В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика, страница 5

Жестокая подземная буря, разрушив Токио и Иокогаму, оставила без крова 3,5 млн человек и унесла 143 тыс. человеческих жизней. Ежегодно 1 сентября в день «Великого землетрясения в Конто» по всей Японии, особенно в Токио, проводятся учения с целью научить население правильному поведению во время буйства стихии. Сильнейшие землетрясения происходили не только в историческое время, они с определенной, по далеко не всегда понятной, закономерностью взрывали и продолжают взрывать в разных географических регионах земную кору и верхнюю часть лито- сферы нашей планеты. Существует точка зрения, что пока это происходит, на Земле будут поддерживаться условия, необходимые для существования жизни.

В заключение приведем краткие 1 л. и Землетрлсенил и сейсмологии сведения о трех очень сильных землетрясениях, последовавших одно за другим с сентября по декабрь 2003 г. 25 сентября произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой 8,3 на острове Хоккайдо (Япония).

Глубина очага 27 км. Белли человеческие жертвы (589 человек), разрушения дорог, дамб, произошли оползни, обвалы. Образовавшееся цунами с высотой волн от 4 м прокатилось вдоль юго-восточного побережья Хоккайдо. Последнее такое же ужасное землетрясение в этом регионе произошло 4 марта 1952 г. с магнитудой 8,1.

27 сентября 2003 г. сильнейшее землетрясение с магнитудой 7,3 произошло в России на Алтае, недалеко от границы с Монголией. Глубина очага — 16 км. Были человеческие жертвы, большие разрупн.ния. Землетрясение ощущалось в Прокопьевске, Новосибирске, Абакане, Барнауле, Кемерово, Красноярске и других городах Восточной Сибири. Последнее крупное землетрясение в этом регионе произошло 20 декабря 1761 г. с магнитудой 7,7. 26 декабря 2003 г, землетрясение с магнитудой 6,6 произошло в юго-восточном Иране. Глубина очага — 10 км.

Огромное количество людей погибло (16200 человек), разрушено около 85% зданий и другой инфраструктуры в окрестностях города Бам. Максимум интенсивности землетрясения наблюдался в городах Баме (9 баллов по шкале Рихтера) и Баравате (8 баллов). Последнее катастрофическое землетрясение наблюдалось в этом регионе более 2000 лет назад. Все три землетрясения вызвали очень крупные разрывы в земной коре, протяженность которых достигала нескольких километров.

Классическая сейсмологическая модель Земли При землетрясениях возникают и распространяются по всему объему твердой Земли низкочастотные упругие волны, называемые сейсмическими волнами. Геофизическая наука, изучающая сейсмические волны, их источники -- очаги землетрясений — и строение твердой Земли или ее отдельных оболочек, называется сейсмологией. Она возникла в начале ХХ столетия, Одним из основателей сейсмологии был русский физик и геофизик, академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук князь Борис Борисович Голицын (1862- 1916). Поскольку вещество с различными плотностью и другими механическими характеристиками распределяотся в Зомле неравномерно, твердая Земля имеет слоистое строение.

Сейсмические методы дают наиболее точную и достоверную информацию о Гл. Ь'. Землетссрясеиия и сейсмология внутреннем строении Земли. Вскоре посше начала инструментальных наблюдений были обнаружены три основных структурных элемента внутри Земли: ядро, мантия (оболочка) и кора.

Скорости распространения сейсмических волн зависят от плотности и модулей упругости горных пород. Упругие (или сейсмические) волны, возникая в толще Земли как обьемные, порождают поверхностные волны, выходя на поверхность Земли или пересекая границы раздела. Объемные волны бывают двух типов: продольные и поперечные. Продольные являются упругими волнами сжатия, а поперечные . - упругими волнами сдвига. Объемные волны подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь и преломляясь у поверхностей раздела, где их скорость изменяется. Скорости этих волн определяются формулами где 1ср и 1» скорости продольных и поперечных волн, К модуль всестороннегосжатия, д модуль сдвига, р плотность.

Из этих формул видно, что скорость продольных волн выше скорости поперечных волн (в среднем в 1,7 раза). Соответственно продольные волны регистрируются па сейсмограммах раньше поперечных. Поэтому продольные волны получили название первичных (ргсшагу, Р), а поперечные —. вторичных (весопс1агу, Я). Обьемные сейсмические волны в буквальном смысле слова просвечивают нашу планету и, подобно рентгену, позволяют выявить внутреннее строение Земли без непосредственного проникновения в ее недра.

