в чем измеряется сейсмичность

Землетрясение: магнитуда, балльность

Подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Международная сеть наблюдений за землетрясениями регистрирует даже самые удалённые и незначительные из них.

Величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды (от лат. magnitudo — величина) была предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера (от 1 до 9,5). Эту шкалу часто путают со шкалой оценки интенсивности землетрясения в баллах (по 12-балльной системе), которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, которая определяется по сейсмограммам, а не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях. Самое сильное землетрясение имеет магнитуду (а не баллы!) не более 9.

Балл. Сила землетрясения Краткая характеристика

1 балл. Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами.

2 балла. Очень слабые толчки. Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными

3 балла. Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.

4 балла. Интенсивное. Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.

5 баллов. Довольно сильное. Под открытым небом ощущается многими, внутри домов — всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.

6 баллов. Сильное. Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.

7 баллов. Очень сильное. Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.

8 баллов. Разрушительное. Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. Падают фабричные трубы.

9 баллов. Опустошительное Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.

10 баллов. Уничтожающее. Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.

11 баллов. Катастрофа. Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов, разрушаются мосты.

12 баллов. Сильная катастрофа. Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Изменяется рельеф. Ни одно сооружение не выдерживает.

Скорость распространения волн зависит от плотности и упругости среды. Скорость имеет тенденцию к росту по мере углубления, в земной коре она составляет 2—8 км/с, а при углублении до мантии — 13 км/с.

Землетрясения создают разные типы сейсмических волн с разной скоростью. Волна фиксируется на ряде сейсмологических станций, и по разнице во времени учёные вычисляют эпицентр. В геофизике преломление или отражение сейсмических волн используется для изучения глубин Земли, искусственные волны используются для исследования подземных структур.

Источник

Сейсмическая шкала

Землетрясе́ния — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Содержание

Введение

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения — афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения — форшоки — могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий. [1]

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией.

Сейсмические волны и их измерение

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США — Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе — Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Шиндо (Shindo).

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Происходящее при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других — земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто?] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Измерительные приборы

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы — сейсмографы. В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения

Техногенные землетрясения

В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность — увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве. Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в 2006 году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

О прогнозе землетрясений

В конце прошлого века группа известных западных сейсмологов провела сетевые дебаты [1], главным вопросом которых был «Является ли достоверный прогноз индивидуальных землетрясений реалистичной научной целью?». Все участники дискуссии, несмотря на значительные расхождения в частных вопросах, согласились с тем, что

Даже если бы точность измерений и несуществующая пока физико-математическая модель сейсмического процесса дали возможность с достаточной точностью определить место и время начала разрушения участка земной коры, магнитуда будущего землетрясения остается неизвестной. Дело в том, что все модели сейсмичности, воспроизводящие график повторяемости землетрясений, содержат тот или иной генератор стохастичности, создающий в этих моделях динамический хаос, описываемый лишь в вероятностных терминах. Более явно источник стохастичности качественно можно описать следующим образом. Пусть распространяющийся во время землетрясения фронт разрушения подходит к участку повышенной прочности. От того, будет разрушен этот участок или нет, зависит магнитуда землетрясения. Например, если фронт разрушения пройдет дальше, землетрясение станет катастрофическим, а если нет, останется небольшим. Исход зависит от прочности участка: если она ниже некоторого порога, разрушение пойдет по первому сценарию, а если выше, по второму. Возникает «эффект бабочки»: ничтожно малое различие в прочности или напряжениях приводит к макроскопическим последствиям, которые нельзя предсказать детерминистически, поскольку это различие меньше любой точности измерений. А предсказание места и времени землетрясения с неизвестной и, возможно, вполне безопасной магнитудой не имеет практического смысла, в отличие от расчета вероятности того, что сильное землетрясение произойдет.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Магнитуда землетрясения и интенсивность землетрясений

Земная кора подвергается действию тектонических сил. Когда это напряжение становится достаточно большим, чтобы разорвать кору или преодолеть трение, которое не позволяет одному блоку коры скользить мимо другого, высвобождается энергия, часть которой в виде различных видов сейсмических волн, вызывающих сотрясение земли или дрожь.

Интенсивность относится к силе или силе сотрясения в данном месте и может быть связана с максимальной скоростью грунта. С помощью карты изосейст наблюдаемых интенсивностей (см. Иллюстрацию) магнитуду землетрясения можно оценить как по максимальной наблюдаемой интенсивности (обычно, но не всегда вблизи эпицентра ), так и по протяженности области, где землетрясение ощущалось.

