Катастрофы: неистовая Земля
Шрифт:
Очевидцы землетрясений в своих рассказах обычно приукрашивают и преувеличивают их драматическую природу. В действительности сейсмические волны обычно ощущаются лишь как сильные, интенсивные движения земной поверхности. Тем не менее иногда наблюдаются земные волны в буквальном смысле слова: волны движутся по земле, как по озеру. Некоторые рассказы об этом явлении можно считать вполне достоверными. При калифорнийском землетрясении 1906 г. в отдельных местах отмечались земные волны высотой до 1 м, было зафиксировано также распространение волн еысотой около 30 см и длиной 18 м. Волны гораздо меньшей длины (2–3,5 м) наблюдались при землетрясении в долине Ганга (Индия) в 1934 г. В той же стране ассамское землетрясение 1897 г. вызвало волны, распространявшиеся со скоростью «быстрее ходьбы человека, но медленнее его бега».
Интенсивность землетрясения либо измеряется в баллах,
Сила землетрясения в баллах отражает качественную меру его воздействия на любую конкретную точку. Она регистрируется по видоизмененной шкале Меркалли, деления которой основаны на оценке наблюдаемых движений тех или иных предметов и степени разрушения. Баллы отмечаются цифрами от I до XII (цифры римские, чтобы не было путаницы с магнитудой) [1] . С удалением от эпицентра сила землетрясения уменьшается. Сила VII баллов будет характерна для участка, прилегающего к эпицентру землетрясения, имеющего магнитуду 5. Такое землетрясение может повлечь за собой сильные разрушения зданий, но правильно сконструированные антисейсмические постройки должны выдержать эти толчки. Крупными считаются землетрясения, магнитуды которых равны 5–6 и более; обширные разрушения соответствуют IX баллам. Самые сильные землетрясения, как, например, землетрясение 1906 г. в Сан-Франциско, магнитуда которого составляла 8,3, вызывают почти полные разрушения и оцениваются в XI–XII баллов.
1
* Существуют и другие сейсмические шкалы, по которым определяется сила землетрясений. Самая ранняя из них была разработана в 1564 г. итальянским картографом Я- Гастальди. На протяжении последнего столетия наиболее широкое применение получили 10-балльная шкала М. Росси и Ф. Фореля (1883 i). а также упоминаемая автором 12-балльная шкала Д. Меркалли — А. Канкани— А. Зиберга (1912 г.). В нашей стране принята 12-балльная шкала, разработанная Институтом физики Земли Академии наук СССР; градации этой шкалы утверждены в качестве общегосударственного стандарта. — Прим. ред.
Сейсмические волны, как и волны всех других типов, могут затухать или усиливаться либо даже резонировать в зависимости от того, через какие горные породы они проходят. Таким образом, разрушительная сила землетрясения зависит не только от его магнитуды, но и от местных геологических условий. Наиболее четкое различие в этом отношении наблюдается между коренными породами и неуплотненными осадками. Последние нисколько не смягчают колебаний при землетрясении, и потому они наименее пригодны для заложения фундаментов.
Землетрясение 1967 г. в столице Венесуэлы Каракасе, имевшее магнитуду 6,5, не было особенно сильным, но оно разрушило четыре высотных здания, и число погибших составило 200 человек. Все эти здания стояли на аллювии; при усилении сейсмических колебаний рыхлые осадки утратили связность. Кроме того, частота волны в аллювии совпала с естественной частотой колебания зданий, и возникший резонанс полностью разрушил эти постройки. Явление иного порядка имело место во время гораздо более сильного землетрясения, потрясшего в 1952 г. южную Калифорнию. В зоне разрушений оказался Хрустальный грот, который осматривала в этот момент группа туристов. Люди ничего не почувствовали, поскольку их окружал плотный известняк.
Такие различия в геологическом строении имеют очень большое значение при изучении сейсмических зон, особенно при оценке разнообразных побочных эффектов, вызываемых колебаниями грунтов во время землетрясения.
