Table of Contents

Землетрясения являются одними из самых мощных и непредсказуемых природных явлений на Земле, способных изменить ландшафты, свергнуть города и повлиять на миллионы жизней всего за несколько секунд. Эти сейсмические события происходят, когда энергия, хранящаяся в земной коре, внезапно высвобождается, посылая волны движения через землю. Понимание магнитуды и частоты землетрясений имеет важное значение для ученых, политиков и сообществ во всем мире, поскольку они работают над смягчением рисков и подготовкой к будущим событиям. Это всеобъемлющее руководство исследует увлекательную науку, стоящую за измерением землетрясений, закономерностями сейсмической активности по всему миру и регионами, наиболее уязвимыми для этих мощных сил природы.

Понимание магнитуды землетрясения: наука об измерении

Магнитуда землетрясения — количественная мера энергии, выделяемой во время сейсмического события. Шкала Рихтера, разработанная в 1935 году американскими сейсмологами Чарльзом Рихтером и Бено Гутенбергом, использует логарифм амплитуды крупнейшей сейсмической волны, откалиброванной сейсмографом. Эта новаторская разработка дала ученым стандартизированный способ сравнения землетрясений в разных местах и временных периодах.

Идея логарифмической шкалы магнитуд землетрясений была впервые разработана Чарльзом Рихтером в 1930-х годах для измерения размера землетрясений, происходящих в южной Калифорнии, и эта шкала магнитуд называлась ML, а L обозначала локальную.Логарифмическая природа шкалы означает, что каждое целое число увеличения представляет собой десятикратное увеличение амплитуды движения земли, зафиксированное сейсмографами.

Логарифмическая шкала и высвобождение энергии

Одним из важнейших аспектов шкалы магнитуд землетрясений является их логарифмическая природа. Магнитуды основаны на логарифмической шкале (база 10), а это значит, что для каждого целого числа, которое вы поднимаете по шкале магнитуд, амплитуда движения земли, записанная сейсмографом, увеличивается в десять раз. Однако высвобождение энергии еще более драматично.

Каждое увеличение одной единицы представляет собой высвобождение примерно в 31 раз больше энергии, чем то, что представлено предыдущим целым числом в масштабе, что означает, что землетрясение размером 5,0 высвобождает в 31 раз больше энергии, чем землетрясение размером 4,0.Эта экспоненциальная связь объясняет, почему, казалось бы, небольшие различия в величине могут привести к значительно различным уровням разрушения.

Чтобы представить это в перспективе, сейсмическая волна магнитудой 1 выделяет столько же энергии, сколько взрывает 6 унций ТНТ, в то время как землетрясение магнитудой 8 выделяет столько же энергии, сколько взрывает 6 миллионов тонн ТНТ. Эта драматическая эскалация высвобождения энергии подчеркивает, почему крупные землетрясения могут быть настолько разрушительными.

Эволюция от Рихтера к шкале величины момента

В то время как шкала Рихтера произвела революцию в измерении землетрясений, ученые обнаружили ограничения по мере расширения сетей сейсмографа во всем мире. По мере того, как по всему миру устанавливалось больше станций сейсмографа, стало очевидно, что метод, разработанный Рихтером, был строго действителен только для определенных частот и расстояний. Это привело к разработке дополнительных шкал магнитуд для устранения этих ограничений.

Шкала Рихтера (ML) больше не используется, за исключением небольших землетрясений, зарегистрированных локально, и для всех других землетрясений шкала магнитуды момента (Mw) является более точной мерой размера землетрясения.

Масштаб момента, разработанный в конце 1970-х годов японским сейсмологом Хироо Канамори и американским сейсмологом Томасом Хэнксом, стал самым популярным показателем магнитуды землетрясения во всем мире в конце 20-го и начале 21-го веков. Эта шкала решает критическую проблему, которая преследовала более ранние системы измерений.

Оценки магнитуды момента примерно такие же, как и величины Рихтера для малых и больших землетрясений, но только в тот момент, когда шкала магнитуд способна точно измерять M8 и более крупные события. Эта способность имеет решающее значение для понимания самых мощных землетрясений, которые могут произойти на Земле.

