ЧОМУ ТО ТУТ, ТО ТАМ І затряслася земля,

В. Обручов в китайському костюмі під час одного з мандрів по Піднебесної.

Визначення глибини вогнища землетрусу: Е - епіцентр, Г - Гіпоцентр (вогнище).

Залежність руйнувань від напрямку ударів.

Викривлення залізничних шляхів при землетрусі.

Зрушення польових доріг під час землетрусу 1891 року в Японії: FF - тріщина в землі; пунктиром показано положення доріг перед зрушенням.

<

>

Землю, твердий грунт під нашими ногами, ми звикли вважати чимось непорушним, міцним. На ній ми зводимо найважчі споруди, поглиблюючи їх фундамент тим глибше, ніж вони важче. Тому, коли земля починає коливатися під ногами так, що на ній не можна встояти, коли розхитується великі дерева, тріщать і на наших очах розвалюються міцні будівлі, що простояли десятиліття і більше, коли тріщини розривають ґрунт і з глибини її лунає гул і гуркіт, ніби руйнуються самі надра Землі, - людини охоплює жах, він втрачає голову, не знає куди бігти, де рятуватися від небезпеки, загибелі.

А тим часом наша Земля здригається постійно. Точні інструменти виявили, що кожен рік трапляється від восьми до десяти тисяч землетрусів, тобто приблизно один землетрус кожну годину; в дійсності їх набагато більше, тому що дві третини земної поверхні вкрито водою, на якій немає станцій, які записують усі, навіть слабкі струсу грунту, та й на материках великі площі таких станцій не мають. На щастя, в більшості випадків землетрусу такі слабкі, що людина їх не відчуває. Він починає їх помічати, коли речі в будинку вже потріскують або стукаються один об одного; але ці землетрусу ще нешкідливі. Трохи сильніше ті, при яких дзвенить посуд, гойдаються висячі лампи і стінні картини, деренчать шибки у вікнах; такі землетрусу вже турбують нас. А коли починає сипатися штукатурка, падають різні предмети, зупиняються маятники годин, ляскають двері і в стінах з'являються тріщини, люди мимоволі вибігають з будинків, бо відчувають себе в більшій безпеці на вулиці, ніж в закритому приміщенні, яке стає схожим на мишоловку або пастку .

Таких землетрусів протягом року буває кілька десятків, а ще сильніших, які руйнують міста і гублять тисячі людей, - тільки одиниці. Ще рідше трапляються катастрофічні землетруси, при яких протягом декількох секунд гине більше людей, ніж від епідемій або битв.

Землетрус проявляється на земній поверхні, але його вогнище, тобто область, де воно виникає, знаходиться в надрах Землі, на більшій чи меншій глибині, і зосереджений в межах площині або якого-небудь простору з невідомими нам обмеженнями.

Для спрощення обчислень приймають, що вогнище представляє точку, звану гипоцентром. З нього виходить ударна хвиля, що розповсюджується в усі сторони і яка веде всі частинки в пружні коливання, які разом із самою хвилею поступово слабшають з віддаленням від гипоцентра. На земній поверхні струс всього сильніше в області, розташованої безпосередньо над вогнищем: її називають епіцентральной областю, а епіцентром - крапки над гипоцентром.

З видаленням на всі боки від епіцентру струсу відчуваються все слабкішими і слабкішими і, нарешті, вже не відчуваються людиною, але записуються точними інструментами.

Вивчення землетрусів становить завдання особливого відділу геології, званого сейсмологією (від грецького слова "Сейсмо" - струс). Струсу, що відчуваються людиною, називають макросейсмамі, а відчуваються тільки інструментами - мікросейсм.

Сильні землетруси звичайно починаються одним або декількома слабкими ударами, за якими слідують після короткого або довгого проміжку часу один або кілька головних ударів, найбільш руйнівних; потім удари поступово слабшають і нарешті переходять з макросейсмічних в мікросейсмічні. Загалом землетрус може тривати кілька годин або цілу добу. Іноді відома область Землі відчуває струсу різної сили протягом декількох днів, тижнів або місяців.

Майже кожне землетрус супроводжується звуковими явищами, які справляють сильне враження і вселяють людині жах. Підземний гул то подібний глухим розкатам грому, то клекіт окропу, то гуркоту важкого поїзда або обвалу, то свисту вітру, то вереску при польоті снаряда, то вибуху. Звуки іноді випереджають хвилю землетрусу, іноді відстають від неї.

