В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика, страница 4

Аномалия силы тяжести. Изостазия Расчеты фигуры Земли, начиная с Ньютона, производились при условии, что Земля находится в состоянии гидростатического равновесия, что достаточно близко характеризует реальное состояние Земли. Отклонение поверхности геоида от поверхности сфероида как раз связано с некоторым отклонением реального состояния Земли от гидростатического равновесия.

Спутниковые данные показали, что это отклонение имеет величину порядка квадрата сжатия (ег~). Отклонение фигуры Земли от равновесной составляет о~Л вЂ” 70 м. В связи с тем гравитационное поле (и соответственно геопотенциал) состоит из слагаемых, существенно различающихся по величине, опо разделяется на нормальное поле с потенциалом И'в 19 гора Рис. 1.3. Изостатическое равновесие между корой и мантией и возмущенное (аномальное) с добавочным потенциалом Т.

Потенциал сфероида (1.14) определяет нормальное поле сил тяжести и, соответственно, нормальную фигуру Земли. Отклонения геоида от сфероида не превышают 70 м, с помощью спутниковых данных построены карты высот геоида (отклонений от сфероида). Высоты геоида пропорциональны амплитудам гравитационных аномалий.

Интересно то., что аномалии не связаны с топографическими особенностями поверхности (горы,. впадины и т. п.), кстати последние и не описываются поверхностью геоида. Из этого следует важнейший вывод: континентальные области изостатически скомпенсированы, т.е. материки как бы плавают в подкоровом субстрате, словно гигантские айсберги в полярных морях. Аномалии силы тяжести вызваны различными флуктуациями плотности в коре и мантии Земли. Идея изостазии, высказанная в середине Х1Х века, объяснила тот удивительный факт, что наличие гор почти не сказывается на гравиметрических измерениях. Согласно принципу изостазии, легкая земная кора, состоящая из гранита и базальта, изостатически уравновешена на более тяжелой мантии, как показано на рис.

1.3. Получается так, что масса вещества на единицу площади, измеренная вплоть до некоторой глубины в коре или мантии, приблизительно одинакова для всей поверхности Земли. 20 Гл. 1. Фигура Земли Земные приливы Из-за сплюснотости Земли возникает прецессия земной оси. Находясь вблизи эклиптики,,Луна и Солнце пе всегда лежат в плоскости симметрии экваториального вздутия Земли. Часть этого вздутия, которая в данное время расположена ближе к Луне или Солнцу, притягивается ими сильнее, чем противоположная часть.

Это создает моменты сил, стремящиеся повернуть ось Земли в перпендикулярном к оси направлении. В результате ось Земли будет описывать в пространстве два конуса с одной вершиной в центре Земли. Поэтому направление от центра Земли к северному полюсу удаляется от направления на полюс мира, достигает наибольшего отклонения в 47' и приходит к прежнему значению через 25750 лет. Средняя скорость прецессии составляет около 50,25" в год. Независимо ог гравитационного взаимодействия с другими телами Земля испытывает собственные колебания, которые возникают из-за того, что ось вращения Земли немного наклонена к осн наибольшего момента инерции. Эти колебания называют свободной нутацией, нли чандлеровскнми колебаниями (по имени их открывателя).

Чандлеровские колебания полгоса выражаются в вариациях широты с периодом в 430 — 435 суток и средней амплитудой около 0,14". Глава 2 Землетрясения и сейсмология Катастрофические землетрясения Ежегодно на Земле сейсмографы фиксируют более 100 тысяч землетрясений.

Из них людьми ощущаются около 10 тысяч и разрушительными бывают около 100 землетрясений. Эти подземные бури наносят большой ущерб жизнедеятельности и приводят к огромным человеческим жертвам. В то же время геофизикам они дают возможность достаточно детально изучать внутреннее строение Земли. При этом одной из важнейших целей геофизических исследований является предсказание времени и места предстоящих землетрясений. В случае решения этой сложнейшей проблемы появилась бы возможность своевременного предупреждения населения о предстоящем землетрясении, что позволило бы уменьшить до минимума или исключить вовсе гибель людей. Обратим внимание на наиболее крупные., катастрофические землетрясения, происшедшие во И тысячелетии.

