Сейсмическая шкала. Сейсмические шкалы Сейсмическая шкала

Все землетрясения характеризуются магнитудой и интенсивностью. Понятие "магнитуда" введено американскими исследователями Ч. Рихтером и Б. Гутенбергом для оценки мощности землетрясения.

Магнитуда - это мера высвобожденной землетрясением энергии; интенсивность - степень вызванных им локальных разрушений (сила сотрясения на поверхности Земли). Каждому конкретному землетрясению соответствует одна магнитуда. В то же время его интенсивность меняется по мере удаления от эпицентра. В основе шкалы Рихтера лежит величина максимальной амплитуды сейсмических волн, зарегистрированная стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. магнитуда землетрясение шкала меркалли

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:

2 - самые слабые ощущаемые толчки;
4,5 - самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6 - умеренные разрушения;
8,5 - самые сильные из известных землетрясений.

Интенсивность землетрясений оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. 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 которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным 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 - «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».

В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый (12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР.)

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Не ощущается
II. Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными
III. Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
IV. Интенсивное
V. Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
VI. Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
VII. Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
VIII. Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. Падают фабричные трубы.
IX. Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
X. Уничтожающее	Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
XI. Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов, разрушаются мосты.
XII. Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Изменяется рельеф. Ни одно сооружение не выдерживает.

Европейская макросейсмическая шкала (EMS) - основная шкала для оценки сейсмической интенсивности в европейских странах, также используется в ряде стран за пределами Европы. Была принята в 1998 году как обновление тестовой версии 1992 года и носит название EMS-98.

История EMS началась в 1988 году, когда Европейская сейсмологическая комиссия (ЕСК) решила пересмотреть и обновить шкалу Медведева - Шпонхойера - Карника (MSK-64), которая использовалась в своей основной форме в Европе почти четверть века. После более чем пяти лет интенсивных исследований и разработок и четырехлетнего периода тестирования новая шкала была официально выпущена. В 1996 году на XXV Генеральной Ассамблее ЕСК в Рейкьявике была принята резолюция, рекомендующая принять новую шкалу в странах-членах Европейской сейсмологической комиссии.

Европейская макросейсмическая шкала EMS-98 является первой шкалой интенсивности землетрясения, направленной на поощрение сотрудничества между инженерами и сейсмологами, а не для использования сейсмологами в одиночку. Она поставляется с подробным руководством, которое включает в себя принципы, иллюстрации и примеры применения.

В отличие от магнитуды землетрясения, выражающей количество сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясения, EMS-98 определяет, насколько сильно воздействует землетрясение на определенное место. EMS-98 является 12-балльной шкалой.

Балл. Сила землетрясения	Краткая характеристика
I. Неощутимое	Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами.
II. Едва ощутимое	Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными. Отмечается сейсмическими приборами.
III. Слабое	Ощущается в помещениях некоторыми людьми. Находящиеся в покое в помещении люди ощущают раскачивание или легкое дрожание.
IV. Широко наблюдаемое	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.

Шкала Японского метеорологического агентства применяется для оценки интенсивности землетрясения. Шкала считается 7-балльной, но фактически содержит 10 уровней (от 0 до 4, 5 «слабый», 5 «сильный», 6 «слабый», 6 «сильный» и 7).

Баллы и степень
	Почти все находящиеся внутри зданий ощущают тряску. Некоторые испытывают страх.	Отмечается дребезжание посуды на полках.	Немного качаются электропровода.
	Люди испытывают сильный страх, некоторые предпринимают действия по самозащите. Почти все спящие пробуждаются.	Сильно качаются висячие предметы, дребезжит посуда на полках. Иногда падают неустойчивые предметы.	Сильно качаются электропровода. Идущие пешком и некоторые находящиеся за рулем также ощущают сотрясения.
	Многие предпринимают действия по самозащите. Некоторые чувствуют сложности в передвижении.	Очень сильно качаются висячие предметы; бывает, что с полок падают посуда и книги. Падают многие неустойчивые предметы, двигается мебель.	Бывает, бьётся и вылетает оконное стекло. Заметно сотрясение электростолбов. Рушатся стены неукрепленных блочных ограждений. Бывает повреждение дорог.
	Люди чувствуют чрезвычайный страх. Многие отмечают сложности в передвижении.	С полок падает почти вся посуда и книги, бывает, с подставки падает телевизор. Иногда падают шкафы и другая тяжелая мебель. Бывает, из-за искривления формы не открываются двери или часть дверей вылетает.	Рушатся многие стены неукрепленных блочных ограждений. Бывает, падают недостаточно крепко установленные торговые автоматы. Трудно вести автомобиль, из-за чего многие водители останавливаются.
	Трудно устоять на ногах.	Незафиксированная тяжелая мебель двигается и опрокидывается, многие двери не открываются.	Во многих зданиях вылетают окна, со стен откалываются штукатурка и плитка.
	Невозможно устоять на ногах, люди вынуждены ползти, прижавшись к земле.	Почти вся незафиксированная тяжелая мебель двигается и опрокидывается. Бывает, вылетают двери.	Во многих зданиях вылетают окна, со стен откалываются штукатурка и плитка. Рушатся почти все стены неукреплённых блочных ограждений.
	Невозможно действовать и двигаться согласно своей воле и желаниям.	Почти вся мебель в доме сильно двигается, летают предметы.