Для вивчення землетрусів використовують спеціальні інструменти - сейсмографи. Вони реєструють землетрус, відзначаючи час, силу і напрям кожного удару в окремо. Крива ходу землетрусу називається сейсмограмою. Вона пишеться на папері, заправленої в сейсмограф.

Хороші сейсмографи реєструють не тільки землетрус, що стався в тій місцевості, де встановлений інструмент, тобто де знаходиться сейсмічна станція або навколо міста, а й найвіддаленіші землетрусу і дозволяють визначити, на якій відстані від станції вони трапилися, а також їх силу.

Питання про те, на якій глибині знаходиться вогнище землетрусу, вирішується обчисленнями на підставі сейсмо-грами. Грубий, але наочний спосіб дає вимір тріщин в стінах будівель. Визначивши нахил тріщин до земної поверхні і провівши до них перпендикуляри, можна знайти осередок на перетині останніх на глибині з вертикаллю, проведеної через епіцентр, або на перетині перпендикулярів один з одним.

Спостереження показали, що велика частина землетрусів зароджується на глибині 50 км від земної поверхні, невелика частина - на глибині від 50 до 100 км і лише поодинокі землетрусу виходять з глибин до 300-700 км.

Область, найбільш постраждала від землетрусів, розташовується навколо епіцентру і називається плейстосейстовая областю. Розміри її залежать не тільки від сили удару, але і від глибини вогнища.

Сила землетрусів визначається за їх наслідків; за прийнятою в СРСР шкалою розрізняють 12 балів землетрусів: від непомітного до сильної катастрофи. (Про градаціях сили землетрусів см. "Наука і життя" № 5, 2005 р Там же пояснено відмінність класифікації інтенсивності землетрусів в балах і за величиною магнітуди за шкалою Ріхтера. - Прим. ред.)

Причини землетрусів бувають троякі. По-перше, порожнечі, створювані в розчинних породах земної кори підземними водами, є причиною землетрусів, обумовлених провалом покрівлі цих пустот. Це провальні землетрусу, вони мають дуже невелику область поширення, маленьку плейстосейстовая область, невелику глибину вогнища, але можуть бути дуже руйнівними.

По-друге, вулканічних вивержень часто передують, а іноді і супроводжують більш-менш сильні землетруси, обумовлені раптовим розрідженням напруги газів в каналі вулкана, при випирання ними лавової пробки з жерла, а також провалами покрівлі порожнин, що утворилися після виливу лави. Ці вулканічні землетруси іноді бувають вельми руйнівними: область їх поширення і плейстосейстовая область невеликі, вогнище неглибокий.

По-третє, всі повільні зміщення товщ в земній корі в зв'язку з їх дислокациями - освітою складок, скидів, взбросов і зрушень - часто супроводжуються землетрусами. Ці тектонічні землетрусу найбільш поширені і є також нерідко самими руйнівними; область їх поширення і плейстосейстовая область можуть мати дуже різні розміри, а вогнище може перебувати на різних глибинах.

Які провісники землетрусів?

Слабкі струсу грунту, реєстровані сейсмографами, а почасти також помічаються людьми за кілька годин до руйнівного землетрусу, є його провісниками, втім необов'язковими; сильний землетрус може наступити без таких провісників, або ж вони передують йому так безпосередньо, що втрачають своє попереджувальне значення. Іноді вся справа може закінчитися цими слабкими струсами.

Найбільш чутливими по відношенню до близької землетрусу є тварини. Домашні тварини - кури, свині, осли - починають турбуватися і шуміти. Дикі звірі ревуть, крокодили виповзають з води, на острові Куба ручні вужі, рятуючись, відповзає з будинків на поля. (Детальніше див .: П. Мариковський. Тварини пророкують землетрусу. - Алма-Ата: Наука, 1984. - Прим. Ред.)

Наслідки землетрусів виражаються в більш-менш сильних пошкодженнях всяких споруд людини аж до їх повного руйнування, в тріщинах, скиди та зрушення пластів земної кори, обвали і зсуви в горах, в зникненні і появі джерел, осушення і затопленні морських берегів.