Извержению вулкана Везувий в Италии 24 августа 79 г. предшествовала серия продолжительных землетрясений, в результате которых разрушались храмы, гибли люди. Во время извержения вулкана полностью погибли города Помпея и Геркуланум. Одним из самых разрушительных землетрясений за всю историю человечества является землетрясение на Среднем Востоке, происшедшее в 1201 — 1202 гг.

Оно ощущалось на площади 2 млн кмз, включая Египет, Сирию, Малую Азию, Сицилию, Армению, Азербайджан. По данным историков погибло более 1 млн человек. В русских летописях упоминается о сильном землетрясении 1230 года, которое захватило Киов, Переяславлгь Владимир, Новгород. В Киево-Печерской лавре церковь Пресвятой Богородицы распалась на четыре части, рухнула трапезная.

В Переяславле церковь св. Михаила распалась на две части. О человеческих жертвах не сообщается. В Китае катастрофическое землетрясение с магнитудой М = = 8,0 произошло в 1556 г. в провинции Сиань, расположенной 22 Гл. в. Землепгряееиия и сейсмология на берегу реки Хуанхэ, где равнины наполнены рыхлыми осадками. По данным историков целые города погружались в грунт, разжиженный вследствие сейсмических колебаний.

Землетрясение произошло в 5 часов утра, и число жертв было огромно около 830 тыс. человек. В Китае 28 июля 1976 г. под городом Таншан произошло одно из самых крупных землетрясений ХХ столетия. Землетрясение имело магнитуду 8,2, его разрушительная энергия была ужасной.

Жилые дома, промышленные строения превратились в груду обломков. Были обрушены мосты, искривлены железнодорожные рельсы, перевернуты поезда, повреждены автострады, разорваны трубопроводы, разрушены плотины. В полуторамиллиопном городе погибла почти половина населения.

Сильнейшее землетрясение произошло 1 ноября 1755 г, в Лиссабоне столице Португалии. По современным оценкам сейсмологов его магнитуда была около 8,6, т.е. на максимальном энергетическом пределе. В 9 часов утра раздался звук, похожий на подземный гром. Это был первый их трех главных толчков, который продолжался 6 мин. Оставшиеся в живых пытались покинуть рушащийся город. Через час после первого толчка море отступило. обнажив приливную полосу и нахлынуло на берег в виде нескольких волн цунами высотой от 5 до 7 м.

Волны накрыли набережную и людей, после отступления волн от массивной каменной набережной не осталось и следа. Город Лиссабон превратился в груды развалин, погибло около 50 тыс. человек. 19 апреля 1906 г. в Калифорнии произошло одно из крупнейших землетрясений с магнитудой 8,3. В результате землетрясения на поверхности Земли образовался глубокий разлом шириной около 6 м и длиной 450 км (разлом Сан-Андреас). Во время землетрясения произошло три толчка, которые продолжались чуть более 1 мин.

Были разрушены многие районы СанФранциско. Из-за разрывов газопроводов возникли пожары сгорели все деревянные постройки, из которых, в основном, состоял город. с1исло погибших -- около 700 человек. В Турции во время землетрясения в 1939 г. (М = 7г9) в г. Эринджан погибло 40 тыс. человек. С тех пор в Турции произошло более 20 катастрофических землетрясений, унесших 20 тыс. человеческих жизней. Самым разрушительным было землетрясение, произо|педшее 17 августа 1999 г.

(М = 7,7). Его жертвами стали 14 тыс, человек. В Чили 22 мая 1960 г. произошло катастрофическое землетрясение, опо разрушило город Консепсьоп, а также крупные промышленные центры: Пуэрто-Монт, Валдивия, Осорпо. Без ! л. с. Землетрлсенил и сейсмологии жилья остались миллионы чилийцев. Возникшее после землетрясения цунами смыло порт Анкунд и обрушилось практически на все Тихоокеанское побережье, достигло берегов Японии, где от цунами погибло 120 человек. В Иране, где происходит много землетрясений, в 1972 г. произошло катастрофическое землетрясение с магнитудой 7,1. Был полностью разрушен город Кир, погибло 5400 человек.