Как работает импульсная величина

Момент магнитуды (МВ) основан на физических свойствах землетрясения, полученных из анализа всех форм волн, зарегистрированных от сотрясения, с сейсмическим моментом, рассчитанным сначала, а затем преобразованным в величину, предназначенную для того, чтобы быть примерно равным шкале Рихтера в диапазоне величин, где они пересекаются. Этот комплексный подход обеспечивает более точное представление истинного размера землетрясения.

Масштаб момента основан на общем моменте выброса землетрясения, который является продуктом расстояния, на которое был перемещен разлом, и силы, необходимой для его перемещения. Эта физическая основа делает шкалу момента более надежной для научного анализа и сравнения различных типов землетрясений.

Большинство сейсмологических авторитетов, таких как Геологическая служба США, сообщают о магнитудах землетрясений выше 4,0 как о магнитуде момента Mw, которую пресса описывает как «величину Рихтера». Эта практика привела к некоторой путанице среди общественности, поскольку термин «шкала Рихтера» остается широко признанным, даже несмотря на то, что фактический метод измерения эволюционировал.

Магнитуда против интенсивности: понимание разницы

Важно различать магнитуду и интенсивность землетрясений. Шкалы Рихтера и ММС измеряют энергию, выделяемую землетрясением, в то время как другая шкала, шкала интенсивности Меркалли, классифицирует землетрясения по их эффектам, от обнаруживаемых приборами, но не заметных, до катастрофических. Магнитуда — это объективное измерение высвобождения энергии, в то время как интенсивность описывает наблюдаемые эффекты в конкретных местах.

Энергия и эффекты не обязательно сильно коррелируют; мелкое землетрясение в населенном районе с почвой определенных типов может быть гораздо более интенсивным воздействием, чем гораздо более энергичное глубокое землетрясение в изолированной области.Это объясняет, почему два землетрясения одинаковой величины могут иметь совершенно разные последствия в зависимости от таких факторов, как глубина, местоположение и местная геология.

Частота землетрясений: как часто происходят землетрясения?

Землетрясения постоянно происходят где-то на Земле, хотя подавляющее большинство слишком малы, чтобы ощущать их на себе. Миллионы мелких землетрясений происходят каждый год во всем мире, приравнивая к сотням каждый час каждый день. Эта постоянная сейсмическая активность отражает динамичную природу тектонической системы нашей планеты.

Национальный информационный центр землетрясений в настоящее время ежегодно обнаруживает около 20 000 землетрясений по всему миру, или примерно 55 в день. Это только землетрясения, которые достаточно велики, чтобы их можно было обнаружить и зафиксировать глобальной сетью сейсмографов, которая за последние несколько десятилетий резко расширилась.

Частота по величине: отношения Гутенберга и Рихтера

Частота землетрясений следует предсказуемой схеме, основанной на величине. Более крупные землетрясения происходят реже, чем более мелкие, и эта связь экспоненциальна, то есть в данный период времени в десять раз больше землетрясений магнитудой 6 или больше, чем магнитудой 7 или более крупных землетрясений. Эта фундаментальная связь, известная как закон Гутенберга-Рихтера, является одной из наиболее последовательных моделей в сейсмологии.

На основе комплексного анализа данных в среднем в мире происходит около 480 000 землетрясений в год, с 0,84 землетрясениями в год магнитудой 8 или выше, 14,9 землетрясениями в год магнитудой 7 или выше, 121 землетрясением в год магнитудой 6 или выше и 1900 землетрясениями в год магнитудой 5 или выше. Эти статистические данные дают четкую картину того, как частота землетрясений уменьшается по мере увеличения магнитуды.

Для более мелких землетрясений цифры еще более впечатляют. В год происходит примерно 20 000 землетрясений магнитудой 4 или выше (56 землетрясений в день), 67 000 землетрясений в год магнитудой 3 или выше (183 землетрясения в день) и 170 000 землетрясений в год магнитудой 2 или выше (473 землетрясения в день). Большинство этих небольших событий остаются совершенно незамеченными населением в целом.

