви­же­нии со ско­ро­стя­ми по­ряд­ка не­сколь­ких сан­ти­мет­ров в год (см. Тек­то­ни­ка плит). Наи­боль­шее чис­ло З. про­ис­хо­дит в по­гра­нич­ных зо­нах ме­ж­ду пли­та­ми; та­кие З. на­зы­ва­ют меж­плито­вы­ми. Кар­та З. (см.) чёт­ко от­ра­жа­ет рас­по­ло­же­ние ли­то­сфер­ных плит на по­верх­но­сти Зем­ли. Не­пре­рыв­ное от­но­си­тель­ное дви­же­ние плит при­во­дит к на­ко­п­ле­нию энер­гии уп­ру­гих де­фор­ма­ций в кон­такт­ной зо­не за счёт тре­ния, пре­пят­ст­вую­ще­го сколь­же­нию (кри­пу). Ко­гда на­ко­п­лен­ное на­пря­же­ние пре­вос­хо­дит проч­ность пре­пят­ст­вия, отд. уча­ст­ки кон­такт­ной зо­ны взла­мы­ва­ют­ся, что вы­зы­ва­ет З. Наи­бо­лее круп­ные З. про­ис­хо­дят в тех рай­онах, где океа­нич. часть од­ной пли­ты по­до­дви­га­ет­ся под кон­ти­нен­таль­ную часть дру­гой в про­цес­се суб­дук­ции, напр. на ок­раи­нах Ти­хо­го океана (ок. 80% боль­ших З. ми­ра), в т. ч. на Ку­риль­ских островах и полуострове Кам­чат­ка. Круп­ней­шие З. обыч­но на­блю­да­ют­ся на тех уча­ст­ках кон­такт­ных зон, где их не бы­ло в те­че­ние по­след­них 150–200 лет.

Де­фор­ма­ции про­ис­хо­дят и внут­ри плит; со­от­вет­ст­вую­щие З. на­зы­ва­ют вну­т­ри­пли­то­вы­ми. К это­му ти­пу З. от­но­сят­ся, в ча­ст­но­сти, Го­би-Ал­тай­ское З. 1957, З. в рай­оне посёлка Газ­ли (пус­ты­ня Кы­зыл­кум, 1976 и 1984); на тер­ри­то­рии Рос­сии боль­шие З. та­ко­го ти­па из­вест­ны в осн. на Ал­тае и в Си­би­ри. Не­ко­то­рые внут­ри­пли­то­вые З. про­ис­хо­дят в зо­нах ко­ры, не под­вер­жен­ных боль­шим совр. де­фор­ма­ци­ям, напр. в рай­оне Бал­тий­ско­го щи­та.

Раз­рыв по­род, вы­зы­ваю­щий З., про­ис­хо­дит, как пра­ви­ло, на глу­би­не не бо­лее не­сколь­ких де­сят­ков км. Од­на­ко ино­гда эта глу­би­на мо­жет дос­ти­гать 700 км, что на­блю­да­ет­ся в зо­нах суб­дук­ции. В боль­шин­ст­ве рай­онов ми­ра темп-ра и дав­ле­ние на глу­би­нах, пре­вы­шаю­щих неск. де­сят­ков км, та­ко­вы, что ве­ще­ст­во долж­но ста­но­вить­ся пла­стич­ным. Это ис­клю­ча­ет хруп­кое раз­ру­ше­ние гор­ных по­род, со­от­вет­ст­вен­но их раз­рыв ма­ло­ве­роя­тен. Но в зо­нах суб­дук­ции на глу­би­не 100–150 км про­ис­ходит вы­де­ле­ние во­ды (де­гид­ра­та­ция), де­лаю­щее гор­ные по­ро­ды бо­лее хруп­ки­ми, что по­вы­ша­ет ве­ро­ят­ность З. При­чи­ной З. на бóльших глу­би­нах (в неск. со­тен км) счи­та­ют фа­зо­вые пе­ре­хо­ды ми­не­ра­лов в бо­лее плот­ные мо­ди­фи­ка­ции.