Интенсивность местных сотрясений зависит от нескольких факторов, помимо силы землетрясения, одним из наиболее важных является состояние почвы. Например, толстые слои мягкой почвы (например, насыпь) могут усиливать сейсмические волны, часто на значительном расстоянии от источника, в то время как осадочные бассейны часто резонируют, увеличивая продолжительность сотрясений. Вот почему во время землетрясения в Лома-Приета в 1989 году район Марина в Сан-Франциско был одним из наиболее пострадавших районов, хотя он находился почти в 100 км от эпицентра. Геологические структуры также были важны, например, там, где сейсмические волны, проходящие под южной оконечностью залива Сан-Франциско, отражались от основания земной коры в направлении Сан-Франциско и Окленда. Подобный эффект направил сейсмические волны между другими крупными разломами в этом районе.

Шкалы величин

Различные шкалы величин представляют разные способы получения величин на основе имеющейся информации. Все шкалы величин сохраняют логарифмическую шкалу, разработанную Чарльзом Рихтером, и корректируются таким образом, чтобы средний диапазон приблизительно соответствовал исходной шкале «Рихтера».

Шкала звездных величин «Рихтера»

Все «Местные» (ML) магнитуды основаны на максимальной амплитуде сотрясения земли, без различения различных сейсмических волн. Недооценивают силу:

Другие «местные» шкалы звездных величин

Шкала звездных величин Японского метеорологического агентства

Шкалы магнитуды объемной волны

шкала mB

шкала mb

Шкала mb или m _b (строчные буквы «m» и «b») аналогична шкале mB, но использует только P-волны, измеренные в первые несколько секунд на конкретной модели короткопериодного сейсмографа. Он был введен в 1960-х годах с созданием Всемирной стандартизированной сети сейсмографов (WWSSN); короткий период улучшает обнаружение более мелких событий и лучше распознает тектонические землетрясения и подземные ядерные взрывы.

Измерение мб менялось несколько раз. Как первоначально определил Гутенберг (1945c), m _b основывалось на максимальной амплитуде волн в первые 10 секунд или более. Однако продолжительность периода влияет на получаемую величину. Ранняя практика USGS / NEIC заключалась в измерении mb на первой секунде (только первых нескольких зубцах P), но с 1978 года они измеряют первые двадцать секунд. Современная практика заключается в измерении короткопериодной шкалы mb менее трех секунд, в то время как широкополосная шкала mB _BB измеряется с периодами до 30 секунд.

mb _Lg шкала

Наттли решил эту проблему, измерив амплитуду короткопериодических (

1 сек) волн Lg, сложной формы волны Лява, которая, хотя и является поверхностной волной, как он обнаружил, дает результат, более тесно связанный с масштабом mb, чем M _s шкала. Волны Lg быстро затухают на любом пути океана, но хорошо распространяются через гранитную континентальную кору, и Mb _Lg часто используется в областях со стабильной континентальной корой; это особенно полезно для обнаружения подземных ядерных взрывов.

Шкалы магнитуд поверхностных волн

Шкала MLH, используемая в некоторых частях России, на самом деле является величиной поверхностной волны.

Шкалы величины момента и величины энергии

Сейсмический момент считается наиболее объективной мерой «размера» землетрясения с точки зрения общей энергии. Однако он основан на простой модели разрыва и некоторых упрощающих предположениях; он неверно предполагает, что доля энергии, излучаемой в виде сейсмических волн, одинакова для всех землетрясений.

Два землетрясения, сильно различающиеся по нанесенному ущербу

Шкала энергетического класса ( К- класс)

Шкалы магнитуды цунами

Шкалы продолжительности и величины Coda

100 км) они могут обеспечить быструю оценку магнитуды до того, как станет известно точное местоположение землетрясения.

Шкалы макросейсмической магнитуды

Шкалы магнитуд обычно основаны на инструментальных измерениях некоторых аспектов сейсмической волны, записанных на сейсмограмме. Там, где таких записей нет, магнитуды могут быть оценены на основе отчетов о макросейсмических событиях, например, описанных шкалами интенсивности.

Пиковая скорость грунта (PGV) и пиковое ускорение грунта (PGA) являются мерой силы, вызывающей разрушительное сотрясение грунта. В Японии сеть акселерометров сильных движений предоставляет данные PGA, которые позволяют проводить корреляцию на конкретном участке с землетрясениями разной магнитуды. Эту корреляцию можно инвертировать, чтобы оценить сотрясение земли в этом месте из-за землетрясения заданной магнитуды на заданном расстоянии. На основе этой карты можно составить карту, показывающую области вероятного повреждения, в течение нескольких минут после реального землетрясения.

Другие шкалы величин

Источник