Крупные и крупные землетрясения: самые важные события

Согласно многолетним записям, начиная примерно с 1900 года, мы ожидаем около 16 крупных землетрясений в любой данный год, в том числе 15 землетрясений в диапазоне магнитуд 7 и одно землетрясение магнитудой 8,0 или более. Эти крупные землетрясения представляют собой события, наиболее вероятные для причинения значительного ущерба и жертв, особенно когда они происходят вблизи населенных районов.

Землетрясения магнитудой 8,0 или более происходят в среднем примерно раз в год. Эти сильные землетрясения способны вызвать широкомасштабные разрушения в крупных регионах и могут вызвать вторичные опасности, такие как цунами, оползни и пожары.

Самым крупным зарегистрированным землетрясением было Великое чилийское землетрясение 22 мая 1960 года, имевшее магнитуду 9,5 по шкале моментальной магнитуды, которое остаётся эталоном для понимания верхних пределов магнитуды землетрясения на Земле.

Увеличивается ли активность землетрясений?

Общепринятое мнение состоит в том, что землетрясения становятся все более частыми, но научные данные не подтверждают этот вывод.В среднем ежегодно происходит около пятнадцати землетрясений магнитудой 7 и более, и, как и при любых квазислучайных явлениях, число землетрясений каждый год немного отличается от этого среднего, но в целом драматических вариаций нет.

Временное увеличение или уменьшение сейсмичности является частью нормального колебания темпов землетрясений, и ни увеличение, ни уменьшение во всем мире не является положительным признаком того, что крупное землетрясение неизбежно.Очевидное увеличение сообщений о землетрясениях в первую очередь связано с улучшением возможностей обнаружения и сетей связи.

Каталог землетрясений ComCat содержит растущее число землетрясений в последние годы не потому, что землетрясений больше, а потому, что сейсмических инструментов больше, и они способны регистрировать больше землетрясений. Этот технологический прогресс значительно улучшил нашу способность обнаруживать и каталогизировать даже небольшие сейсмические события, которые не были бы зарегистрированы в предыдущие десятилетия.

Наша способность обнаруживать и измерять землетрясения улучшилась за последние несколько десятилетий из-за огромного увеличения числа станций сейсмографа, которые регистрируют землетрясения, но это в основном влияет на нашу способность обнаруживать более мелкие землетрясения. Частота крупных землетрясений, которые всегда были хорошо зарегистрированы, не показывает значительного долгосрочного увеличения.

Тихоокеанское огненное кольцо: самая активная сейсмическая зона Земли

Тихоокеанское огненное кольцо — самый сейсмически активный регион на Земле, на его долю приходится около 90 % землетрясений в мире и 75 % действующих вулканов в мире, эта подковообразная зона простирается примерно на 40 000 километров вокруг бассейна Тихого океана, охватывая побережья Северной и Южной Америки, Азии и Океании.

Значительная часть землетрясений происходит вокруг бассейна Тихого океана, в так называемом Огненном кольце, из-за высокой степени тектонической активности.Эта концентрация сейсмической активности является результатом сложных взаимодействий множества тектонических плит по краям Тихого океана.

Почему огненное кольцо так активно

Интенсивная сейсмическая активность Огненного кольца обусловлена сближением нескольких крупных тектонических плит. Вдоль большей части Огненного кольца океанические плиты субдукционируются под континентальными или другими океаническими плитами, создавая глубокие океанские траншеи и создавая мощные землетрясения. Эти зоны субдукции способны производить самые большие землетрясения на Земле, включая магнитуду 9,0 и более крупные события.

Тектонические процессы вдоль Огненного кольца обусловлены конвекционными течениями в мантии Земли, которые заставляют пластины двигаться со скоростью несколько сантиметров в год, в то время как это движение кажется медленным, задействованные огромные силы могут хранить огромное количество энергии в течение десятилетий или столетий, которая затем внезапно высвобождается во время землетрясений.

Страны и регионы в огненном кольце

Япония является одной из наиболее подверженных землетрясениям стран на Земле, испытывая тысячи землетрясений ежегодно из-за своего положения на стыке четырех основных тектонических плит: Тихоокеанской, Филиппинской, Евразийской и Североамериканской плит.В стране разработаны некоторые из самых передовых в мире систем раннего предупреждения о землетрясениях и строительных норм в ответ на эту постоянную сейсмическую угрозу.