Шкала интенсивности землетрясений Меркалли применяется для определения интенсивности землетрясения по внешним признакам, на основе данных о разрушениях. Может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования. В шкале Меркалли для определения степени интенсивности землетрясения используются римские цифры. Шкала названа по имени Джузеппе Меркалли, который заложил основы её использования в 1883 и 1902 годах. Позднее Чарльзом Рихтером в шкалу были внесены изменения, после чего она её стали называть модифицированной шкалой Меркалли (MM). Сейчас шкала Меркалли используется в основном в США.

Сейсмическая шкала

Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Введение

Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли . Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки - уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии , накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
Архимедовой силы , действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии ;
Лунно -солнечных приливов;
Изменяющегося атмосферного давления .

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения - афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения - форшоки - могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий.

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией .

Сейсмические волны и их измерение

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

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Балл	Сила землетрясения	Краткая характеристика
1	Не ощущается.	Отмечается только сейсмическими приборами.
2	Очень слабые толчки	Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными.
3	Слабое	Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика.
4	Умеренное	Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей.
5	Довольно сильное	Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери.
6	Сильное	Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
7	Очень сильное	Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми.
8	Разрушительное	Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются.
9	Опустошительное	Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся.
10	Уничтожающее	Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов.
11	Катастрофа	Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов.
12	Сильная катастрофа	Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает.

Происходящее при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты , дороги , дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады . Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой . Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни . Во время землетрясения в Калифорнии в году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто? ] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Измерительные приборы

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).

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.

Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями . Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве . Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

23 января - Ганьсу и Шеньси, Китай - 830 000 человек погибло
- Ямайка - Превращен в руины г.Порт-Ройял
- Калькутта , Индия - 300 000 человек погибло
- Лиссабон - от 60 000 до 100 000 человек погибло, город полностью разрушен
- Колабрия, Италия - от 30 000 до 60 000 человек погибло
- Нью-Мадрид, Миссури , США - город превращен в руины, наводнение на территории в 500 кв.км
- Санрику, Япония - эпицентр был под морем. Гигантская волна смыла в море 27 000 человек и 10 600 строений
- Ассам , Индия - На площади в 23 000 кв.км.рельеф изменен до неузнаваемости, вероятно крупнейшее за всю историю человечества землетрясение
- Сан-Франциско , США 1 500 человек погибло, уничтожено 10 кв.км. города
- Сицилия , Италия 83 000 человек погибло, превращен в руины г.Мессина
- Ганьсу , Китай 20 000 человек погибло
- Великое землетрясение Канто - Токио и Йокогама , Япония (8,3 по Рихтеру) - 143 000 человек погибло, около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров
- Внутренний Тавр, Турция 32 000 человек погибло
- Ашхабад , Туркмения , Ашхабадское землетрясение , - 110 000 человек погибло
- Эквадор 10 000 человек погибло
- Гималаи разворочена в горах территория площадью 20 000 кв.км.
- Агадир , Марокко 12 000 - 15 000 человек погибло
- Чили , около 10 000 погибло, разрушены города Консепсьен, Вальдивия , Пуэрто-Мон
- Скопье , Югославия около 2 000 погибло, большая часть города превращена в руины

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).