З. в зем­ной ко­ре обыч­но со­про­во­ж­да­ют­ся пред­ва­ряю­щи­ми и по­сле­дую­щи­ми толч­ка­ми, на­зы­вае­мы­ми со­от­вет­ст­вен­но фор­шо­ка­ми и аф­тер­шо­ка­ми. З. мо­жет из­ме­нить на­пря­же­ние в ок­ру­жаю­щей об­лас­ти и тем са­мым спро­во­ци­ро­вать по­сле­дую­щие З. Из­вест­ны рои З., ко­гда в не­боль­шом рай­оне на про­тя­же­нии не­сколь­ких ме­ся­цев ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ст­во сла­бых толч­ков. На­блю­да­ют­ся так­же се­рии боль­ших З., в ко­то­рых точ­ки раз­ры­вов мед­лен­но миг­ри­ру­ют вдоль ак­тив­ной зо­ны (напр., в 20 в. на Ана­то­лий­ском раз­ло­ме в Тур­ции).

Ино­гда ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся т. н. ти­хие З., при ко­то­рых под­виж­ка на раз­ры­ве про­ис­хо­дит бы­ст­рее, чем при обыч­ном кри­пе, но слиш­ком мед­лен­но, что­бы вы­звать ося­зае­мое со­тря­се­ние зем­ной по­верх­но­сти. З. это­го ти­па ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся толь­ко сейс­мо­гра­фа­ми, имею­щи­ми вы­со­кую чув­ст­ви­тель­ность к длин­но­пе­ри­од­ным ко­ле­ба­ни­ям. Ти­хие З. мо­гут при­во­дить к раз­ряд­ке тек­то­нич. на­пря­же­ний без ка­та­ст­ро­фич. по­след­ст­вий.

Не­боль­шие З. мо­гут вы­зы­вать­ся так­же дви­же­ния­ми маг­мы в вул­ка­нич. рай­онах. Эти З. по­зво­ля­ют пред­ска­зы­вать вул­ка­нич. из­вер­же­ния.

При­чи­ной З. мо­жет быть и дея­тель­ность че­ло­ве­ка. Та­кие З., на­зы­вае­мые на­ве­дён­ны­ми или тех­но­ген­ны­ми, на­блю­да­ют­ся, напр., при за­кач­ке во­ды в сква­жи­ны для уве­ли­че­ния до­бы­чи неф­ти или при экс­плуа­та­ции гид­ро­тер­маль­ных ме­сто­ро­ж­де­ний. Эти ра­бо­ты по­вы­ша­ют по­ро­вое дав­ле­ние во­ды и в ре­зуль­та­те умень­ша­ют проч­ность гор­ных по­род. За­пол­не­ние круп­ных во­до­хра­ни­лищ так­же, как пра­ви­ло, со­про­во­ж­да­ет­ся З. (в ред­ких слу­ча­ях боль­ши­ми). Связь боль­ших ес­те­ст­вен­ных З. и пром. взры­вов не до­ка­за­на.

Оцен­ка сейс­мич. опас­но­сти рай­она ба­зи­ру­ет­ся на дан­ных о ра­нее про­ис­хо­див­ших в этом рай­оне З. Ка­та­ло­ги З., опи­раю­щие­ся на ин­ст­ру­мен­таль­ные дан­ные, ве­дут­ся с 20 в. Све­де­ния о З. древ­но­сти со­дер­жат­ся в ис­то­рич. ис­точ­ни­ках. Сле­ды па­лео­зем­ле­тря­се­ний об­на­ру­жи­ва­ют ме­то­да­ми гео­ло­гии. Древ­ней­шие из них про­ис­хо­ди­ли ок. 100 тыс. лет на­зад.