Индонезия, крупнейшая в мире страна архипелага, находится на вершине одной из самых сложных тектонических установок на Земле. Страна испытывает частые землетрясения из-за сближения Индо-Австралийской, Евразийской и Тихоокеанской плит. Землетрясение и цунами в Индийском океане 2004 года, возникшие у берегов Суматры, продемонстрировали катастрофический потенциал землетрясений в этом регионе.

Чили пережила одни из самых крупных землетрясений, когда-либо зарегистрированных, в том числе землетрясение 1960 года в Вальдивии магнитудой 9,5 и землетрясение 2010 года в Мауле магнитудой 8,8. Расположение страны вдоль Перу-Чилийской впадины, где под Южноамериканской плитой находится плита Наска, делает ее особенно уязвимой для землетрясений мегатруста.

Калифорния, особенно область залива Сан-Франциско и область Лос-Анджелеса, сталкивается со значительным риском землетрясения от системы разлома Сан-Андреас и многочисленных других активных разломов.В то время как землетрясения Калифорнии, как правило, не так велики, как в зонах субдукции, плотное население штата и обширная инфраструктура делают даже умеренные землетрясения потенциально разрушительными.

Аляска испытывает больше крупных землетрясений, чем любой другой штат США из-за субдукции Тихоокеанской плиты под Североамериканской плитой вдоль Алеутской впадины.Великое землетрясение на Аляске 1964 года магнитудой 9,2 остается вторым по величине землетрясением, когда-либо зарегистрированным и причинившим обширный ущерб на юго-центральной Аляске.

Другие крупные зоны землетрясений по всему миру

В то время как Тихоокеанское огненное кольцо доминирует в глобальной сейсмической активности, в некоторых других регионах существуют значительные землетрясения, вызванные активными тектоническими процессами.

Гималайский регион и альпийско-гималайский пояс

Гималайский регион испытывает интенсивную сейсмическую активность из-за продолжающегося столкновения между Индийской и Евразийской плитами.Это столкновение, начавшееся примерно 50 миллионов лет назад, продолжается сегодня со скоростью около 5 сантиметров в год, создавая самый высокий в мире горный массив и генерируя мощные землетрясения.

Непал, расположенный в самом сердце гималайской сейсмической зоны, сталкивается с особенно высоким риском землетрясений. Разрушительное землетрясение в Горкхе в 2015 году магнитудой 7,8 погибло почти 9000 человек и продемонстрировало уязвимость инфраструктуры региона и населения. Зона столкновения простирается на запад через Пакистан, Афганистан и Иран, являясь частью более широкого альпийско-гималайского пояса.

Этот альпийско-гималайский пояс простирается от Средиземноморья через Ближний Восток и Центральную Азию до Юго-Восточной Азии, представляя собой границу между Евразийской плитой и африканской, арабской и индийской плитами, страны вдоль этого пояса, включая Турцию, Иран и Афганистан, испытывают частые и иногда разрушительные землетрясения.

Восточное Средиземноморье и Ближний Восток

Восточно-Средиземноморский регион испытывает значительную сейсмическую активность из-за сложного взаимодействия африканских, арабских и евразийских плит.Турция, в частности, сталкивается с высоким риском землетрясений от нескольких систем разломов, включая Северо-Анатолийский разлом, который произвел многочисленные разрушительные землетрясения на протяжении всей истории.

Система разломов «Мертвое море», проходящая через Ливан, Израиль, Палестину и Иорданию, представляет собой еще одну серьезную сейсмическую опасность в регионе.В то время как крупные землетрясения на этой системе разломов относительно редки, исторические записи документируют несколько катастрофических событий, которые разрушили древние города.

Греция и Италия также испытывают регулярную сейсмическую активность из-за сближения африканской и евразийской плит.Подвод Африканской плиты под Евразийской плитой в Средиземном море порождает землетрясения и вулканическую активность, в том числе знаменитые вулканы Везувий и Этна.