Ступінь пошкодження споруд залежить насамперед від якості будівництва, але також і від складу грунту, характеру струсу, сили удару і кута його виходу. Вертикальні удари, які спостерігаються в епіцентрі і в безпосередній близькості до нього, менш шкідливі, ніж хвилеподібні коливання, які характерні для навколишньої місцевості. Хвилі землетрусу, що пробігають в грунті, сильно руйнують будівлі, особливо стіни, якщо вони паралельні хвилі. Вони не тільки піднімаються по хвилі, але і вигинаються нею. Кут виходу удару на поверхню, як показали теорія і досвід, тягне найбільші руйнування при величині від 45 до 55о.

Вплив складу грунту пояснюється тим, що швидкість поширення землетрусу залежить від нього; в твердих породах швидкість набагато більше, ніж в пухких. У потужної товщі пухких порід, наприклад наносів (алювій долин), хвиля слабшає і може навіть зовсім згаснути; але невелика товща, що лежить на твердих корінних породах, не встигає пом'якшити удар, а підкидається на своєму підставі. У цих умовах руйнування буде сильніше, ніж прямо на корінних породах.

При найбільшою силою землетрусу всю будівлю перетворюється в купу уламків. Однак велике значення має якість матеріалу, з якого побудований будинок: стіни, складені з цегли на хорошому цементі, при тій же силі землетрусу постраждають набагато менше, ніж стіни, складені з валунів, пов'язаних глиною.

Руйнування будівель часто супроводжується пожежами, так як розвалені вогнища, перекинуті лампи, розірвані електропроводи дають початок вогню, а псування водопроводів і захаращення вулиць уламками ускладнюють в містах гасіння пожеж. Так, під час землетрусу 1 вересня 1923 року в Японії після першого поштовху в Токіо спалахнули пожежі в 76 місцях, і за дві доби вигоріло три чверті міста.

Сильні руйнування будівель, особливо при землетрусах, що трапляються вночі, неминуче тягнуть за собою загибель людей, засипаних уламками в будинках: загальна паніка, пожежі і захаращення вулиць ускладнюють своєчасне відкопування живих. Наприклад, землетрус 1920 року в провінції Ганьсу в Китаї спричинило смерть близько 200 000 чоловік, більшість з них було засипано в зруйнованих від удару печерних житлах в лесі.

Крім будівель в містах під час землетрусів страждають також і підземні споруди - труби каналізації, водопроводів і газопроводів, кабелі освітлення і телефону, кам'яні і залізні мости (у останніх зіскакують з підвалин окремі ферми), рейкові шляхи (викривляється полотно разом з рейками).

У земній корі при кожному скільки-небудь значному землетрус утворюються тріщини, в найбільшій кількості в області епіцентру; іноді вони розходяться в різні боки від якого-небудь центру, але частіше розташовуються без будь-якого порядку в різних напрямках. У горах вони зазвичай розташовуються уздовж схилу, а на узбережжі - уздовж берега. Тріщини досягають ширини від 20-50 см до 10-15 м і тягнуться іноді на багато кілометрів; глибина їх доходить до 10 м; в них провалюються окремі будівлі, люди і тварини. Тріщини, що утворилися при першому ударі, іноді закриваються при наступних, але часто замикаються повільно або залишаються відкритими.

Опускання більших площ або провали їх відбуваються при дуже сильних землетрусах, досягають навіть 60 м глибини і супроводжуються виверженням води і бруду. У Лісабоні під час землетрусу 1755 роки опустилася набережна з масою присутніх на ній людей, а під час землетрусу 1861 року в дельті річки Селенги на озері Байкал трапився провал - осідання площі близько 260 км2, яка разом з розташованими на ній житлами і стадами опустилася нижче рівня озера в середньому на 2,9 м.

Якщо вогнище землетрусу знаходиться де-небудь під дном океану або великого моря, то струс передається через всю товщу води - це море-трясіння (або цунамі). Його відчувають на кораблях, що проходять в цей час по морю. При вертикальному ударі, тобто над епіцентром, корабель раптом піднімається, а потім опускається, помічається спучування води. При бічних ударах корабель відчуває поштовх, як ніби він наткнувся на підводну скелю, плавучий ліс або крижану брилу; незакріплені предмети падають, люди насилу утримують рівновагу; особливо сильно буває струс керма. Удар часто супроводжується глухим шумом, який переходить з води в атмосферу.

