>>Физика: Сейсмические волны

Сейсмическими волнами называют волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-либо мощных взрывов. Так как Земля в основном твердая, то в ней одновременно могут возникать два вида волн - продольные и поперечные. Скорость этих волн неодинакова: продольные волны распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн ≈ 5 км/с, а скорость продольных волн ≈ 10 км/с.

Регистрацию и запись колебаний земной поверхности, вызванных сейсмическими волнами, осуществляют с помощью приборов, называемых сейсмографами . Основной частью сейсмографа является маятник , начинающий колебаться при каждом появлении сейсмических волн. В простейших конструкциях прибора маятник соединяют с пишущим устройством, вычерчивающим график колебаний на специальной ленте.

Распространяясь от очага землетрясения, первыми на регистрирующую (сейсмическую) станцию приходят продольные волны, спустя некоторое время - поперечные. Зная скорость распространения волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние R до эпицентра землетрясения. Чтобы узнать, где именно он находится, используют данные, полученные на нескольких сейсмических станциях. Допустим, что расстояние от эпицентра землетрясения до станции S 1 равно R 1 , до станции S 2 - R 2 , а до станции S 3 - R 3 . Тогда, начертив на карте вокруг станций окружности соответствующих радиусов и найдя точку их пересечения, мы узнаем, где именно находится источник сейсмических волн (точка А на рисунке 46).

Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений. Подавляющее большинство из них относится к слабым, однако время от времени наблюдаются и такие, которые нарушают целостность грунта, разрушают здания и ведут к человеческим жертвам.

Интенсивность землетрясений характеризуют с помощью 12-балльной шкалы (табл. 4).

Например, Ашхабадское землетрясение в 1948 г. оценивается в 9-10 баллов, а Ташкентское 1966 г.- в 8 баллов. Во время подобных катастроф гибнет огромное число людей. При Спитакском землетрясении в Армении (1988 г.) погибло несколько десятков тысяч человек, а во время Тайшаньского землетрясения в Китае (1976 г.) число человеческих жертв достигло нескольких сотен тысяч!

Противостоять разрушительным последствиям сильных землетрясений можно лишь путем строительстсейсмостойких зданий. Однако подобное строительство является достаточно дорогим и, кроме того, не всегда известно, где именно следует строить подобные дома. Предсказание землетрясений - сложнейшая задача. Решением этой проблемы занимаются специальные национальные службы и научно-исследовательские институты.

Исследование распространения сейсмических волн внутри Земли позволяет изучать глубинное строение нашей планеты. Простейшая схема подобных исследований состоит в следующем. В каком-либо месте внутрь грунта помещают заряд, после чего производят подземный взрыв. Распространяясь во все стороны от места взрыва, сейсмические волны достигают различных слоев внутри Земли. На границе каждого из них возникают отраженные волны. Эти волны возвращаются к поверхности Земли, где регистрируются на специальных сейсморазведочных станциях. Таким образом, например, было установлено, что недра Земли можно разделить на три основные области: земную кору, мантию и ядро . Измерения показали, что на глубине около 2800 км (на границе между мантией и ядром) скорость продольных волн скачком уменьшается с 13,6 до 8,1 км/с, а скорость поперечных волн - с 7,3 км/с до нуля. Непропускание ядром поперечных волн означает, что внешняя область ядра является не твердой, а жидкой.

Наряду с изучением строения земного шара сейсмическая разведка позволяет обнаруживать места, благоприятные для скопления нефти и газа.
Сейсмические исследования проводятся не только на Земле, но и на других небесных телах. Так, например, в 1969 г. американские астронавты разместили сейсмические станции на Луне . Ежегодно эти станции регистрировали от 600 до 3000 слабых лунотрясений. А в 1976 г. космическим аппаратом "Викинг" (США) сейсмограф был установлен на Марсе. Однако из-за сильных помех достоверных данных о сейсмичности Марса получить не удалось.

1. Какие волны называют сейсмическими? 2. Скорость каких волн в твердых телах больше - продольных или поперечных? 3. Каким образом можно определить местонахождение эпицентра землетрясения? 4. Какие методы изучения Земли позволяют установить ее внутреннее строение? 5. Из чего следует, что внешнее ядро Земли является жидким?