Южноамериканские Анды

За пределами Чили вся горная цепь Анд испытывает значительную сейсмическую активность из-за субдукции плиты Наска под южноамериканской плитой.Перу, Эквадор, Колумбия и Аргентина сталкиваются с опасностью землетрясений, хотя частота и величина варьируются вдоль длины зоны субдукции.

Анды представляют собой один из самых длинных в мире континентальных горных хребтов, протянувшийся более чем на 7000 километров вдоль западного побережья Южной Америки.Продолжающийся процесс субдукции не только порождает землетрясения, но и создает вулканическую активность и продолжает поднимать горный хребет.

Середина океана и трансформация ошибок

Хотя эти подводные объекты менее известны широкой публике, срединно-океанические хребты и разломы трансформаций ежегодно вызывают тысячи землетрясений. Эти подводные объекты отмечают границы, где тектонические плиты либо раздвигаются, либо скользят друг мимо друга. Большинство из этих землетрясений происходят далеко от населенных пунктов и не наносят ущерба, но они играют решающую роль в глобальной тектонической системе.

Например, Среднеатлантический хребет часто вызывает небольшие и умеренные землетрясения, поскольку североамериканские и евразийские плиты разделяются на севере, а южноамериканские и африканские плиты разделяются на юге.Исландия, которая находится на вершине Среднеатлантического хребта, испытывает регулярную сейсмическую активность в результате этого процесса распространения.

Интраплантные землетрясения: сейсмическая активность вдали от границ плит

Хотя большинство землетрясений происходит вдоль границ тектонических плит, некоторые значительные землетрясения происходят внутри плит, вдали от активных границ. Эти внутрипластовые землетрясения менее распространены, но могут быть особенно удивительными и разрушительными, поскольку они часто происходят в регионах с небольшой недавней сейсмической историей и менее строгими строительными нормами.

Сейсмическая зона Нью-Мадрид в центральной части США представляет собой одну из наиболее изученных зон внутритрубных землетрясений.В период с 1811 по 1812 год в этом регионе произошла серия мощных землетрясений, оцененных в 7,0 баллов или выше.В то время как область в настоящее время менее активна, ученые признают потенциал будущих крупных землетрясений, которые могут повлиять на крупные города, включая Мемфис, Сент-Луис и Нэшвилл.

Австралия, несмотря на то, что находится в середине Индо-Австралийской плиты, испытывает случайные умеренные землетрясения из-за напряжений внутри плиты.Землетрясение в Ньюкасле 1989 года магнитудой 5,6 погибло 13 человек и нанесло значительный ущерб, демонстрируя, что даже умеренные внутриглазные землетрясения могут быть разрушительными в районах, неподготовленных к сейсмическим событиям.

Восточная Северная Америка также испытывает внутрипластовую сейсмичность, с случайными умеренными землетрясениями, происходящими в таких регионах, как восточная Канада и восточная часть Соединенных Штатов.В то время как эти землетрясения, как правило, меньше, чем те, которые находятся вдоль активных границ плит, более старая, более жесткая кора в этих регионах может передавать сейсмические волны более эффективно, вызывая встряхивание, чтобы чувствоваться на больших областях.

Факторы, влияющие на ущерб от землетрясения и его воздействие

Ущерб, причиненный землетрясением, зависит от множества факторов, превышающих по величине. Понимание этих факторов имеет решающее значение для эффективной оценки риска и готовности к стихийным бедствиям.

Глубина землетрясения

Глубина землетрясений существенно влияет на интенсивность тряски на поверхности. Мелкие землетрясения, происходящие на глубинах менее 70 километров, обычно вызывают более интенсивное тряска поверхности, чем более глубокие события той же величины. Это связано с тем, что сейсмические волны имеют меньшее расстояние для перемещения и меньше возможностей рассеивать энергию до достижения поверхности.

Глубокие землетрясения, происходящие на глубинах более 300 километров, обычно ощущаются на более широких участках, но с меньшей интенсивностью, чем мелководные землетрясения. Эти глубокие события происходят в основном в зонах субдукции, где океанические плиты опускаются в мантию. Хотя они могут ощущаться на больших расстояниях, они редко наносят значительный ущерб.

