У земных недр своя жизнь

Условия, в которых находится вещество Земли, и его со­стояние предрасполагают к большим и малым физико-хи­мическим, механическим, радиоактивным и другим глу­бинным  процессам,  носящим  название  тектонических.

Все такие процессы происходят с выделением либо по­глощением энергии и с ее перераспределением. В резуль­тате названных тектонических процессов вещество Земли подвергается медленной деформации. При этом в разных областях внутри Земли, в том числе и в ее коре, скап­ливается различное количество энергии, что приводит к большим напряжениям.

Концентрация энергии и возникновение лапряженип в отдельных частях земной коры и верхней мантии могут достигать такой величины, когда прочность вещества Земли в каком-то месте не выдерживает. Происходит на­рушение того состояния вещества, в котором оно нахо­дилось. На определенном участке начинается разрушение пород. Это нарушение (или разрушение) может представ­лять собой какой-либо скол, разлом, раздробление и т. д. со смещением отдельных блоков, участков земной коры вертикально вверх или вниз. Может произойти сдвиг по наклонной плоскости под значительным или небольшим углом, а может быть, и горизонтально. Процессы такого рода, как правило, не только вызывают колебания в мес­те разрушения, но могут охватывать и большие площади на поверхности Земли. Следовательно, можно сказать, что колебания Земли, происходящие в результате внезап­ных разрывов в верхних или более глубоких слоях Земли с нарушением ее сплошности и вызывающие сотрясение земной поверхности, и называются землетрясениями.

Область внутри Земли, где возникают эти разрушения и происходит разрыв сплошности материала Земли под действием упругих напряжений, накопленных в результа­те тектонических процессов, и проявляются остаточные деформации, называется очагом землетрясения. Очаг обычно имеет значительную протяженность. Место на по­верхности Земли над областью очага называют эпицент-ральной областью. Точку, в которой начинается разруше­ние, именуют гипоцентром, а ее проекцию на земную по­верхность — эпицентром землетрясения.

Но землетрясения возникают не только от указанных выше причин. Они могут явиться также следствием сме­щения «земных плит» друг относительно друга, что при­водит к сминанию их кромок или мест соприкосновения и в результате — к большим разрушениям и перестройке их граничных форм. Такие процессы также носят назва­ние тектонических, а землетрясения, вызванные ими,—-тектонических.

Учитывая сказанное, можно утверждать, что процесс формирования земного рельефа в немалой степени яв­ляется следствием движений, происходящих в недрах Земли на значительных глубинах.

Тектонические процессы, происходящие вблизи рас­положения вулканов, способны вызвать значительную вулканическую деятельность (извержения, взрывы газа п т. п.). При этом землетрясения называют вулканиче­скими, хотя порождены они, по-видимому, теми же текто­ническими процессами. Такие землетрясения возника­ют реже, обычно они слабее, неглубоки п носят мест­ный характер. Хотя иногда бывают и исключения, когда происходит взрыв части вулкана или даже целого вулка­нического острова. Классический пример тому — взрыв вулкана Кракатау в 1883 г.

Еще реже и слабее, но могут возникать землетрясения в результате карстовых процессов. Вымывание раствори­мых пород в земной коре водой, проникающей с поверх­ности земли внутрь коры, приводит к образованию боль­ших и малых пустот, которые впоследствии заполняются путем обвалов вышележащих пород. При этом наблюда­ются так называемые провальные (или обвальные) зем­летрясения.

Наконец, на больших глубинах бывают землетрясения, получившие название глубокофокусиых, или плутониче­ских. Механизм и причины возникновения их пока еще далеко не ясны.

По глубине возникновения начальных процессов раз-личгют три группы очагов  (в км):  1)  нормальные — до 70; 2) промежуточные — от 70 до 300; 3) глубокие — от. 30,р до 700.

Процессы разрушения, происходящие на различной глубине, по-разному проявляются на поверхности Земли. Это и понятно. Землетрясения с очагом па глубине до 5 км в силу невозможности накопления больших напря­жений (из-за предела прочности пород) и, стало быть, концентрации значительного количества потенциальной энергии не могут обладать большой разрушительной си­лой, и действие их ограничивается небольшим участком.

Землетрясения с глубиной очага более 300 км также слабо проявляются на поверхности Земли. Это вызвано тем, что сейсмическая энергия, возникающая в очаге, рас­пространяясь во все стороны от него, с расстоянием рас­средоточивается все в большем объеме Земли и при вы­ходе на поверхность плотность ее на единицу площади становится незначительной.

Таким образом, опасными, по-видимому, следует счи­тать (при прочих равных условиях) землетрясения с оча­гами в указанном промежутке глубин — от 5 до 300 км. Наиболее опасны землетрясения, очаги которых находят­ся на глубине от 15 до 100 км.

Всеобщее внимание, однако, привлекают сильные землетрясения, потому что они, как правило, служат при­чиной разрушения сооружений либо изменяют вид земной поверхности, иногда еще и сопровождаются человечески­ми жертвами. При нескольких десятках очень сильных землетрясений наблюдалось образование крупных разло­мов.

Исходя из этого полагают, что так происходит при большинстве сильных землетрясений, и именно этим объясняется результат разрушений. В действительности положение дел обстоит не совсем так. Видимые проявле­ния сильных землетрясений на поверхности Земли (тре­щины, провалы, смещение отдельных участков Земли друг относительно друга и т. п.) лишь косвенно связаны с глубинными, тектоническими процессами, где происхо­дят разломы и разрушения. И главная опасность при землетрясении — это не трещины и провалы, а очень сильные сотрясения верхних слоев грунта, вызванные пришедшей из сейсмического очага упругой волной.