С.В. Громов, Н.А. Родина, Физика 8 класс

Отослано читателями из интернет-сайтов

Задание и ответы с физики по классам, скачать тесты ответы, планирование уроков физики 8 класс, онлайн уроки физика 8 класс, домашние задание и работа

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

15.08.2016

Вблизи поверхности Земли выделяются такие колебания грунта, которые проявляются только в верхних поверхностных слоях и быстро затухают в нижних глубоких слоях. Эти колебания, как уже отметили, называются поверхностными волнами. Рассмотрим частный случай распространения сейсмических волн в двухсредном пространстве, когда одна из сред поверхность Земли, а вторая атмосфера Земли (рис. 1.40). Так как плотность воздуха значительно меньше по сравнению с плотностью коры Земли, то ее можно считать равной нулю. Поэтому на линии z=0 не возникнут напряжения, т.е.

при z = 0 τzz = 0, τxz = 0 и τyz = 0

В этом случае все преломленные волны будут равны нулю. От падающей продольной P волны будем иметь отраженные продольные P0 и отраженные поперечные S0 волны. Аналогично от падающей SV волны будем иметь отраженные продольные P0 и отраженные поперечные S0 волны, а от падающей SH волны - только поперечную S0 волну.

На основании уравнений (1.78)-(1.84) соответственно будем иметь:
1. В случае падающей продольной волны P

которое подтверждает тот известный факт, что от падающей под прямым углом вертикальной продольной волны поперечные волны не отражаются, а амплитуды отраженной продольной волны равняются амплитуде падающей волны с обратным знаком. Иными словами, сжатие (разряжение) меняется на разряжение (сжатие).
2. В случае падающей поперечной волны SV

т.е. при вертикальном падении поперечной волны SV продольные волны не возникают, а амплитуды поперечных колебаний частиц поверхности Земли удваиваются.
3. В случае падающей поперечной волны SH со смещением вдоль оси у все упрощается:

Независимо от угла падения β, амплитуды колебаний на поверхности Земли удваиваются.
Волны Релея. Из предыдущих изложений вытекает, что распространение возмущений в изотропной однородной среде представляет собой суперпозицию двух волн со скоростями vp и vs. Если начальное возмущение ограничено в конечной области внутри тела, величины vp и vs являются единственно возможными скоростями распространения волн в бесконечной среде. Когда существуют свободные границы, возможны и другие скорости распространения. При этом появляются так называемые «поверхностные волны», по которым движение частиц происходит лишь в верхнем тонком слое Земли.

В конце XIX века известный физик Релей обнаружил специальные волны, распространяющиеся на поверхности полупространства (по поверхности Земли). Источниками этих волн являются объемные сейсмические волны P и SV, выходящие на поверхность Земли и отраженные от нее. Boлны Релея - это результат суперпозиции падающих и отраженных от поверхности Земли волн P и SV, распространяющихся с единой скоростью vL. Так как перемещения точек среды по волнам P и SV имеют взаимоперпендикулярные направления и по глубине Земли уменьшаются по экспоненту, то при распространении их суммы с единой скоростью vL траектория движения частиц должна быть эллиптической (рис. 1.41). Таким образом, задача сводится к выбору таких колебательных характеристик, уменьшающихся по глубине волн P и SV, чтобы их скорости по линии z=0 (на поверхности Земли) были одинаковыми.
Такая постановка задачи связана с рядом математических операций и физических предпосылок, на которых мы не останавливаемся. Заинтерисованным читателям рекомендуем обратиться к работе Е.Ф. Саваренского. В итоге компоненты горизонтальной и вертикальной волны Рэлея представляется в виде:

где ω - частота колебания, vL - скорость распространения волн Релея, А и В - некоторые постоянные, а через r и s обозначены:

Отметим только, принимая vp = √3vs, получается, что скорость распространения ноли Рэлея