Измерение силы и воздействий землетрясений

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

Шкала магнитуд

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 землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в Европе - европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии - шкала Японского метеорологического агентства (Shindo), в США и России - модифицированная шкала Меркалли (MM):

1. балл (незаметное) - колебания почвы, отмечаемые прибором;

2. балла (очень слабое) - землетрясение ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии;

3. балла (слабое) - колебание отмечается немногими людьми;

4. балла (умеренное) - землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;

5. баллов (довольно сильное) - качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;

6. баллов (сильное) - легкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;

7. баллов (очень сильное) - значительное повреждение здании; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;

8. баллов (разрушительное) - разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;

9. баллов (опустошительное) - обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 км/с;

10. баллов (уничтожающее) - обвалы во многих зданиях; в остальных - серьезные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озера;

11. баллов (катастрофа) - многочисленные трещины на поверхности Земли, больше обвалы в горах. Общее разрушение зданий;

12. баллов (сильная катастрофа) - изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Процессы, происходящие при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. По глубине очага различают: нормальные - 70-80 км, промежуточные - 80-300 км, глубокие - > 300 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными [ .

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземныхпещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Подводные землетрясения являются причиной цунами, длинных волн, порождаемых мощным воздействием на всю толщу воды в океане, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или опускание) участка морского дна. Цунами образуются при землетрясении любой силы, но большой силы достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (более 7 баллов).

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год жители Земли могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Сейсмограф

Другие виды землетрясений

Похожая информация.

План лекции:

1. Сейсмические шкалы: шкала Института физики земли ИФЗ-64

2. Сопоставимость сейсмических шкал, применяемых в различных странах мира

3. Сущность и понятие риска

4. Риски нанесения ущерба от чрезвычайных событий

В 1883г. Появилась шкала Росси-Фореля, которая быстро получила распространение во многих странах Европы. В 1911г. Русский сейсмолог Б.Б. Галицын, используя данные по опрокидыванию параллелепипедов высотой от 8до 83 см при ускорениях колебаний основания от 20 до 220 см/с, предложил 10-бальную шкалу. В 1917г.

Международной сейсмической ассоциацией была принята 12-бальная шкала Меркалли–Канкани–Зиберга, которой пользуются и сейчас в ряде европейских стран.

В США применяют 12-бальную, так называемую модифицированную, шкалу Меркалли (кратко ММ), предложенную в 1931г. Вудом и Ньюманом.

Шкала ИФЗ – Института физики земли

В СССР действовал ГОСТ 6249-52, при составлении которого была использована шкала Института физики Земли АН СССР (шкала ИФЗ), разработанная проф. С.В. Медведевым. Во всех этих шкалах приведена градация интенсивности землетрясений по баллам (в СССР) или по степеням (за рубежом).

Шкала ИФЗ имеет инструментальную и описательную части. Решающей частью для оценки интенсивности землетрясения является инструментальная часть шкалы. Последняя основана на показаниях сейсмометра СБМ, предложенного С.В. Медведевым. Этот прибор измеряет максимальные относительные смещения (х, мм) сферического упругого маятника сейсмометра, характеристики которого подобраны, так, чтобы примерно соответствовали характеристикам малоэтажных жестких зданий (период собственных колебаний 0,25 с, логарифмический декремент =0,5). Описательная часть состоит из трех разделов.

Интенсивность землетрясения классифицирована по степени повреждения сооружений, выполненных без антисейсмических мер.

Шкала ИФЗ, как впрочем, и все другие, имеет некоторые признаки, допускающие субъективную оценку. Известно, например, что при одной и той же интенсивности землетрясения здания с хорошей по прочности и монолитности кладкой могут получить малые повреждения, в то время как при плохом качестве кладки такие здания могут разрушиться.

Для многих населенных мест (особенно новых) описательная часть по разделу «Здания и сооружения» вообще не может быть использована в связи с отсутствием в этих населенных пунктах зданий без антисейсмических мероприятий.

В тоже время, несмотря на эти и некоторые другие недостатки, шкала ИФЗ была наиболее совершенной по сравнению с другими, как по большой полноте признаков, так и по своей инструментальной части. По-видимому, только последняя и может служить объективной основой для оценки интенсивности землетрясений.

Для приближенного сравнения интенсивности землетрясений по шкалам различных стран могут быть использованы данные таблицы 2.

В 1964г. С.В. Медведев (СССР), В. Шпонхойер (ГДР) и В.Карник (Чехословакия) разработали шкалу MSK, являющуюся усовершенствованием предшествующих. В этой шкале, кроме смещений маятника СБМ, приведены скорости и ускорения почвы, характерные для различных баллов.