Измерение характеристик землетрясений

Точ­ка, в ко­то­рой на­ча­лось З., на­зы­ва­ет­ся ги­по­цен­тром З., а точ­ка на по­верх­но­сти зем­ли над ги­по­цен­тром – эпи­цен­тром зем­ле­тря­се­ния. По­ло­же­ние ги­по­цен­тра оп­ре­де­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те ана­ли­за вре­ме­ни ре­ги­ст­ра­ции сейс­ми­че­ских волн, до­шед­ших до разл. сейс­ми­че­ских стан­ций. При боль­ших З. сейс­мич. вол­ны мо­гут ре­ги­ст­ри­ро­вать­ся на всех стан­ци­ях Зем­ли. Раз­рыв, на­чав­ший­ся в ги­по­цен­тре, мо­жет рас­про­стра­нять­ся на сот­ни ки­ло­мет­ров. Глу­би­на ги­по­цен­тра по­зво­ля­ет от­ли­чать взры­вы от зем­ле­тря­се­ний.

Лишь не­боль­шая часть (по­ряд­ка 1%) энер­гии, вы­сво­бо­ж­дае­мой при З., рас­хо­ду­ет­ся на воз­бу­ж­де­ние уп­ру­гих волн. Од­на­ко б. ч. на­ших зна­ний о при­ро­де З. по­лу­че­на имен­но в ре­зуль­та­те ана­ли­за этих волн. Ин­тер­пре­та­ция за­пи­си сей­с­мич. волн по­зво­ля­ет, в ча­ст­но­сти, оп­ре­де­лить ме­ха­низм З. (т. е. ори­ен­та­цию плос­ко­сти раз­ры­ва и нап­рав­ле­ние сме­ще­ния по­род вдоль этой плос­ко­сти), что чрез­вы­чай­но важ­но для ис­сле­до­ва­ний совр. де­фор­ма­ций ли­то­сфе­ры.

Фи­зич. ве­ли­чи­ной, ха­рак­те­ри­зую­щей З., яв­ля­ет­ся ска­ляр­ный сейс­мич. мо­мент $M_0$, оп­ре­де­ляе­мый со­от­но­ше­ни­ем $M_0 = μAu$, где $μ$ – мо­дуль сдви­га гор­ных по­род, $A$ – пло­щадь раз­ры­ва, $u$ – ср. сме­ще­ние вдоль раз­ры­ва. Оцен­ки ве­ли­чи­ны $M_0$ слу­жат ос­но­вой для вы­чис­ле­ния ве­ли­чи­ны $M_w$ – маг­ни­ту­ды зем­ле­тря­се­ния. Уве­ли­че­ние $M_w$ на две еди­ни­цы со­от­вет­ст­ву­ет уве­ли­че­нию энер­гии уп­ру­гих волн в 1000 раз. Сред­ст­ва мас­со­вой ин­фор­ма­ции обыч­но ха­рак­те­ри­зу­ют маг­ни­ту­ду З. в бал­лах по Рих­те­ра шка­ле – в этом слу­чае речь идёт о др. маг­ни­ту­де, обо­зна­чае­мой $M$, ко­то­рая про­пор­цио­наль­на де­ся­тич­но­му ло­га­риф­му ам­пли­ту­ды волн с по­прав­кой на рас­стоя­ние от ги­по­цен­тра З. Воз­рас­та­ние $M$ на еди­ни­цу оз­на­ча­ет уве­ли­че­ние ам­пли­ту­ды ко­ле­ба­ний в 10 раз. Са­мые сла­бые З., ре­ги­ст­ри­руе­мые наи­бо­лее чув­ст­ви­тель­ны­ми сейс­мо­гра­фа­ми, име­ют $M$ ок. –3, а силь­ней­шие из ко­гда-ли­бо про­ис­хо­див­ших – ок. 9. Энер­гия волн $E$ (в эр­гах), вы­де­лив­шая­ся при З., вы­ра­жа­ет­ся че­рез $M$ как $\text{lg}\,E = 9,9 + 1,9M – 0,024M^2$. В год на Зем­ле про­ис­хо­дит св. 1 млн. З. разл. маг­ни­ту­ды, но по­дав­ляю­щее боль­шин­ст­во из них – сла­бые. В ча­ст­но­сти, ср. го­до­вое чис­ло З. с $M$ = 4 со­став­ля­ет ок. 6000, с $M$ в диа­па­зо­не от 6,0 до 6,9 – ок. 120 и толь­ко од­но З. име­ет $M ⩾$ 8. Энер­гия волн З. с $M$ = 4 при­мер­но со­от­вет­ст­ву­ет взры­ву 1 ки­ло­тон­ны тро­ти­ла. Сейс­мич. энер­гия, вы­де­ляю­ща­я­ся при З. с $M$ = 8 при­мер­но со­от­вет­ст­ву­ет энер­гии трёх мил­лио­нов З. с $M$ = 4. По­это­му боль­шое чис­ло сла­бых З. не при­во­дит к раз­ряд­ке на­пря­же­ний, спо­соб­ных вы­звать боль­шое З. Ве­ли­чай­шие З. 2-й пол. 20 – нач. 21 вв. име­ли сле­дую­щие маг­ни­ту­ды: Чи­ли 1960 – $M_w $= 9,5; Аля­ска 1964 – $M_w$ = 9,2; о. Су­мат­ра – Ан­да­ман­ские острова 2004 – $M_w$ = 9,3.