а отношение вертикальных и горизонтальных полуосей эллиптической траектории движения частиц на поверхности Земли равно 1,46. Как видно из рис. 1.41, амплитуда с глубиной уменьшаются, причем это снижение особенно значительно по мере увеличения частоты колебания частиц. Это означает, что на скальных грунтах поверхностные волны Релея будут проникать на меньшую глубину Земли, чем на рыхлых грунтах. При этом скорость движения vL не зависит от частот колебания частиц ω. Отметим также, что поверхностные волны Рэлея при встрече с отдельными неровностями (горы, впадины) могут в свою очередь порождать поперечные и продольные объемные сейсмические волны.
Сам Рэлей заметил, что эти волны должны играть важную роль при землетрясениях, так как, распространяясь только в двух направлениях, они должны с удалением от источника приобретать все большее значение, чем обычные волны P и S. Иными словами, волны Релея с расстоянием меньше затухают и проходят большое расстояние. Записи сейсмограмм землетрясений подтвердили предположения Релея.
Краткие исторические сведения о сейсмических волнах . В заключение отметим, что теория возникновения и распространения сейсмических волн имеет длительную историю. Она прежде всего связана с развитием общей теорией упругости. После открытия закона Гука, вывода общего уравнения равновесия и колебаний Навье, экспериментов Френеля (показывающих, что свет состоит из поперечно-поляризованных волн), исследований Коши (о шести независимых компонентах напряжений и деформаций) Пуассон обнаружил два типа волн, которые мы знаем теперь как P и S волны, и на основе принятой им частной модели установил, что скорость P волн в раз больше скорости S-волн. До этих исследований считалось, что в безграничной сплошной среде могут распространяться только продольные волны. В 1906 году уже было хорошо известно о существовании волн сжатия и сдвига в твердом теле. Первая теоретическая сейсмограмма, рассчитанная Лэмбом в 1904 году от точечного импульсного источника, показала, что она состоит из трех последовательных импульсов, соответствующих Р, S и релеевской волнам и значительно проще зарегистрированных реальных сейсмограмм, которые имеют гораздо большую продолжительность. Как отмечено выше, амплитуды волн Рэлея с расстоянием уменьшаются медленнее. Они обладают свойством дисперсии, когда полны с разными частотами распространяются о разной скоростью. И по, по мнению ряда сейсмологов, является одной из причин длительности колебаний на сейсмограммах. Джеффрис (1931 г.) считал причину длительных колебаний на поверхности Земли в том, что они вызваны отраженниями первоначального импульса внутри приповерхностных слоев. Другими словами, в основе этого явления лежат рассеяния воли на неоднородностях среды на пути к поверхности Земли. В 1960 году благодаря исследованиям Х. Беньоффа, М. Юинга, Ф. Пресса и другими были получены качественные записи длиннопериодных сейсмических волн, которые показали, что для таких волн приповерхностные мелкомасштабные неоднородности не играют существенной роли и Земля ведет себя как эквивалентное однородное тело, т.е. к таким волнам приемлема простая модель Лемба.
Из краткого анализа следует, что свойство источника возбуждения сейсмических волн и физико-механические и геометрические характеристики среды их распространения оказывают существенное влияние на формирования реальных сейсмограмм, зарегистрируемых сейсмографами на поверхности Земли во время землетрясений.

Термин «сейсмология» означает изучение землетрясений, но он же означает и изучение внутренних областей Земли с помощью сейсмических волн, которые могут распространяться прямо через тело планеты. Значительная часть полученных сведений определяется тем, сколько времени затрачивают волны, проходя различные расстояния.

Сейсмические волны могут возникнуть при любом возмущении грунта

Сейсмические волны могут возникнуть при любом возмущении грунта, но только землетрясения и ядерные взрывы представляют собой достаточно крупные источники, или очаги, таких волн, чтобы эти волны можно было уловить на противоположной стороне Земли. Возникающие волны относятся, как показано, к четырем типам. Их можно разделить на объемные и поверхностные: объемные волны проходят внутри Земли, а поверхностные волны-только близ поверхности.

В свою очередь объемные волны делятся на два вида. Продольные волны, или Р-волны9-это просто звуковые волны, распространяющиеся внутри Земли; частицы вещества, через которое проходят эти волны, колеблются взад и вперед в направлении движения волны. При прохождении поперечных волн, или S-волн, частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.

Волна-это распространение некоторой деформации в том или ином веществе

Волна-это распространение некоторой деформации в том или ином веществе. Если в каком-либо небольшом объеме упругой среды каким-то образом происходит изменение формы или объема, т.е. если происходит деформация вещества, заключенного в этом объеме, то развивается напряжение, которое стремится вернуть вещество к невозмущенному состоянию. Отношение величины этого напряжения к величине деформации называется модулем упругости материала. Скорость распространения упругой волны возрастает с повышением этого модуля, но убывает с увеличением плотности материала.