В 1975г. ИФЗ и другими сейсмологическими институтами подготовлена новая редакция шкалы. В эту шкалу, так же как и в шкалу MSK, введены смещения маятника, скорости и ускорения почвы, однако значения их приняты большими, чем в шкале MSK. В новом варианте шкалы приведены характеристики повреждений зданий с антисейсмическими усилениями.

Весьма важными, существенно влияющими на разрушительный эффект землетрясения, характеристиками является продолжительность его активной части и спектральный состав колебаний грунта. Эти характеристики не отражены в нормативной части проекта новой шкалы. Правда, в приложении к шкале даны некоторые акселерограммы реальных землетрясений, однако вопрос о том, насколько они представительны и на какие случаи распространяются, остается спорным.

В предыдущем параграфе рассмотрены характеристики очага землетрясения. Для практических целей важно связать эти характеристики с сотрясением на поверхности Земли. Н.В. Шебалиным для этой цели предложены следующие эмпирические зависимости: для интенсивности I, баллы: I = 1.5M – 3.5 lg,

откуда максимальная интенсивность (в эпицентре при )

I=1.5M – 3.5 lgh + 3

и уравнение для среднего радиуса изосейсты

- 1,

где , а и - минимальные и максимальные эпицентральные расстояния для одной и той же изосейсты.

Таким образом, зная магнитуду М, глубину очага h, км, и эпицентральное расстояние А в км, можно приближенно определить в любой точке на поверхности Земли интенсивность землетрясения – I, баллы.

Сейсмическая шкала MSK-64, принятая с 1964г, состоит из инструментальной и описательной (макросейсмической) частей. По инструментальной части устанавливают балльность землетрясений силой от 5 до 10 баллов. При этом используют показания сейсмометров, установленных на грунте. Макросейсмическая часть шкалы MSK-64 включает характеристику степени повреждения зданий, возведенных без антисейсмических мероприятий и подразделяемых на группы:

А – здания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпича-сырца, глинобитные дома;

Б – обычные кирпичные дома, здания крупноблочного и панельного типов, фахверковые строения, здания из естественного тесаного камня;

В – каркасные железобетонные здания, деревянные дома хорошей постройки.

Во многих европейских странах применяют 12-балльную шкалу (например, в США пользуются шкалой Меркалли – кратко шкала ММ.). В Японии в качестве стандарта действует 7-балльная сейсмическая шкала. Соотношение между японской шкалой и шкалой ММ, примерно соответствующей шкале MSK-64, приближенно выражается следующей формулой:

I м = 0.5 + 1.5*Iя,

где I м – интенсивность землетрясения по шкале ММ;

Iя - то же, по шкале Японии.

Таблица 1

Сопоставимость сейсмических шкал, применяемых в различных странах мира

Сущность и понятие риска

Под риском понимается возможная опасность потерь, вытекающая из специфики тех или иных явлений природы и видов деятельности человеческого общества.

Риск – это историческая и экономическая категория. Как экономическая категория риск представляет собой событие, которое может произойти или не произойти. В случае совершения такого события возможны три экономических результата:

Отрицательный (проигрыш, ущерб, убыток);

Нулевой;

Положительный (выигрыш, выгода, прибыль).

Риском можно управлять, то есть использовать различные меры, позволяющие в определенной степени прогнозировать наступление рискового события и принимать меры по снижению степени риска.

Эффективность организации управления риском во многом определяется классификацией риска.

Под классификацией риска следует понимать распределение риска на конкретные группы по определенным признакам для достижения поставленных целей.

Научно обоснованная классификация риска позволяет четко определить место каждого риска в их общей системе. Она создает возможности для эффективного применения соответствующих методов, приемов управления риском. Каждому риску соответствует своя система приемов управления риском.

Классификационная система рисков включает группу, категории, виды, подвиды и разновидности рисков.

В зависимости от возможного результата (рискового события) риски можно поделить на две большие группы: чистые и спекулятивные.

Чистые риски означают возможность получения отрицательного или нулевого результата. К этим рискам относятся следующие риски: природно-естественные, экологические, политические, транспортные и часть коммерческих рисков (имущественные, производственные, торговые).

В дипломном проекте рассматриваются природно-естественные риски, возникающие вследствие сейсмических катастроф. Природа сейсмических катастроф может быть естественной и искусственной, техногенной, вызванной недальновидной и неосторожной производственной деятельностью людей.