Більш руйнівні наслідки моретрясения, якщо епіцентр знаходиться недалеко від берега. Тоді море при першому ударі часто осушує велику площу, а потім хвиля з величезною силою повертається назад, обрушується на берега і змиває з них все. Так, при Лісабонському землетрусі 1775 року хвиля досягла висоти 26 м і погубила 60 000 чоловік, поширившись на 15 км в глиб країни. На Камчатці в 1923 році хвилі занесли лід на півкілометра від берега, завалили їм кілька будівель; тундра була залита на кілька кілометрів. Дрібна прибережна частина моря часто покривається безладними бурхливими хвилями, які кидаються туди-сюди. Хвилі, підняті землетрусом біля берега, потім поширюються на велику відстань по океанах і розмивають береги, прибережні селища і міста. Наприклад, землетрус 1960 року в Чилі викликав відновлення діяльності вулканів і сильне цунамі, хвилі якого досягали західних берегів Тихого океану. (Катастрофічне цунамі в кінці 2004 року в східній частині Індійського океану призвело до загибелі сотень тисяч людей і до величезного матеріального збитку в країнах Південно-Східної та Південної Азії. Див. «Наука і життя» № 3, 2005 - Прим. Ред. ) Поширення землетрусів на земній поверхні показує, що вони тісно пов'язані з областями дислокацій і вулканізму. Статистика показує, що 40% землетрусів приурочено до берегів Тихого океану, від Магелланової протоки через Алеутські острови до Нової Зеландії, які відрізняються і великою кількістю вулканів. Тут ми знаходимо гірські ланцюги, що оздоблюють материки, і в найближчому сусідстві з ними - найглибші западини на дні океанів, витягнуті уздовж берегів, тобто найбільш різкі переломи рельєфу. Близько 50% землетрусів припадає на так званий «пояс розлому» Землі, який тягнеться від Мексики в Західній півкулі через Атлантичний океан по Середземному морю до Каспію і Індії і відрізняється молодими складчастими горами і великими опусканиями - провалами, а також діючими вулканами. Тільки 10% землетрусів падає на інші основні маси материків, причому серед них потрібно виділити як найбільш схильні до: 1) пояс розломів уздовж африканських озер, Червоного та Мертвого морів; 2) гірські ланцюги Тянь-Шаню і Паміру і 3) південну частину озера Байкал з прилеглою місцевістю.

Співвідносяться як-то землетрусу з іншими явищами природи? Статистика показала, що землетруси трапляються: 1) частіше восени і взимку, ніж навесні і влітку (співвідношення 4: 3); 2) частіше під час молодика і повного місяця; 3) частіше в перигеї, тобто під час перебування Місяця на найменшій відстані від Землі; 4) удари бувають частіше і сильніше під час перебування Місяця на меридіані даного місця.

З вітрами, опадами і змінами атмосферного тиску також помічаються відомі співвідношення. Так, сильні вітри самі викликають мікросейсмічні коливання. Землетруси спостерігаються дещо частіше після періоду сильних опадів. Найбільш ясний зв'язок з різкими змінами тиску повітря, і це зрозуміло: падіння атмосферного тиску на 1 мм відповідає зменшенню тиску на 1 км2 на 13,6 мільйона кілограм. Різке падіння або збільшення тиску повітря може викликати розрідження напруги в складках або розломах в формі зміщення товщ, яке, в свою чергу, викличе струс. Такий же вплив може мати посилення навантаження на земну кору внаслідок великої кількості опадів взимку і восени, тиску вітру і посилення морських припливів в залежності від положення Місяця.

Запобігати землетрус людина не в змозі: в його силах в кращому випадку тільки завчасно попереджати про них, щоб люди встигли врятуватися, і зводити такі споруди, які витримують навіть сильні струси.

З метою попередження в місцевостях, схильних до землетрусів, влаштовують сейсмічні станції, забезпечені точними і чутливими сейсмографами, які повинні не тільки реєструвати сильні струси, а й мікросейсмічні і на підставі їх вивчення з'ясувати по можливості такі рухи, які є провісниками руйнівних. На жаль, це зроблено не у всіх регіонах Землі.

Запобіжні заходи, вже прийняті в усіх країнах, сильно страждають від землетрусів, складаються в певних правилах для зведення будівель. В основному вони зводяться до розширення фундаменту, застосування металевої зв'язку в цегляній кладці, особливої ​​міцності склепінь і перемичок, відділенню даху зазором від димоходів, забороні важких карнизів і ліпних прикрас і вживання цілком доброякісних матеріалів. Будівлі, зведені згідно з цими правилами, називаються антисейсмічними і повинні гарантувати що живуть в них від загибелі під руїнами.

Див. В номері на ту ж тему

Ю. МОРОЗОВ - Цікаво про геологію.