Расстояние от эпицентра

Интенсивность землетрясения в целом уменьшается с расстоянием от эпицентра, хотя эта связь не всегда проста.Сейсмические волны могут усиливаться или ослабляться геологическими материалами, через которые они проходят, что приводит к изменениям интенсивности встряхивания в разных местах, равноудаленных от эпицентра.

В некоторых случаях районы, удаленные от эпицентра, могут испытывать удивительно сильное сотрясение из-за фокусировки сейсмических волн геологическими структурами или резонанса определенных частот волн с местными почвенными условиями.Это явление объясняет, почему модели повреждений от землетрясений могут быть неоднородными и непредсказуемыми.

Местная геология и почвенные условия

Тип почвы и породы под местом резко влияет на то, насколько сильно ощущается землетрясение. Мягкие отложения, такие как глина, ил и рыхлый песок, могут усиливать сейсмические волны, вызывая гораздо более сильное встряхивание, чем это произошло бы на твердой породе. Этот эффект усиления может увеличить интенсивность встряхивания в два-четыре или более раза.

Районы, построенные на засыпанной земле, рекультивированные водно-болотные угодья или дельты рек, особенно уязвимы для сильного встряхивания и сжижения. Ликвефакция происходит, когда насыщенная почва теряет свою прочность во время встряхивания и ведет себя как жидкость, в результате чего здания тонут, наклоняются или разрушаются. Это явление нанесло значительный ущерб при многочисленных землетрясениях, включая землетрясение Лома Приета в 1989 году в Калифорнии и землетрясение Крайстчерч в 2011 году в Новой Зеландии.

Дизайн здания и качество строительства

Качество проектирования и строительства зданий, пожалуй, является наиболее важным фактором, определяющим, выживают ли люди после землетрясения. Современные сейсмические строительные нормы при правильном внедрении и обеспечении соблюдения могут резко сократить потери и ущерб. Такие страны, как Япония, Чили и Новая Зеландия, продемонстрировали, что даже очень большие землетрясения не должны приводить к катастрофическим обрушениям зданий, когда структуры правильно спроектированы и построены.

Старые здания, особенно неукрепленные каменные конструкции, чрезвычайно уязвимы к повреждениям от землетрясения. Эти здания, распространенные во многих исторических центрах городов и развивающихся странах, могут катастрофически разрушаться во время даже умеренного тряски. Модернизация этих уязвимых структур представляет собой серьезную проблему для снижения риска землетрясений во всем мире.

Высота и дизайн зданий также играют решающую роль. Высокие здания могут быть особенно уязвимы к длительным сейсмическим волнам, которые могут вызывать резонанс и усиленное раскачивание. Современная сейсмостойкая конструкция включает в себя такие функции, как изоляция основания, системы демпфирования и гибкие структурные элементы, которые позволяют зданиям выдерживать сильное встряхивание без разрушения.

Плотность населения и время суток

Воздействие землетрясения на человека в значительной степени зависит от того, где и когда оно происходит. Землетрясение, поражающее густонаселенный городской район в рабочее время, может привести к гораздо большим жертвам, чем аналогичное событие в сельской местности или в ночное время, когда люди находятся дома. Землетрясение на Гаити в 2010 году, которое произошло недалеко от столицы Порт-о-Пренса, убило около 220 000 человек частично из-за плотного населения города и уязвимого строительного фонда.

Вторичные опасности, такие как пожары, оползни и цунами, также могут значительно увеличить число погибших и ущерб от землетрясений. Землетрясение в Сан-Франциско 1906 года нанесло значительный ущерб, но последующие пожары уничтожили большую часть города. Аналогичным образом, землетрясение в Тохоку в Японии в 2011 году вызвало массовое цунами, которое вызвало гораздо больше смертей и разрушений, чем землетрясение, потрясшее само себя.

Системы мониторинга землетрясений и раннего предупреждения

Современный мониторинг землетрясений опирается на сети сейсмографов, распределенных по всему миру.Эти чувствительные приборы обнаруживают и фиксируют движение земли, позволяя ученым определять местоположение, глубину и величину землетрясений в течение нескольких минут после их возникновения.