Еще более сильное землетрясение (М = 7,7) произошло в г. Тебесе в 1978 г. В городе и окрестностях погибло 15 тыс. человек. На Аляске 26 марта 1964 г. произошло одно из самых мощных землетрясений (М = 8,5). Продолжительность главного толчка составила 4 мин. Разрушения охватили плошадь более 65 тыс. км . Погибло 130 человек.

В результате образовавшегося цунами погибло еще 11 человек. В Ташкенте 25 апреля 1966 г. произошло землетрясение средней энергии, 5,3 балла по шкале Рихтера. Город был почти полностью разрушен, так как не были соблюдены правила анти- сейсмического строительства. В Армении 7 декабря 1988 г. произошло сильное землетрясение, около 7 баллов по Рихтеру. В зону землетрясения попали десятки городов Армении, Азербайджана и Грузии. Полностью был разрушен город Спитак, огромные разрушения были в Ленинакане, Кировакане. Погибло 25 тыс. человек, без жилья остались более 500 тысяч. В Перу 1 мая 1970 г.

произошло сильное землетрясение с магнитудой 7,8. Разрушения наблюдались на площади 100 тыс, км~. Наиболее катастрофические последствия были в густонаселенной долине Уайлас. Менее чем за 30 секунд в городе Уарасе обрушилась большая часть зданий., погибла половина его населения 10 тыс. человек. В г.

10нгай в результате схода снежных лавин погибло 15 тыс. человек. В Мексике 19 сентября 1985 г. произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой 8,2. Наиболее сильно пострадала столица Мехико город с 17-миллионным населением. Целые жилью кварталы превратились в груду развалин, как карточные домики падали небоскребы, рухнула 100-метровая телебашня. Тысячи людей оказались заживо погребенными под развалинами домов, школ., церквей.

Новый сильный толчок последовал 20 сентября (Л4 = 7,3), 30 сентября произошло третье землетрясение. В период с 19 по 30 сентября сейсмостанции зарегистрировали свыше 70 толчков интенсивностью от 4,5 до 7,8 по шкале Рихтера. Гл. Ь'. Землеигряееиия и сейсмология 21 октября в Мехико вновь ощущались подземные толчки, а 29 октября произошло новое землетрясение интенсивностью 5,7 баллов по Рихтеру.

Всего погибло 7,5 тыс. человек, 350 тысяч мексиканцев лишились крова. В районе Японских островов активность земных недр настолько высока, что в среднем в год здесь случается 1500 ощутимых подземных толчков. Самые сильные из них в основном возникают в двух гигантских разломах земной коры Суруга и Сагами, располагающихся в открытом океане вдоль японского побережья. Именно здесь находился эпицентр крупнейших сейсмических бедствий в 1498, 1605, 1707, 1854, 1923, 1944 гг.

Самое сильное японское землетрясение произошло 1 сентября 1923 г. Оно имело интенсивность Л4 = 8,3. Землетрясение охватило область провинции Южный Конто (включая Токио и Иокогаму) экономические, политические и культурныо центры Японии. Эпицентр землетрясения, получившего название «Великого землетрясения в Конто», находился примерно в 80 км к югозападу от Токио, возле острова Осима в заливе Сугами. Мощнейший подземный удар буквально за несколько секунд полностью и частично разрушил более 254 тыс. домов. Остальное довершили вспыхнувшие пожары: легкие домики из дерева, фанеры и бумаги были уничтожены огнем в течение считанных часов. Водопроводы были повреждены и бездействовали, пламя бушевало беспрепятственно.

Более половины Токио и практически вся Иокогама были сожжены дотла. Число жертв было ужасающим: 40 тыс. человек собрались в городском парке, спасаясь бегством из горячих жилищ, и лишь 2 тысячи из них остались в живых, остальные задохнулись в дыму. Многие маленькие города по берегу залива были уничтожены гигантскими волнами цунами, высота которых в ряде мест превышала 10 — 12 м.