Разломы и землетрясения
Уже давно замечено, что землетрясения тесно связаны с разломами. В начале нынешного века была выдвинута гипотеза, согласно которой разломы являются следствием землетрясений. Она основывалась на непосредственном наблюдении сбросовых нарушений на поверхности Земли. Однако систематическое изучение более крупных и глубоко расположенных разломов показало, что справедлива как раз обратная зависимость. Во многих частях земной коры действуют ориентированные силы, вызывающие медленную упругую деформацию пород. Эти напряжения постепенно нарастают и в конце концов превышают тот предел, который породы могут выдержать. Пласты пород разрушаются, и происходит их смещение вдоль трещины, что продолжается до тех пор, пока напряжение значительно не уменьшится или не исчезнет совсем. Вследствие этих внезапных движений и выделения энергии возникают ударные волны, вызывающие землетрясение. Такое объяснение землетрясений получило название теории упругого восстановления. Афтершоки, сопровождающие землетрясение и обычно регистрируемые не там, где произошел главный толчок, вызваны переносом деформации на прилегающие массы горных пород. Каждое движение приводит к новым подвижкам, пока не прекратится действие сил, являющихся причиной деформации.
О медленном нарастании деформации в породах свидетельствует также постепенное движение блоков земной коры вдоль разломов, не зависящее от внезапных разрывов и землетрясений. Во время знаменитого землетрясения^ 1906^г. в Сан-Франциско дно Тихого океана продвинулось примерно на^_6|м к| северу относительно Американского континента. Но в течение предыдущих 50 лет здесь уже осуществлялось перемещение бе^о всяких землетрясений, составившее в целом более половины этого расстояния. Движение все еще продолжается; здания и тротуары в Холлп-стере, расположенном в более южной части Калифорнии, фактически медленно расходятся в стороны.
На глубине около 5 км давление и температура настолько высоки, что породы не разрушгются, а подвергаются пластической деформации. Однако при просачивании воды трение вдоль трещин уменьшается и становятся юзможными внезапные подвижки. Приток воды приводит к тому, что трещины в породе расширяются с увеличением напряжения. Это объяснение получило название теории источника расширения. Эта теория еще не совсем ясна в деталях, но не противоречит имеющимся сведениям о скорости распространения ударных волн; в ряде случаев она помогает дать ответ на некоторые из вопросов, возникающих у исследователей.
Вместе с тем многие мелкие разломы, располагающиеся близ дневной поверхности, особенно в слоях рыхлых осадков, действительно образовались в результате землетрясений. Они вызваны оседанием отложений под воздействием ударной волны. Такие разломы представляют собой исключения из общего правила, утверждающего, что большинство землетрясений является следствием образования разломов.
Обычно сбросовое движение при землетрясении полностью происходит на глубине, но иногда оно наблюдается и на поверхности. Землетрясение 1959 г. в Монтане (США) было вызвано разломом, образовавшим уступ длиной более 22 км и высотой более 4 м. Во время землетрясения 1964 г. на Аляске разлома видно не было, но съемка показала, что сместился участок суши и морского дна площадью около 260 км2. Одна половина этого участкча поднялась, а другая опустилась, причем максимальное общее относительное смещение составило 11,5 м. Утверждают, что во время землетрясения 1923 г. в Токио участки ложа залива Сагами смещались вверх и вниз на десятки метров, но этому трудно поверить; результаты подводной съемки могут быть подвергнуты сомнению. Самое значительное достоверное вертикальное смещение при землетрясении было зарегистрировано в 1899 г. в заливе Якутат на Аляске, когда некоторые участки береговой линии были подняты на 14,25 м.
Несомненно, распространение землетрясений по нашей планете должно быть связано с размещением разломов, особенно активных, характер распределения которых легко установить. Верхнюю часть земной коры средней мощностью 60 км составляют около десятка огромных блоков — плит, которые сами по себе являются относительно устойчивыми. Однако эти плиты перемещаются, скользя по пластичным внутренним слоям Земли, находящимся в почти постоянном, очень медленном движении под воздействием конвекционных течений, поднимающихся из высокотемпературных глубин. Таким образом, границы между плитами являются геологически активными зонами. Одни плиты двигаются навстречу друг другу и иногда даже перекрываются, другие расходятся в стороны, третьи скользят вдоль границ в противоположных направлениях. Каждый тип этих движений порождает определенные типы разломов, и все они вызывают землетрясения. В отличие от подвижных пограничных зон, сами плиты устойчивы, в их пределах крупных глубинных землетрясений обычно не бывает. Среди редких исключений можно назвать землетрясение 1811 г. в Нью-Мадриде, произошедшее в зоне устойчивой плиты на востоке США.