В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Начало отсчета шкалы выбирается по достаточно малой стандартной амплитуде, которая считается соответствующей землетрясению с магнитудой, равной нулю. Самое сильное землетрясение — это Ассамское (1952 г.), его магнитуда 8,7. Современная аппаратура позволяет регистрировать землетрясения с магнитудой до -2, -3 с точностью + 0,1. Существует зависимость между магнитудой и 'полной энергией землетрясения Е. Величина а/Т служит мерой деформации грунта под действием сейсмической волны. Связь между Е и М выражается эмпирической формулой бы землетрясения разной магнитуды возбуждали цуги волн одинаковой формы, то коэффициент В был бы равен 2.
На самом деле и спектр, и длина цуга волн зависят от магнитуды. По Гутенбергу и Рихтеру уравнение (2.24) записывается так: 1я Е = 11,8 + 1,50'М (2.25) или для объемных волн 18Е = 6,5+ 2,3 т, (2.26) М = 3,65+ 1я Ц ((;) — заряд в килотоннах). Эта формула применима при расчетах подземных ядерных взрывов, Если подсчитать энергию, выделяющуюся всеми землетрясениями за год, то мы увидим, что наибольшую энергию производит катастрофическое (одно!) землетрясение, остальные добавляют еще 15 7,' от величины 5 1024 эрг для М = 8,7, МЕХАНИЗМ ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Выяснение причин землетрясений и обьяснение их механизма— одна из основных задач геофизики. При сравнении результатов геодезической сьемки, проведенной в Калифорнии до и после землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско, Рейд выдвинул теорию упругой отдачи при тектонических землетрясениях.
Теория содержала пять основных положений. 1, Разрыв сплошных горных пород, вызывающий тектоническое землетрясение, наступает в результате накопления упругих деформаций выше предела, который может выдержать горная порода, Деформации возникают при относительных перемещениях соседних блоков земной коры. 46 где магнитуда объемных волн т равна 2,5+ 0,63 М. Если подставить в (2.25) М = 8,7, то для самого сильного землетрясения получим е = 5 1024 эрг. Это громадная энергия, которая составляет 0,05/ от полного количества тепла, теряемого за год всей Землей (-10~~ эрг). Отсюда можно сделать вывод, что процессы, определяющие накопление такой большой энергии в очагах, должны определяться основными свойствами мантии, они не могут быть случайными.
Для сравнения укажем, что энергия, выделившаяся при взрыве атомной бомбы в Хиросиме, -10~~ эрг. Однако если взорвать все накопленные к настоящему времени ядерные заряды (Д > 5 101~ т), то это будет равносильно небывалому землетрясению с магнитудой больше чем 11,3: 2. Относительные перемещения блоков не происходят внезапно, в 'момент разрыва, а нарастают постепенно в течение более или менее длительного времени. 3. Движение в момент землетрясения состоит только лишь из упругой отдачи — резкого смещения сторон разрыва в положение, в котором отсутствуют упругие деформации.
Это движение заметно на расстоянии в несколько миль от разрыва. 4. с-Волны возникают на поверхности разрыва, Площадь поверхности, с которой они излучаются, сначала очень мала, но затем быстро увеличивается и становится большой. Скорость ее распространения не превосходит ю и ю . 5. Энергия, освобожденная во время землетрясений, до землетрясения была энергией упругой деформации горных пород.
Разрыв пород с сухим трением легче осуществляется при неглубоких землетрясениях. На глубинах, превышающих несколько километров, сдвиг и проскальзывание с сухим трением невозможны. Сдвиг происходит в присутствии жидкости (воды). Такое проскальзывание — важная особенность тектонических землетрясений. Яркий пример проскальзывания вдоль разломов наблюдался на поверхности во время землетрясения в Империал-Вэлли (Калифорния) в сентябре 1950 г.
Если на поверхности разлома не видно, то проскальзывание произошло в более глубоких частях коры. Проскальзывание вдоль разрыва, выходящего на поверхность, аналогично смещениям в винтовых дислокациях, известных из физики твердого тела. Некоторые ученые (Бриджмен и др.) подвергали сомнению теорию проскальзывания. Они предполагали, что землетрясение определяется резким изменением обьема в результате внезапного фазового перехода. Такой механизм, если он существует, более вероятен для глубокофокусных землетрясений, При подводных землетрясениях на поверхности океана обычно возбуждаются очень длинные волны в результате резкого погружения или подъема океанского дна.