Материал можно деформировать по-разному, поэтому любое вещество характеризуется более чем одним модулем упругости и более чем одной скоростью распространения волн. Выражения для скоростей двух сейсмических объемных волн имеют следующий вид:
.Четыре типа сейсмических волн:

1. а-продольная волна. Частицы колеблются вдоль направления распространения волн;
2. б-поперечная волна. Частицы движутся в перпендикулярном направлении;
3. в-волна Рэлея. Колебания частиц имеют более сложный характер, но у поверхности каждая частица описывает эллипс с обратным движением в его верхней части;
4. г-волна Лява. Движение частиц — поперечное и горизонтальное. Как в волнах Рэлея, так и в волнах Лява движение частиц затухает с увеличением глубины от поверхности.

необходимого, чтобы сжать материал до меньшего объема; ц-модуль упругости второго рода, или модуль сдвига, определяющий величину напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела, состоящего из данного материала. Анализ показывает, что продольные волны и сжимают вещество, и изменяют его форму, и поэтомуVpзависит от К и от \i. С другой стороны, поперечные волны только изменяют форму вещества.
Анализ формул показывает, что Vp всегда больше, чем Vs, поэтому Р-волны какого-либо землетрясения всегда приходят к сейсмографам регистрирующей сейсмической станции раньше, чем S-волны. Еще до того, как стала известна природа этих волн, их приход называли первичной (primary) и вторичной (secondary) волной (отсюда и обозначения: Р- и S-волны). Однако их можно считать волнами сжатия (pressure) и волнами сдвига (shear). Второй вывод из анализа формул состоит в том, что поперечные волны не могут распространяться в таком веществе (например, в жидкости), которое не может сопротивляться изменению формы и, следовательно, не обладает жесткостью (т. е. ц = 0). Этот вывод имеет важное значение, так как мы используем его для доказательства, что часть земного ядра находится в жидком состоянии.

Другие два типа волн называются поверхностными волнами

Другие два типа волн, показанные, называются поверхностными волнами, так как они могут возникнуть только тогда, когда имеется какая-то поверхность; обычно это поверхность Земли. При удалении от поверхности амплитуда таких волн резко уменьшается. По этой причине, а также потому, что они распространяются медленнее, чем Р- и 3-волны, поверхностные волны играли небольшую роль на ранней стадии развития сейсмологии. .

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли -- землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород, и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом -- эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

· Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.

· Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).

Существует ещё третий тип упругих волн -- длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США -- Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе -- Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии -- шкала Шиндо (Shindo).

Причины землетрясений

Земные недра находятся в постоянном движении. В земной коре распространяются волны низкой частоты (период от секунд и выше). Можно называть колебания минутными, часовыми, суточными, годовыми. Волны, распространяющиеся по земной коре, огромны. Длина волны свыше 1000 км. Амплитуды колебаний составляют сотни метров. В этих волнах сосредоточена огромная энергия. Из-за неоднородностей в земной коре возникают колебания близкие по частоте, которые начинают интерферировать между собой, что приводит к образованию резонансных колебаний в одних точках земной коры и подавлению колебаний в других -- «биения». Происходит перераспределение энергии колебаний по поверхности Земли.

Землетрясения происходят в тех точках, где поверхность земли не может пластично реагировать на многократное увеличение амплитуды колебаний.

Теория «накопления напряжений» не может объяснить механизм сохранения и удержания энергии перед землетрясением.

Очевидный способ прогнозирования, наблюдение за длиннопериодными колебаниями в разных частях планеты (в том числе с помощью гравиметров) и реагирование на многократное увеличение амплитуды колебаний в проблемных местах.

Наличие радиальных (а также тангенциальных) смещений земной коры, не катастрофических, «пластичных» (без разрушения земной коры) может стать причиной отказа навигационной системы на воздушном транспорте или внезапного выезда на встречную полосу автомобиля движущегося с большой скоростью

Измерительные приборы

Cейсмограф

Основная статья: сейсмограф

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы -- сейсмографы. В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие -- к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

3.2 Cтанция прогнозирования землетрясений ATROPATENA]

Землетрясение сейсмический волна

Станция Atropatena Кристалл (Kh10) -- Технологический бренд (Азербайджан)