Упругие сейсмические волны регистрируются сейсмографами, в зависимости от конструкции которых записывается либо смещение почвы, либо скорость смещения. Короткопериодные приборы (Т 1 с) используются для обнаружения объемных волн, .а длинпопериодные (Т:е 15 с) — для обнаружения поверхностных волн. Источник сейсмических волн имеет обьгшо протяженность 10- 100 км. У микроземлетрясений он уменыпается до 1 км, а у катастрофических достигает 1000 км.

При теоретическом рассмотрении он представляется ссточкой», которая называется фокусом или гипоцентром. Точка на поверхности Земли проекция фокуса по вертикали вверх — называется эпицентром. Большинство очагов землетрясений расположено на глубинах ! л. 2. Землетрлееиил и еейемологил смическая танция поверхно очаг Рис.2.1.

Схема годографа Т(1л) (а) и схема распространения сейсмического луча (Л вЂ” радиус Земли, Ь эпицентральпое расстояние) (б) менее 100 км, но известны землетрясения, происходящие на глубинах до 700 км. Местоположение гипоцентра и эпицентра землетрясений определяется по времени прихода сейсмических волн. Зависимость времени пробега Т от эпицентральпого расстояния Ь называется годографом (рис. 2.1, а).

Для случая однородной Земли на рис. 2.1, 6 приведена схема хода сейсмического луча к сейсмической станции. Точка А на рис. 2.1, а определяет сейсмический луч, проходящий расстояние Ь~ за дT время Ты Пусть в точке А производная — равна Рм Задача е1Ь сейсмологии состоит в том, чтобы перейти от графической зависимости Т(Ь) к зависимости сейсмической скорости от радиуса г'1г), так как информацию о внутреннем строении Земли дает распределение скоростей сейсмических волн по глубине.

В сейсмологии разработаны различные способы этого перехода. Для определения координат очага необходима регистрация прихода волн на нескольких сейсмостанциях (не менее 4). Последние усовершенствования мировой сети сейсмостанций и применение ЭВМ значительно повысили точность определения очагов землетрясений. До 50-х гг. наибольшее число открытий в сейсмологии было сделано в результате измерений времени пробега объемных волн землетрясений. Предполагалось, что Земля обладает радиальной симметрией и потому можно использовать множество различных землетрясений, чтобы построить годограф волн Р и,5' для последовательного ряда возможных эпицентральных расстояний от 0 до 180'.

Как уже упоминалось, Земля имеет ядро, мантию и кору. Исторически первым было открыто центральное ядро Земли: в 1906 г. Олдгем обнаружил, что волны Р вблизи эпицентрального расстояния 180' приходят значительно позже, чем этого можно было ожидать (рис. 2.2). Такая задержка волн вызвана их Гл. 2.

Землетрясения и сейсмология Цйо зо Ф й ! ое е (Р о ------ — - ядро ---- — ---е. Рис. 2.2. Некоторые пути Р-волн, проходящих сквозь Землю. Штриховые линии изображают слабые Р-волны, выходящие в зоне тени (по Гутенбергу) прохождением через ядро с пониженной скоростью. Это открытие было затем подтверждено более детальными исследованиями. Волны Р и Я наблюдаются до Ь = 103', причем их скорость возрастает с глубиной по мере прохождения волны через оболочку (мантию) Земли. Между 103' и 142' волны обычно исчезают: создается «зопа тени». От 142' до 180' появляется более поздняя волна Р, а волна Я отсутствует. Из этого следует, что приблизительно на половине пути до центра Земли существует резкая граница раздела, ниже которой скорость волны Р внезапно уменьшается, а волна Я исчезает.

Известно, что поперечные волны не распространяются в жидкости, так как там модуль сдвига р = = О. Следовательно, полученные результаты указывают на существование жидкого ядра„выше которого лежит оболочка (или мантия) Земли, вещество которой находится в твердом состоянии. Глубину границы раздела ядро"мантия 12900 км) впервые определил немецкий сейсмолог Гутенберг в 1914 г., в связи с чем эта граница названа его именем.

На границе Гутенберга 1'р скачком уменыпается от 13,6 до 8,! км/с. Скорости поперечных волн 1 и соответственно уменьшаются от 7,3 км/с до 0 (рис. 2.3). Плотность в ядре возрастает от 5,5 (в оболочке) до 10 г~'смз. Вторая отчетливая поверхность раздела, на малой глубине, была открыта югославским сейсмологом Мохоровичичем при изучении сейсмограмм землетрясений в Югославии 8 октября ! л. а Землетялеенил и еейемологил х 12 х и х 8 й и :и 'Ф и 4 о о 0 2000 4000 6000 $ центр Земли Глубина,км Рис.