Экологическая оценка землетрясений

Лекция 4

Сейсмические явления, землетрясения и экологические последствия

От греческого сейсмос – землетрясение. Сейсмические явления это прохождение упругих волн продольных или поперечных, распространяющиеся в литосфере с большой скоростью типа ударной волны.. Существует теория упругой отдачи Рида, которая объясняет их развитие как результат разгрузки напряженного состояния твердого тела земной коры. Породы земной коры находятся своего рода между молотом и наковальней. С одной стороны это давление веса вышележащих слоев, как проявление гравитации, вектор силы которой направлен к центру тяжести планеты, с другой стороны это сила разуплотнения, вектор которой направлен радиально от центра тяжести. Силу тяжести вы себе представляете хорошо, по крайней мере, характер ее воздействия. А вот что такое сила разуплотнения? Силу Архимеда знаете? Ее влияние испытывали на себе, когда приходилось купаться в реке. Известно, что иногда люди тонут, но это чаще по глупости или незнания. Почему животных никто не учит плавать, но все они прекрасно держатся на плаву? Почему дерево плавает, а металл тонет и почему судно, имея металлический корпус, тоже может держаться на плаву? Сила разуплотнения это и есть сила Архимеда – разделение вещества по плотности, выдавливания вверх менее плотного. А что такое верх, а что такое низ? Это все относительно вектора силы тяжести. Тектонические силы в самом общем виде это и есть сила Архимеда, которые действуют против тяжести. Вы знаете, что первоначально Земля была собрана из весьма неоднородного вещества, которое было вынуждено разделиться на слои разной плотности. Этот процесс не закончен до сих пор, к тому же работает и радиоактивная печь, которая тяжелые элементы превращает в более легкие. Последние выталкиваются к поверхности, преодолевая гравитационное сопротивление вышележащих пород, упругое сопротивление сил связи в кристаллической решетке минералов. В наиболее ослабленных местах возникают разрывы, трещины разных масштабов от микроскопических до глубинных разломов, широких зон трещиноватости, разбивающих земную кору на отдельные блоки. Здесь резко падает давление, что способствует плавлению горных пород и образованию магмы, возникают силы расширения за счет увеличения объема. Геологические блоки испытывают первоначально вертикальное перемещение, затем, теряя энергию, начинают перемещаться горизонтально.

Сейсмические процессы могут быть следствием, как природных явлений, так и техногенных.

Различают очаги землетрясений (гипоцентр) и их проекцию на поверхность (эпицентр), область распространения волны которую можно очертить изолиниями (изосейсмами). Природные очаги землетрясений могут быть как коровыми, так и мантийными.

Твердая часть нашей планеты представляет собой мозаику крупных литосферных плит, находящихся в динамике глобального конвейерного движения Очаги землетрясений ложатся на границы этих плит ( рис.1), но главным образом на конвергентные и дивергентные, т.е совпадают с теми, по которым в значительной мере проявляется вертикальная составляющая смещений. Трансформные разломы с их горизонтальным смещением блоков асейсмичны. Если мы сравним глобальные карты распространения землетрясений и вулканизма, то увидим их идентичность. Нетрудно видеть, что наиболее сейсмичным является Тихоокеанский пояс конвергентных субдукционных границ.

Карта тектоники литосферных плит (модифицированные данные Геологической службы США; автором добавлены границы Китайской и Иранской плит) Стрелкой указано местоположение очага землетрясения 26 декабря 2004 г. с магнитудой около М=9 на границе Австралийской и Китайской литосферных плит. Возникшие в результате землетрясения гигантские волны цунами привели к гибели свыше 250 тысяч человек и практически полностью разрушили побережья Суматры, Андаманских и Никобарских островов.

Карта движения литосферных плит Направление и скорость современных перемещений литосферных плит по данным космических наблюдений с помощью аппаратуры GPS (Система Глобального Позицирования). Литосферные плиты: ЕАП - Евроазиатская, САП - Северо-Американская, ТОП - Тихоокеанская, АФП - Африканская, АРП - Аравийская, ИНП - Индийская, КИП - Китайская, АВП - Австралийская, ФИП - Филиппинская, ЮАП - Южно-Американская, КОП - плита Кокос, НАП - плита Наска, АНП - Антарктическая плита. Масштабная стрелка величины скорости - слева внизу.

При землетрясениях, эпицентр которых расположен на дне океанов или морей, возникает явление моретрясения, при которых в массе воды возникают эллиптические волны высотой в несколько десятков метров, распространяющиеся с большой скоростью - цунами.. При этом, как показали исследования японских ученых, горизонтальные перемещения пород (сдвиги), как правило, не сопровождаются образованием таких волн. Так, при сильнейшем Сан-Францисском землетрясении 1906 года цунами не было, хотя горизонтальное смещение по разлому Сан-Андреас достигло 6 м (Иванов, Тржцинский, 2001).