Cтанция прогнозирования ATROPATENA, автоматически и автономно регистрирующая трехмерные изменения гравитационного поля и передающая эту информацию в Центральную Базу Данных, размещенную в США (La Habra). С 2007 года, после начала работы первой станции ATROPATENA-AZ, краткосрочные прогнозы землетрясений регулярно поступали в Президиум МАН (Международная Академия Наук (Здоровье и Экология)), Австрия, Инсбрук), в Пакистанскую Академию Наук (Исламабад, Пакистан) и Университет Гаджа Мада (Джокьякарта, Индонезия). В 2009 году Глобальная сеть по прогнозированию землетрясений (GNFE) начала полноценно функционировать в режиме краткосрочного прогнозирования землетрясений и оперативной передачи этой информации странам-участникам Глобальной Сети. Этот факт был широко освещён в российской и международной печати. Одним из принципиальных отличий новой технологии прогнозирования землетрясений является то, что во время прогноза указывается не только место, сила и время, но и число прогнозируемых сильных землетрясений. На основе анализа и интерпретации записей «гравитограмм» по специальной методике НИИ прогнозирования и изучения землетрясений выдает краткосрочный прогноз сильных землетрясений (за 3-7 дней до толчка), который помещается на сайте Центральной Базы Данных (GNFE)

Тектометр

Тектометр -- прибор, разработанный в России и запатентованный в Государственном патентном бюро Японии (регистрационный номер N 07РО369). Согласно патенту прибор позволяет регистрировать землетрясение за 40 часов до момента его начала. Прибор компактен (помещается в дипломат) и лёгок (около 1 кг) .

Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения

Вулканические землетрясения -- разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений -- лава, вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно -- недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.

Техногенные землетрясения

В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность -- увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

№32 Интенсивность землетрясений

Интенсивность проявления землетрясений на поверхности измеряется в баллах и зависит от глубины очага и магнитуды землетрясения, служащей мерой его энергии. Максимальное известное значение магнитуды приближается к 9. Магнитуда связана с полной энергией землетрясения, но эта зависимость не прямая, а логарифмическая, с увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4. Часто в средствах массовой информации, оповещающих о сейсмических катастрофах, отождествляется шкала магнитуд (Рихтера шкала) и сейсмическая шкала интенсивности, измеряемая в сейсмических баллах, т. к. журналисты, со-общающие о 12 баллах "по шкале Рихтера", путают магнитуду с интенсивностью. Интенсивность тем больше, чем ближе очаг расположен к поверхности, так, напр., если очаг землетрясения с магнитудой, равной 8, находится на глубине 10 км, то на поверхности интенсивность составит 11-12 баллов; при той же магнитуде, но на глубине 40-50 км воздействие на поверхности уменьшается до 9-10 баллов.

Сейсмические шкалы

Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным груп-пам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), восходящая к шкале Меркали-Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси-Фореля (1883), в Японии - 7-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу ко-торой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже не-опытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Напр., в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем "как лошадь трется о столб веранды", в Европе такой же сейсмический эффект описывается так - "на-чинают звонить колокола", в Японии фигурирует "опрокинутый каменный фона-рик". В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый.

Горные породы Земли обладают упругими свойствами, и это заставляет их деформироваться и вибрировать под действием приложенных сил сжатия и растяжения. Исходя из этого существует только три типа сейсмических волн. Из них только два типа распространяются внутри объема горных пород. Более быстрые из этих объемных волн называются первичными (Р) или продольными волнами(рис. 11) . Их движение имеет тот же характер, что и у звуковых волн, т. е. при своем распространении они попеременно давят на горные породы - сжимают их или создают в них разрежение - растягивают их. Эти Р-волны, подобно звуковым волнам, способны проходить и через твердые породы, например гранитные горные массивы, и через жидкости, такие как вулканическая магма или вода океанов. Следует отметить, что из-за сходства этих волн со звуковыми часть Р-волн, выходя из глубин Земли к ее поверхности, может передаваться в атмосферу в виде звуковых волн, воспринимаемых животными и людьми, если частота их окажется в интервале слышимости. Более медленные волны, проходящие через горные породы, называются вторичными (S) или поперечными волнами(рис. 11). При своем распространении они сдвигают частицы вещества в стороны, под прямым углом к направлению своего пути. Простое наблюдение ясно показывает, что если какой-то объем жидкости сдвинуть в сторону или повернуть, то он не вернется затем на прежнее место. Из этого следует, что поперечные волны не могут проходить через те участки Земли, которые состоят из жидкости, например через океаны.