Сте­пень ущер­ба от З. в оп­ре­де­лён­ном мес­те на­зы­ва­ет­ся ин­тен­сив­но­стью зем­ле­тря­се­ния и из­ме­ря­ет­ся в бал­лах. Ин­тен­сив­ность за­ви­сит от маг­ни­ту­ды З., его ме­ха­низ­ма, рас­стоя­ния до ги­по­цен­тра и грун­то­вых ус­ло­вий. Од­на из ши­ро­ко при­ме­няе­мых макросейсмических шкал ин­тен­сив­но­сти З. – шка­ла Мер­кал­ли. В со­от­вет­ст­вии с этой шка­лой З. на­чи­на­ет ощу­щать­ся боль­шин­ст­вом лю­дей при ин­тен­сив­но­сти 4–5 бал­лов, зна­чи­тель­ные по­вре­ж­де­ния зда­ний на­чи­на­ют­ся при 7–8 бал­лах, при 11–12 бал­лах про­ис­хо­дит все­об­щее раз­ру­ше­ние.

Последствия землетрясений и возможности их смягчения

Фото Л. Дорбата Разрыв горных пород при Спитакском землетрясении (Армения, 7.12.1988).

При З. на­блю­да­ют­ся тре­щи­ны (рис.), ополз­ни, ла­ви­ны, се­ли, раз­жи­же­ние и про­се­да­ние грун­та, цу­на­ми. Про­ис­хо­дит раз­ру­ше­ние зда­ний, мос­тов, пло­тин, воз­ни­ка­ют по­жа­ры. Не­ко­то­рые З. со­про­во­ж­да­ют­ся мас­со­вы­ми че­ло­ве­че­ски­ми жерт­ва­ми. Так, при Лис­са­бон­ском З. 1755 по­гиб­ло ок. 100 тыс. чел., при З. 1556 в Шэнь­си (Ки­тай) – ок. 830 тыс. чел. Сре­ди З. 20 – нач. 21 вв. (табл.) наи­боль­ши­ми жерт­ва­ми со­про­во­ж­да­лись З. на рав­ни­не Кан­то 1923 (Япо­ния, бо­лее 140 тыс. по­гиб­ших в То­кио и ок­ре­ст­но­стях), неск. З. в Ки­тае, в т. ч. Тан­шань­ское 1976 (св. 240 тыс. по­гиб­ших по офиц. ста­ти­сти­ке, по не­кото­рым оцен­кам – на­мно­го боль­ше), Су­мат­ра-Ан­да­ман­ское 2004 (Ин­до­не­зия, бо­лее 229 тыс. жертв). При срав­ни­мой ин­тен­сив­но­сти З. в раз­ви­ваю­щих­ся стра­нах обыч­но со­про­во­ж­да­ют­ся бóль­шим чис­лом жертв, чем в раз­ви­тых стра­нах. Это объ­яс­ня­ет­ся в осн. низ­ким ка­че­ст­вом строи­тель­ст­ва в раз­ви­ваю­щих­ся стра­нах. Сейс­мо­стой­кое строи­тель­ст­во, опи­раю­щее­ся на ре­зуль­та­ты сейс­ми­че­ско­го рай­они­ро­ва­ния, яв­ля­ет­ся хо­тя и до­ро­гим, но са­мым эф­фек­тив­ным спо­со­бом за­щи­ты лю­дей от З. Боль­шой эф­фект да­ют про­фи­лак­тич. ме­ро­прия­тия и под­го­тов­ка на­се­ле­ния к пра­виль­но­му по­ве­де­нию при зем­ле­тря­се­ни­ях.