Волны с большой скоростью пересекают пространства океана и могут вызывать серьезные разрушения на побережье в тысячах километрах от очага землетрясения. Чаще всего цунами обрушиваются на берега Тихого океана, так как он опоясан кольцом очагов землетрясений с высокой сейсмической активностью. Во время Чилийского землетрясения 19б0 г. возникли особенно сильные цунами, которые на всем Тихоокеанском побе- режье достигали высоты в несколько метров. Скорость распростра- нения цунами равна (2.27) где Ь вЂ” толща захваченной волновым движением воды (глубина бассейна).
Для океана глубиной 5 км скорость цунами составляет 790 км(ч, период 10 —:40 мин, Л вЂ” 100 км и более. В океане эта волна незаметна, цунами можно определить только по показаниям гравиметров. По мере приближения к берегу длина волны уменьшается, нарастает высота гребней за счет утончения водного слоя при сохранении в основном волновой энергии. Волна может фокусироваться на отдельных участках при подходе к берегу. В бухтах и расширенных устьях рек могут возникнуть собственные колебания уровня воды (сейши). 957,' волн цунами вызываются землетрясениями и только 57,'— вулканическими извержениями, обвалами и пр.
Но именно цунами от сильных вулканических извержений являются наиболее мощными (Санторин, Кракатау, Риттер-Сакар и др.). МИКРО СЕИСМБ1 Кроме волн от землетрясений сейсмографы записывают более или менее непрерывный фон, преобладающие периоды которого обычно составляют от 5 до 10 с, а амплитуды иногда достигают 10 мкм. Такие колебания называются микросейсмами. Микросейсмы возбуждаются разными источниками. Большой интерес представляют микросейсмы, возбуждаемые штормами в океане, береговыми прибоями. Существует связь между циклонами на океанах и большой интенсивностью микросейсм.
Сверхдлиннопериодные микросейсмы вызываются, по современным представлениям, вариациями атмосферного давления. ПОНЯТИЕ О МОДЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ В связи с тем что невозможно полностью адекватно описать какой-либо сложный природный объект, вводится понятие о его модели, которая представляет некую схему этого объекта, отражающую основные черты его строения.
В геофизике, согласно В.Н. Жаркову, под моделью Земли понимается разрез нашей планеты, на котором показано, как меняются с глубиной ее важнейшие параметры: плотность, давление, ускорение силы тяжести, скорости сейсмических волн, температура, электропроводность и др. Рассмотренное 48 «ьппе внутреннее строение по сейсмическим данным можно считать сейсмической моделью Земли. Представляет интерес распределение в недрах Земли физических параметров, в частности теплоемкости, коэффициента теплового рас~пирения, адиабатических температур, теплопроводности и вязкости, электропроводности и т.д.
Модель, построенная на основе теоретических закономерностей изменения физических параметров с глубиной и сопоставленная с экспериментальными данными, называется физической моделью внутреннего строения Земли. Для определения термодинамических условий мантии и ядра Земли и расчета термодинамических коэффициентов необходимо использовать такие функции плотности земных недр, как дебаевская температура д(о) и параметр Грюнайзена у(р). По дебаевской температуре можно выделить высокотемпературную часть Т > О некой области, где свойства среды подчиняются законам классической статистической физики.
Именно этот предельный случай имеет место в земных недрах, мантии и ядре. Рассмотрим, следуя В.Н, Жаркову, определение дебаевской температуры. Спектр собственных колебаний атомов твердого тела представляется как простой спектр, в котором число собственных частот, приходящихся на интервал от со до со + Лсо, равно (2.28) где Π— средняя звуковая скорость: 3=~ 3+2~ 3 ° Р 5 (2.29) (~~, и о~ — скорости объемных сейсмических волн), ~ — объем твердого тела. Полное число собственных частот равно ЗМ, где Ф— число атомов в объеме К Дебаевская частота со определяется как л максимальная частота в дебаевском спектре (2.28).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