Фактическая скорость продольных и поперечных сейсмических волн зависит от плотности и упругих свойств горных пород и грунтов, через которые эти волны проходят. В большинстве случаев при землетрясениях продольные волны ощущаются первыми. Их действие похоже на удар воздушной волны, которая создает грохот и треск стекол в окнах. Спустя несколько секунд приходят поперечные волны, которые раскачивают все на своем пути вверх-вниз и из стороны в сторону и смещают поверхность грунта как по вертикали, так и по горизонтали. Именно эти колебания и приводят к наибольшему повреждению построек.

Сейсмические волны третьего типа называются поверхностными волнами(рис. 11), поскольку их распространение ограничено зоной, близкой к поверхности грунта. Такие волны подобны ряби, расходящейся по поверхности озера. Наибольшие колебания происходят на самой поверхности, а с глубиной амплитуда волн становится меньше и меньше. Поверхностные волны, создаваемые землетрясениями, делятся на два вида. Первый называется волнами Лява. Эти волны в сущности то же самое, что поперечные волны без вертикальных смещений; они заставляют частицы грунта колебаться из стороны в сторону в горизонтальной плоскости, параллельной поверхности Земли, но под прямым углом к направлению своего распространения. Воздействие волн Лява состоит в горизонтальных колебаниях, которые передаются основаниям построек и, следовательно, могут вызвать разрушения. Второй вид поверхностных волн известен под названием волн Рэлея. Как и в обычных морских волнах, частицы материала, захваченного волнами Рэлея, движутся по вертикали и по горизонтали в вертикальной плоскости, ориентированной по направлению распространения волн. Как показано каждая частица породы при прохождении волны движется по эллипсу. Поверхностные волны распространяются медленнее, чем объемные, и из двух видов поверхностных волн обычно волны Лява приходят быстрее, чем Рэлея. Таким образом, когда из очага землетрясения волны расходятся в разные стороны в земной коре, то можно предсказать, каким именно образом отделятся друг от друга разные типы волн. Волны Лява вертикальными приборами не записываются. Поскольку волны Рэлея содержат вертикальную составляющую, они могут воздействовать на воду, например в озерах, тогда как волны Лява, которые не про ходят через воду, действуют только на прибрежные части озер и океанских заливов, заставляя воду смещаться взад-вперед и перемешиваться, как у стенок вибрирующего бака.

Объемные волны обладают и другим свойством, влияющим на производимые ими сотрясения: при распространении через пласты горных пород земной коры они отражаются от границ между породами разного типа или преломляются на этих границах. Кроме того, какая бы волна ни испытывала отражения или преломления, часть энергии волн одного типа идет на образование волн другого типа. Возьмем простой пример: продольная волна подходит снизу к подошве слоя аллювия; при этом часть энергии будет передаваться вверх в виде продольной волны (Р), а часть превратится в поперечные колебания (S) (еще одна часть энергии отразится обратно вниз в виде Р и S волн). Из сказанного становится понятно, почему на суше после первых толчков при сильных колебаниях грунта обычно ощущают волны двух видов. Но если во время землетрясения вы окажетесь в море, то почувствуете, что судно воспринимает только один вид колебаний, передаваемый Р-волнами, так как S-волны не проходят через воду. Тот же эффект возникает, когда при сейсмических колебаниях в песчаных слоях происходит разжижение. Энергия поперечных волн, проходящих через разжиженные слои, постепенно уменьшается, и в конце концов проходят только продольные волны. Когда Р- и S-волны достигают поверхности грунта, большая часть их энергии отражается обратно в земную кору, так что на поверхность почти одновременно воздействуют волны, движущиеся и вверх, и вниз. Поэтому вблизи поверхности, как правило, происходит значительное усиление колебаний: иногда их амплитуда вдвое превышает амплитуду приходящих волн. Это при поверхностное увеличение амплитуды усиливает разрушения, производимые на поверхности Земли. В самом деле, при многих землетрясениях горнорабочие отмечали в подземных выработках колебания более слабые, чем ощущали люди на поверхности. И последнее, что стоит сказать здесь по поводу сейсмических волн. Имеются убедительные доказательства - как наблюдавшиеся на практике, так и теоретические, - что на сейсмические волны действуют и грунтовые условия, и рельеф местности(рис. 12).