Землетрясения — это сильные подземные толчки и колебания земной поверхности. Они возникают чаще всего вследствие тектонических явлений. В результате внезапных смещений и разрывов земной коры или верхней части мантии при землетрясениях, они передаются на большие расстояния в виде упругих колебаний. Известны также обвальные, вулканические, метеоритные и техногенные землетрясения.
Общие сведения о землетрясениях, виды, поражающие факторы, основные критерии определяющие характер землетрясения, шкала Рихтера и Меркалли, устойчивость построек при землетрясениях.
В течение года на Земле происходит свыше 100 000 землетрясений. При этом большинство толчков не ощущаются людьми, а лишь регистрируются сейсмографами. До 10 землетрясений ежегодно достигают разрушительной силы, а единичные — приобретают катастрофический характер.
В среднем, по статистике, каждый год в мире при землетрясениях погибает не менее 10 тысяч человек, а количество жертв отдельных наиболее разрушительных землетрясений может достигать сотен тысяч. Так например, землетрясение в провинции Хэбей в Китае в 1976 году унесло несколько сотен тысяч жителей. Ущерб, наносимый при землетрясениях, измеряется не только числом человеческих жертв.
При катастрофических землетрясениях:
— Происходят изменения рельефа земной поверхности.
— Образуются трещины.
— Могут разрушаться искусственные сооружения и постройки.
— Происходит разжижения грунта.
— Образовываются озера.
— Возникают цунами, горные обвалы и камнепады, оползни, сели и снежные лавины.
Поражающими факторами при землетрясениях являются, прежде всего, механические воздействия колебаний земной поверхности и трещины. Однако следует отметить, что во время землетрясений очень редко причиной человеческих жертв бывает движение почвы само по себе. Известен единственный случай гибели человека, попавшего в трещину, образовавшуюся в грунте. Во время землетрясения в 1943 года в Японии, унесшего 5400 человеческих жизней.
Главными причинами несчастных случаев и гибели людей являются вторичные факторы землетрясения:
— Разрушения.
— Затопления.
— Осыпание битых стекол.
— Падение разорванных электропроводов.
— Взрывы и пожары, связанные с утечкой газа из поврежденных труб.
— Неконтролируемые действия людей, вызванные испугом и паникой.
Некоторые вторичные факторы при землетрясениях сами по себе представляют чрезвычайные ситуации. К ним относятся: лавины, оползни, обвалы, разжижение грунта, цунами и другое.
Основные критерии определяющие характер землетрясения.
Основными критериями, определяющими характер землетрясения, являются:
— Глубина очага.
— Продолжительность сотрясений грунта.
— Сейсмическая энергия.
— Интенсивность сейсмических толчков.
Глубина очага (гипоцентра) большинства землетрясений не превышает 20-30 км. Однако для отдельных из них гипоцентр может находиться и на глубине 300-700 км. Участок земной поверхности, расположенный над гипоцентром, называется эпицентром. Здесь концентрируются наибольшие разрушения при землетрясениях. Зона, располагающаяся вокруг эпицентра, называется эпицентральной зоной.
Продолжительность сотрясения грунта при землетрясениях обычно составляет от нескольких до 40-50 секунд и лишь наиболее разрушительные землетрясения могут продолжаться до 1-1,5 минут.
Под сейсмической энергией понимается энергия, излучаемая из гипоцентра землетрясения в форме сейсмических волн. Большая часть выделяющейся энергии расходуется на разламывание и дробление пород, образование тепла. Часть энергии излучается из очага землетрясения (гипоцентра) во всех направлениях в виде сейсмических волн. Которые распространяются в земле и, достигая ее поверхности, порождают ощущаемое нами движение грунта (колебания почвы) и вызывают повреждения зданий и сооружений.
При этом одновременно распространяется три вида сейсмических волн:
— Продольные.
— Поперечные объемные.
— Поверхностные.
Скорость их распространения зависит от свойств грунта и может составлять: для продольных волн — 3-8 км/с, поперечных — 2-5 км/с и поверхностных — до 1,4 км/с. Разница в скорости движения различных видов сейсмических волн, а следовательно, и во время их прихода в определенную точку, удаленную от очага землетрясения, приводит к возникновению серии толчков и колебаний грунта при землетрясениях.