Спекулятивные риски выражается в возможности получения как положительного, так и отрицательного результата. К этим рискам относятся финансовые риски, являющиеся частью коммерческих рисков.

Риск является обязательным элементом любой экономики. Появление риска как неотъемлемой части экономического процесса – объективный экономический закон. Существование данного закона обусловлено элементом конечности любого явления, в том числе и хозяйственного процесса. Каждое явление имеет свой конец, так как объективные явления всегда ограничены, все элементы имеют свой дефицит. Ограниченность (конечность) материальных, трудовых, финансовых, информационных и других ресурсов вызывает в реальности их дефицит и способствует появлению риска как элемента хозяйственного процесса.

Риск представляет собой действие в надежде на счастливый исход по принципу «повезет – не повезет». Риск зависит в первую очередь от таких факторов как: неопределенность и случайность.

Сложность и противоречивость научно-технического прогресса заключается в том, что многие его достижения одновременно с решением материальных и экономических проблем привносят дополнительные трудности и опасности.

В первую очередь это связано с увеличением числа и сложности технических систем, с концентрацией энергонасыщенных производств, повышением их мощности. Ускоренная урбанизация концентрирует источники риска на небольшой территории, приближая к источникам опасности. Созданная и развиваемая техногенная сфера накопила в себе огромные потенциальные опасности. В результате аварий и катастроф гибнут люди, наносится огромный вред окружающей природной среде. Насыщенность народного хозяйства потенциально аварийными объектами рождает риск причинения вреда здоровью человека и окружающей природной среде.

Осуществляя хозяйственную деятельность, человек берет на себя риск серьезных негативных последствий для окружающей среды. Конечно устойчивость человека и устойчивость элементов окружающей среды к действию вредных загрязняющих веществ могут существенно отличаться. Экосистемы способны к само поддержанию и саморегулированию. Вместе с тем экосфера не имеет природной балансовой системы противодействия антропогенному воздействию, поэтому по мере нарастания внешних факторов экосистема может утерять свою способность противостоять внешним возмущениям, и ее целостность нарушается.

Понятие сейсмического, и как следствие, экологического риска складывается из следующих факторов:

Техногенный фактор;

Антропогенный фактор.

Первый является результатом внезапных отклонений от нормального режима функционирования технических и инженерных систем с выделением вещества и энергии, приводящих к деградации природных процессов. Как правило, последствия этого вида риска при его реализации носят локальный характер, хотя иногда имеют субглобальный охват (например, Чернобыльская авария).

Второй вид риска связан с аналогичными последствиями, приводящими к локальным и региональным, а также глобальным эффектам, но являющимися результатом накопления (аккумулирования) ряда процессов в окружающей среде при «нормальном функционировании» технических и инженерных систем.

Риск для здоровья человека, связанный с загрязнением окружающей среды, возникает при следующих необходимых и достаточных условиях:

Существование источника риска;

Присутствие данного источника в определенной, вредной для экосистемы дозе (причем пороговые величины этих доз не всегда могут быть установлены);

Подверженность человека или экосистемы в целом воздействию вредного вещества.

Понятие приемлемого риска

В последние годы ученые и практики стали уделять значительное внимание вопросам управления производственной безопасностью на основе «приемлемого» риска. Она исходит из того, что постоянное наличие в окружающей среде потенциально вредных для здоровья человека веществ всегда создает ту или иную степень реального риска, который никогда не равен нулю.

Существует уровень риска, который можно считать пренебрежимо малым. Если риск от какого-то объекта не превышает такого уровня, нет смысла принимать дальнейшие меры по повышению безопасности, поскольку это требует значительных затрат, а люди и окружающая среда все равно будут подвергаться прежнему риску. С другой стороны, есть уровень риска, который не должен быть превышен, каковы бы ни были расходы. Между двумя этими уровнями лежит область, в которой и нужно уменьшить риск, отыскивая компромисс между социальной выгодой и финансовыми убытками, связанными с повышением безопасности.