Прогнозирование землетрясений

Пред­ска­за­ния землетрясений на срок по­ряд­ка нес­коль­ких лет (с точ­но­стью то­го же по­ряд­ка) ос­но­вы­ва­ют­ся гл. обр. на про­стран­ст­вен­но-вре­мен­ны́х из­ме­не­ни­ях чис­лен­но­сти не­боль­ших З. Воз­мож­ные ко­ор­ди­на­ты эпи­цент­ров прог­но­зи­руе­мых З. оце­ни­ва­ют­ся в луч­шем слу­чае с точ­но­стью по­ряд­ка со­тен км. По­доб­ные пред­ска­за­ния мо­гут сти­му­ли­ро­вать про­фи­лак­тич. ме­ро­прия­тия: ук­реп­ле­ние вет­хих строе­ний, тре­ни­ров­ку спа­са­тель­ных ко­манд и т. п. Од­на­ко прак­ти­чес­ки по­лез­ный прог­ноз, поз­во­ляю­щий эва­куи­ро­вать на­се­ле­ние или пре­ду­пре­дить его о над­ви­гаю­щей­ся опас­но­сти, дол­жен быть крат­ко­сроч­ным и с боль­шой ве­ро­ят­но­стью ука­зы­вать точ­ную маг­ни­ту­ду, вре­мя и ме­сто зем­ле­тря­се­ния.

Крат­ко­сроч­ное прог­но­зи­ро­ва­ние З. ос­но­вы­ва­ет­ся на на­блю­де­ни­ях т. н. пред­вест­ни­ков З., к ко­то­рым от­но­сят­ся из­ме­не­ния уров­ня во­ды в глу­бо­ких сква­жи­нах, ано­маль­ные на­кло­ны зем­ной по­верх­но­сти, из­ме­не­ния со­дер­жа­ния ра­до­на в под­зем­ных во­дах, ано­маль­ные элек­тро­маг­нит­ные яв­ле­ния и т. п. (око­ло сот­ни яв­ле­ний). Не­смо­тря на оби­лие пред­вест­ни­ков, за пос­лед­ние де­ся­ти­ле­тия из­ве­стен лишь один слу­чай ус­пеш­но­го крат­ко­сроч­но­го прог­но­за боль­шо­го З. (город Хай­чэн, Ки­тай, 1975). В этом слу­чае на­блю­да­лись нео­быч­но силь­ные и ча­стые фор­шо­ки, поз­во­лив­шие эва­куи­ро­вать ок. 1 млн. жит. за день до З. Аф­тер­шо­ки прог­но­зи­ру­ют­ся нес­коль­ко луч­ше. Низ­кая эф­фек­тив­ность крат­ко­сроч­ных прог­но­зов объ­яс­ня­ет­ся сла­бым по­ни­ма­ни­ем фи­зи­ки про­цес­сов в оча­гах боль­ших З. Ряд ис­сле­до­ва­те­лей счи­та­ет крат­ко­сроч­ное прог­но­зи­ро­ва­ние З. в прин­ци­пе не­воз­мож­ным. Ана­лиз сейс­мич., гео­ло­гич. и гео­фи­зич. дан­ных по­зво­ля­ет лишь на­ме­тить те об­лас­ти, где З. наи­бо­лее ве­ро­ят­ны, и оце­нить их макс. ин­тен­сив­ность.