Оценка землетрясений по шкале Рихтера.
Сейсмическая энергия при землетрясениях оценивается по шкале Рихтера. В качестве единицы измерения используется особая величина — магнитуда. Магнитуда — это полученная из сейсмограммы мера смещения грунта. Рихтер определял ее как десятичный логарифм, выраженный в микронах, максимальной амплитуды записи толчка, сделанной стандартным крутильным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра.
Практически запись колебаний грунта осуществляется сейсмографами стационарных сейсмических станций, расположенных на разном удалении от эпицентра, а затем данные приводятся к магнитуде, которая могла бы быть получена в 100-километровой эпицентральной зоне.
Таким образом, шкала Рихтера дает оценку выхода сейсмической энергии в эпицентре землетрясения, а поэтому любому землетрясению соответствует одна единственная магнитуда. Шкала Рихтера — математическая, а поэтому верхнего предела не имеет. Однако сильнейшие из зарегистрированных землетрясений имели магнитуду не более 8,9. Поскольку шкала Рихтера логарифмическая, возрастание силы толчка на одну магнитуду приводит к увеличению амплитуды колебаний почвы в 10 раз, а сила толчка возрастает в 35-48 раз.
Интенсивность сейсмических толчков при землетрясениях.
Интенсивность сейсмических толчков характеризует степень ущерба, причиненного землетрясением. Сейсмическая энергия является лишь одной из составляющих интенсивности, поскольку объем разрушений и количество жертв зависит также от расстояния данного пункта от гипоцентра землетрясения и ряда других факторов. Таких как качество построек, свойства грунта, плотность населения и прочее.
Для определения интенсивности силы толчков при землетрясениях не только в эпицентре, но и в точках поверхности, удаленных от него, используется 12-бальная шкала Меркалли. В странах СНГ используется 12-бальная шкала MSK (Медведева, Шпонхойера, Карника), являющаяся современной модификацией шкалы Меркалли.
Шкала Меркалли основана на субъективных ощущениях людей и видимых физических эффектах. Каждому баллу соответствуют определенные ощущения и наблюдаемые эффекты, а при сильных толчках — разрушения. По этой шкале землетрясения до 6 баллов считаются слабыми. 6-7 баллов — сильными. 8-9 баллов — разрушительными. И 10-12 баллов — катастрофическими. Характер воздействия землетрясения на окружающую среду определяется его сейсмической энергией и интенсивностью.
Краткая характеристика возможной интенсивности землетрясений по 12-балльной шкале Мерхалли (MSK).
Соотношение между сейсмической энергией и интенсивностью землетрясения.
Таким образом, шкала Рихтера дает точную (до десятых долей магнитуды) характеристику выхода сейсмической энергии, но только для эпицентральной области. Однако ее нельзя использовать для характеристики толчков на определенном удалении от эпицентра. Потому, если требуется охарактеризовать степень ущерба, причиненного землетрясением на расстояниях более 100 км, используют 12-балльную шкалу.
Устойчивость различных построек при землетрясениях.
Максимальные разрушения при землетрясениях претерпевают сооружения, построенные на слабых, рыхлых грунтах. Особенно опасны водонасыщенные пески (лессы), разжижающиеся под действием вибраций, что приводит к просадкам грунта, вызывающим разрушение зданий. Наибольшей устойчивостью обладают здания, построенные на твердом скальном основании.
По конструктивным особенностям самыми прочными являются здания, имеющие металлический или железобетонный каркас либо связанные жесткими поясами и балками, что придает им определенную гибкость, а также сложенные из массивных монолитов и блоков. Хорошей устойчивостью обладают также деревянные дома, прошитые гвоздями и скрепленные болтами. Наибольшие разрушения претерпевают дома, сложенные из некачественного кирпича. На слабом растворе, без усиливающих конструкций.
Воздействие землетрясения на население зависит от его балльности и характера вторичных факторов и может выражаться в травмах и ожогах различной степени тяжести, отравлениях продуктами сгорания и бытовым газом, а также приводить к гибели людей.
По материалам книги «Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях».
Емельянов В.М., Коханов В.Н., Некрасов П.А.