В настоящее время отсутствует однозначное решение по этому вопросу и предельно-допустимый уровень (ПДУ) промышленного риска может колебаться в зависимости от национальных особенностей страны, уровня ведения хозяйства, законодательной политики. Другими словами решение о том, какой риск считать допустимым (или согласно теории приемлемого риска – приемлемым), а какой нет, определение порогового уровня риска являясь очень важной, носит не только технический характер, но и политический и во многом определяется экономическими возможностями страны. Ресурсы любого общества ограничены и если оно вкладывает неоправданно много средств в защитные мероприятия по снижению степени риска, то из-за этого оно вынуждено урезать финансирование социальных программ, тем самым снижая уровень жизни общества.

Методология оценки и управления сейсмическим

и экологическим риском

За последние 15-20 лет сформировались достаточно четкие элементы методологии анализа риска, произошла дифференциация сфер приложение анализа риска, а именно:

Оценка риска новых технологий, безопасности технологических систем, включая аварийные ситуации;

Воздействия токсического и других видов загрязнения на здоровье человека и окружающую среду, в том числе медико-экологических последствий аварий и катастроф; кумулятивного и суммарного эффекта воздействия токсичных веществ на здоровье человека и экосистемы;

Восприятия риска людьми.

Эти направления отражают в какой-то мере эволюцию взглядов на анализ риска: от инженерного к медицинским и социально-психологическим аспектам.

В мировой практике уже к концу 70-х годов сложилось представление о различиях между анализом (оценкой) риска и управлением риском.

Оценка риска – это научный анализ его генезиса, включая его выявление, определение степени опасности в конкретной ситуации.

Управление риском – это анализ самой рисковой ситуации, разработка и обоснование управленческого решения, как правило, в форме нормативного акта, направленного на минимизацию риска, поиск путей сокращения риска.

Общим в оценке и управлении риском является то, что два аспекта, две стадии единого процесса принятия решения, основанного на характеристике риска. Эта общность обусловлена единой целью – определением приоритетов действий, направленных на минимизацию риска. Для достижения этого приоритета необходимо знать основные источники и факторы риска (оценка риска) и наиболее эффективные пути его сокращения (управление риском).

Основное различие между оценкой и управлением риском состоит в том, что оценка строится на фундаментальном анализе (естественнонаучном и инженерном) источников и факторов риска, в частности загрязняющих веществ, с учетом особенностей конкретной экологической ситуации и механизма взаимодействия между ними. Управление риском опирается на экономический и социальный анализ, а также на правовые рычаги, которые не нужны и не используются при оценке риска.

Подсчитано, что ежегодно на нашей планете регистрируются миллионы землетрясений . Конечно, подавляющее большинство из них не ощущается людьми; многие не приносят серьёзного ущерба, но несколько раз в год планету "трясёт по-крупному", известие о чём сразу разлетается по новостным каналам. К сожалению, журналисты в своих репортажах нередко допускают ошибки при употреблении научных терминов. Об одной из них пойдёт речь в этой статье.

Все сообщения о сейсмических катастрофах обычно сопровождаются словами вроде «… случилось землетрясение силой 6,9 баллов по шкале Рихтера». Такая формулировка неверна. Что интересно, подобного рода ошибки можно встретить и в некоторой учебной литературе.

Обычно в научно-популярных описаниях землетрясений фигурируют два распространённых термина: бальность землетрясения и магнитуда.

Бальность землетрясения характеризует интенсивность сотрясения грунта во время землетрясения (иногда так и говорят: «интенсивность землетрясения»). Она оценивается по специальной шкале. Первая из них появилась во второй половине XIX века. В 1902 году была разработана шкала Меркалли-Канкани , долгое время считавшейся одной из лучших. Она устарела и в наши дни не используется, но именно на её основе были созданы почти все современные 12-балльные шкалы, в том числе наиболее распространённая ныне международная шкала Mедведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64) . По ней оценивают интенсивность землетрясений в большинстве стран мира. Краткую расшифровку этой шкалы вы можете увидеть в таблице.

	Не ощущается людьми, фиксируется приборами
	Фиксируется приборами, ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии, и на верхних этажах зданий
	Колебания отмечаются немногими людьми
	Колебания отмечаются многими людьми, возможно дребезжание стёкол
	Колебания отмечаются даже на улице, многие спящие просыпаются, отдельные предметы раскачиваются
	В зданиях появляются трещины
	Трещины в штукатурке и в стенах, люди в панике покидают дома. Возможно падение тяжелых предметов
	Большие трещины в стенах, падение карнизов и дымовых труб
	Обвалы в некоторых зданиях.
	Трещины в грунте (шириной до 1 м.) Обвалы во многих зданиях, полное разрушение старых построек
	Многочисленные трещины на поверхности земли, обвалы в горах. Разрушение зданий
	Полное разрушение всех сооружений, серьёзные изменения в рельефе
*Таблица 1.* Краткая расшифровка шкалы MSK-64.Более подробная характеристика включает в себя три отдельных критерия: ощущения людей, воздействие на сооружения, воздействие на рельеф