Когда в Земле возникает землетрясение или происхо­дит взрыв, часть высвобождающейся энергии превраща­ется в упругие волны, которые распространяются в гор­ных породах с различной скоростью, зависящей от плот­ности и упругости пород. Различают два вида упругих волн: объемные и поверхностные. Объемные волны про­низывают все тело, весь объем Земли и бывают двух ти­пов: 1) сжатия и разрежения, называющиеся продольны­ми, или волнами Р; 2) поперечных смещений, называю­щиеся поперечными, или волнами S. Поверхностные образуются сложным взаимодействием продольных и по­перечных волн с земной поверхностью и распространяют­ся только в поверхностных слоях Земли.

Таким образом, при сильном землетрясении сейсми­ческие волны, идущие по всему земному шару, могут быть обнаружены в любой точке его поверхности специ­альными высокочувствительными приборами — сейсмо­графами, служащими для записи землетрясений.

Обычно принимают, что упругие волны, возникающие при зехмлетрясении, исходят из одной точки. Это допусти­мо, когда расстояние до источника много больше разме­ров самого источника — очага землетрясения. В действи­тельности, очаг имеет значительную протяженность, по крайней мере 10 км, а чаще больше (иногда даже более 100 км). Это зависит от энергии землетрясения. И если расстояние от источника до места регистрации землетря­сения становится соизмеримым, то такое допущение нельзя считать правомерным.

Объемные продольные и поперечные волны возникают одновременно и распространяются независимо друг от друга, причем скорость продольных волн почти вдвое больше скорости поперечных, тем более поверхностных, распространяющихся еще медленнее, чем поперечные. Поэтому продольные волны, проходя через глубины Зем­ли и достигая ее поверхности первыми, приносят инфор­мацию о происшедшем землетрясении. Основные парамет­ры, характеризующие сейсмические волны,— это ампли­туда колебания, период и скорость.

Если бы вещество Земли, где происходят сейсмические процессы, являлось идеально упругой и однородной сре­дой, то волновая картина, возникающая при землетрясе­нии, была бы значительно проще. В действительности же вследствие слоистости, неоднородности коры, а также в зависимости от гидрологических условий и значительной неровности земной поверхности сейсмические волны, от­ражаясь, преломляясь, рассеиваясь и поглощаясь, приоб­ретают исключительно сложный характер распростране­ния. В результате запись движения почвы при землетря­сениях представляется в виде очень сложной кривой.

Сейсмические колебания по-разному проявляются в земных породах различной плотности и упругости. Энер­гия, которую несет сейсмическая волна и которая про­является на поверхности Земли, зависит от произведения трех величин (квадрат скорости колебаний F, плотность пород р и скорость сейсмической волны С) в виде Е~рСТ2. Произведение рС принято называть сейсми­ческой жесткостью земных пород. Устойчивость достроек к разрушению в значительной степени зависит от сейсми­ческой жесткости грунта.

Действительно, при постоянной энергии колебаний их скорость должна быть тем большей, чем меньше сейсми­ческая жесткость грунта. В свою очередь, чем больше

скорость колебаний, тем вероятнее разрушение стоящей на нем постройки.

С. В. Медведевым и Н. В. Шебалиным составлена таблица, в которой указаны интервалы скорости распро­странения волн, плотности и сейсмической жесткости для основных категорий грунтов (табл. 2).

Из таблицы видна зависимость сейсмической жестко­сти от типа грунта.

Таким образом, в силу неоднородности земной коры под действием сейсмических волн, особенно поверхност­ных, колебания недостаточно жесткого слоя (плывуны, песчаник, торфяник, искусственные насыпи и т. п.) про­исходят с большими амплитудами по сравнению с твер­дыми породами, поэтому на них возникают более опасные условия для любых построек.

Можно привести нижеследующее сравнение в виде соотношений между величинами амплитуд для различных грунтов при сильных землетрясениях: сейсмическая вол­на, вызывающая колебания грунта на скальных породах в 2—5 мм, создает колебания в землистых уже до 25 мм, а в насыпях и неустойчивых почвах даже до 100 мм и более.

Приведенный пример дает достаточно ясное представ­ление об опасности строительства объектов на рыхлых грунтах.

Пояса разрушений

По земному шару землетрясения распределяются весьма неравномерно. Они приурочены к определенным зонам — поясам сейсмичности. Основными из них можно считать два: 1) Тихоокеанский и 2) Средиземноморско-Транс-азиатский. К второстепенным относятся Арктико-Атлантический, пояс западной части Индийского океана и др. Все они, в свою очередь, делятся на небольшие (по срав­нению с сейсмическими поясами) сейсмические зоны.

Тихоокеанский пояс охватывает побережье почти всех стран Тихоокеанского бассейна. Здесь происходит почти 80% всех землетрясений Земли. И если учесть, что этот сейсмический пояс одновременно богат еще и действую­щими вулканами, то станет ясно, почему нередко образ­но его называют «Огненным кольцом».

Средиземноморско-Трансазиатский пояс простирается широкой полосой, включая побережье стран Средизем­ного моря, Карпаты, Турцию, Иран, Кавказ, Среднеази­атские республики Советского Союза, Северную Индию, Алтай, северную часть Китая, Монголию, Прибайкалье, северо-восточную часть Китая и Приморский край, вы­ходя к Сахалину. Захватывая немалую часть территории СССР, этот пояс, пожалуй, более всего доставляет забот и хлопот сейсмологам, строителям и населению этих районов.

Арктико-Атлантический — проходит примерно от устья р. Лены через подводный хребет Ломоносова иод Север­ным Ледовитым океаном в направлении Исландии и, далее,4 по акватории Атлантического океана.

Пояс Индийского океана начинается от Аравийского полуострова и идет по поднятию дна и его средней части в направлении к Антарктиде.