В пределах материков эпицентры землетрясений приурочены к областям новейшей тектонической активизации (эпиплатформенные орогены типа Тянь-Шаня), а также к рифтовым зонам, сопровождающимся образованием систем разломов (рифты Восточной Африки, Красного моря, Байкальская система рифтов и др.). В пределах океанов значительной сейсмической активностью отличаются срединноокеанические хребты. На платформах и на большей части дна океанов землетрясения происходят редко и большой силы не достигают

Сейсмоопасные структуры

1. Зоны чрезвычайно сейсмичные субдукционные – Курило-Камчатская с глубиной очагов 600км и более.

2. Высоко сейсмичные материковые орогенические структуры, Кавказ, Центральная Азия, Алтай, Саяно-Байкальская

3.Реликтовые зоны субдукции – зона Вранча (Восточные Карпаты), Памиро-Гиндукуша с глубиной очагов 200-300 км;

4. Слабо – и асейсмичные территории платформ – Русской, Западно-Сибирской, Туранской, Восточно-Сибирской.

Экологическая оценка землетрясений

Оценка землетрясений проводится по комплексу показателей, среди которых выделяют: следующие: энергетического класса (К), магнитуду (М), интенсивность (I_о) на поверхности в баллах, сейсмическое ускорение (ά), период повторяемости, остаточные деформации (сейсмодислокации) и др. (Иванов, Тржцинский, 2001).

Энергетический класс (К) представляет собой логарифмическую величину энергии землетрясения. По величине К выделяют 18 классов землетрясений: от самых слабых (К=0), до сильных катастроф (К=18).

Магнитуда— С целью оценки энергии, выделяющейся в очаге землетрясения, Ч.Рихтером в 1935 году была предложена стандартная шкала магнитуд, которая является экспоненциальной, охватывая диапазон от 0 до 8.8. Магнитуда представляет собой логарифм отношения амплитуды колебаний А конкретного участка к амплитуде А' эталонного участка (100 км от эпицентра):

М = lg (A/ А')= lgA - lg А'.

Магнитуда Гоби-Алтайского (1957 г.), Аляскинского (1964 г.) землетрясений составила 8.6, Ташкентского (1966 г.) — 5.3, Нефтегорского — 7. При отличии магнитуд двух землетрясений на единицу, амплитуды их колебаний различаются в 10 раз. Связь магнитуды с энергетическим классом (К) определяется следующей зависимостью:

К=1,8M+12

Соотношение между К и М (по Г.П. Горшкову, А.Ф. Якушевой, 1973)

К	9	10	11	12	13	14	15	16
М	3.1	3.7	4.4	5.5	5.6	6.2	7.0	5.7

Цунами. Землетрясения, гипоцентры которых находятся под дном морей и океанов, вызывают образование огромных разрушительных волн — цунами. Для их оценки японскими учеными предложена специальная шкала магнитуд цунами, которые определяются подобно магнитудам землетрясений Определена эмпирическая зависимость магнитуды цунами от магнитуды вызывающего их землетрясения и высоты головной волны.

Установлено, что с увеличением глубины очага землетрясений величина цунами убывает. При этом предел магнитуды землетрясения, вызывающей катастрофическое цунами, можно определить по формуле

М = 7,7 + 0,008 h,

где h— глубина очага землетрясения, км.

Зависимость силы землетрясения от глубины очага.

Энергия землетрясений при приближении волн к поверхности затухает, так как постепенно расходуется за счет сопротивления внешней среды. Сила его на поверхности может измеряться в баллах. Соотношение между бальностью, магнитудой и глубиной очаговой зоны определяется формулой:

I_o = 1,5M – 3,5lgh + 3,

где h – глубина очага (см. табл).

Иногда оценку силы землетрясений проводят по последствиям. Такая оценка силы землетрясений проводится в разных странах с помощью различных специальных шкал. В России для этого применяются в основном две шкалы: сейсмическая шкала ИФЗ РАН и Международная шкала 12-бальная MSK-64.Оценка силы землетрясений по деформациям грунтов и нарушениям зданий проводится по соответствующим классификациям.

Человеческие потери от землетрясений по всему миру составляют 60 % всех жертв от различных стихийных бедствий. Землетрясения возникают внезапно и это усугубляет их разрушительные последствия, они относятся к быстродействующим геологическим процессам.

Землетрясения являются катастрофическими процессами регионального уровня и этим определяется их экологическое значение. Умеренные по энергии землетрясения могут оказаться катастрофическими в районах, где не были предприняты достаточные меры по обеспечению сейсмостойкости строительных сооружений, особенно таких опасных в экологическом отношении, как атомные электростанции и другие крупные энергетические и гидротехнические объекты. Последствия разрушительных землетрясений могут ощущаться в течение десятилетий, а затраты на их ликвидацию поглощают значительную часть национального бюджета. На территории бывшего СССР за послевоенное время при землетрясениях погибло свыше 200 тыс. человек (Экогеология России, 2000).

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 45; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!