Существуют и другие шкалы. Например, в странах Латинской Америки применяют десятибалльную шкалу Росси-Фореля , созданную в 1883 году. В Японии используют 8-балльную шкалу Японского метеорологического агентства . Сопоставление трёх наиболее распространённых шкал см. на схеме 1.

Интенсивность землетрясения обычно уменьшается по мере удаления от эпицентра.

Магнитуда землетрясения характеризует общую энергию сейсмических колебаний земной поверхности. Магнитуда определяется как «логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения» (магнитуда «стандартного землетрясения» принимается за 0). Впервые шкала магнитуд была предложена в 1935 году Ч. Рихтером, поэтому до сих пор очень часто говорят о «магнитуде по шкале Рихтера» , что неточно. Шкала Рихтера приближенно соответствует современным формулам для расчёта магнитуды, но в настоящее время не используется.

Изменение магнитуды на единицу означает рост амплитуды колебаний в 10 раз и рост количества выделившейся энергии в 32 раза.

В отличие от интенсивности, магнитуда не имеет единицы измерения - она обозначается целым числом или десятичной дробью, так что сказать «магнитуда 6,9 баллов» - неправильно. Интенсивность определяется по субъективным показателям: ощущениям людей, повреждениям сооружений, изменениям рельефа, в то время как определение магнитуды основано на строгих физико-математических расчётах. Можно провести такую аналогию: бальность землетрясения - это навскидку оцененная сила взрыва (определяемая по внешним проявлениям), а магнитуда - мощность взрывного устройства. Однако следует помнить, что магнитуда не является абсолютным значением энергии землетрясения, это всего лишь относительная характеристика. Для определения действительной энергии землетрясения по значению магнитуды пользуются специальной формулой.

Подсчитано, что энергия землетрясения магнитудой 7,2 соответствуют энергии взрыва мегатонной атомной бомбы. Самое сильное землетрясение за всю историю наблюдений случилось в 1960 году в Чили, его магнитуда составила 9,5 (по данным журнала «Вокруг света» и «Википедии»). Во многих источниках можно встретить другую информацию: магнитуда крупнейшего землетрясения составляла около 8,9-9,0. Скорее всего, эти различия связаны с неточностями в расчётах (погрешность при определении магнитуды может достигать 0,25).

Ещё один интересный вопрос: а есть ли какие-либо ограничения у шкалы магнитуд? Математических - нет, однако есть некоторый физический предел энергии землетрясения на нашей планете. К сожалению, найти какие-либо упоминания о подобных исследованиях не удалось. Если Вам удастся встретить такую информацию, просим сообщить нам, отправив письмо по адресу Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .

Что касается другого типа землетрясений, которые тоже изредка случаются - землетрясений, вызванных падением на Землю метеоритов, астероидов и иных космических тел, то здесь результаты исследований весьма неутешительны. По оценкам астрономов, магнитуда землетрясения, вызванного падением крупного астероида, может составить 13, то есть его энергия в миллион раз превысит энергию крупнейшего известного землетрясения. Но событие это пока маловероятное, так что, скорее всего, к тому времени, когда нависнет подобная угроза, человечество будет готово её предотвратить.

Таким образом, можно сделать следующие выводы. Пример типичного сообщения, помещённый в начале статьи, представляет собой классический пример мешанины терминов. Правильно же сказать так:

«Произошло землетрясение магнитудой 6,9»,

или, если речь идёт о балльности

«Произошло землетрясение интенсивностью 8 баллов (по шкале MSK-64)».

И в заключение: возможны ли землетрясения на Урале? Ответ прост: возможны. Несмотря на то, что Уральские горы старые, и их территория к сейсмическим поясам не относится, тектонические движения земной коры здесь всё же сохраняются. Сейсмологи ежегодно регистрируют на Урале до пяти землетрясений магнитудой 2-3. Самое сильное землетрясение на Урале случилось меньше века назад в 1914 г., его бальность составила около 7 баллов. Согласно карте сейсмического районирования мира (