Глобальные сети сейсмографов

Глобальная сейсмографическая сеть (GSN) состоит из более чем 150 современных сейсмографических станций, распределенных по всему миру. Эти станции предоставляют непрерывные высококачественные данные, которые позволяют ученым обнаруживать и находить землетрясения в любой точке Земли. Сеть служит основой глобального мониторинга землетрясений и способствует системам предупреждения о цунами, проверке договора о запрещении ядерных испытаний и фундаментальным исследованиям внутренней структуры Земли.

Региональные сети сейсмографа обеспечивают более плотное покрытие сейсмически активных районов, что позволяет более точно определять местоположение и характер землетрясений. Эти сети имеют важное значение для понимания местных сейсмических опасностей и обеспечения оперативной информации для аварийных служб и общественности после значительных землетрясений.

Системы раннего предупреждения землетрясений

Системы раннего предупреждения о землетрясениях представляют собой одно из наиболее перспективных событий в области смягчения сейсмической опасности. Эти системы обнаруживают начальные, более быстро движущиеся Р-волны от землетрясения и выдают предупреждения до прибытия более разрушительных S-волн и поверхностных волн. Хотя время предупреждения обычно составляет от нескольких секунд до десятков секунд, этого может быть достаточно, чтобы вызвать автоматизированные защитные действия, такие как остановка поездов, отключение промышленных процессов и предупреждение людей о необходимости укрыться.

Япония управляет самой передовой в мире системой раннего предупреждения о землетрясениях, которая была приписана спасению жизней и уменьшению ущерба при многочисленных землетрясениях. Система может предоставлять предупреждения общественности через телевидение, радио, мобильные телефоны и специальные устройства оповещения. Мексика, Тайвань и Калифорния также внедрили системы раннего предупреждения о землетрясениях с различным уровнем сложности.

Система ShakeAlert на западе США постепенно расширяет охват и возможности. Система использует данные сотен станций сейсмографа для обнаружения землетрясений и оценки их величины и местоположения в течение нескольких секунд.Предупреждения затем распространяются по различным каналам, включая приложения для мобильных телефонов, беспроводные оповещения о чрезвычайных ситуациях и прямые подключения к операторам критической инфраструктуры.

Подготовка к землетрясениям: смягчение последствий и готовность

Хотя землетрясения не могут быть предотвращены, их последствия могут быть значительно уменьшены путем надлежащей подготовки и мер по смягчению последствий.

Личная и семейная готовность

Личная готовность к землетрясениям начинается с понимания рисков в вашем районе и принятия мер по защите себя и своей семьи. Это включает в себя обеспечение тяжелой мебели и бытовой техники, которые могут свалиться во время тряски, создание комплекта аварийного питания с едой, водой и медицинскими принадлежностями в течение как минимум трех дней и разработку плана семейной коммуникации для воссоединения после землетрясения.

Практика сейсмоустойчивых тренировок помогает убедиться, что члены семьи знают, что делать, когда начинается тряска. Метод «Бросать, покрывать и держаться» - спускаться на руки и колени, укрываться под крепким столом или столом и держаться до тех пор, пока не прекратится тряска - остается рекомендуемым защитным действием во время тряски землетрясения. Вопреки распространенному мнению, стоять в дверных проемах или бежать на улицу во время тряски, как правило, более опасно, чем укрываться.

Домовладельцы должны рассмотреть возможность сейсмической модернизации, особенно для старых домов, которые могут не соответствовать действующим строительным нормам. Общие меры по модернизации включают в себя прикрепление дома к его фундаменту, крепление калеки стен и укрепление связей между различными частями конструкции. Хотя эти улучшения могут быть дорогими, они значительно снижают риск серьезного повреждения или обрушения.

Смягчение на уровне общин

Общины могут снизить риск землетрясений за счет планирования землепользования, применения строительных норм и улучшения инфраструктуры. Избегание строительства в районах, подверженных сжижению, оползням или разрыву поверхностных разломов, может предотвратить будущие потери. Требуя сейсмической модернизации существующих зданий, особенно школ, больниц и других критически важных объектов, защищает наиболее уязвимые структуры.

Инфраструктура жизненного цикла, включая системы водоснабжения, электроснабжения, транспорта и связи, должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать землетрясения и продолжать функционировать после крупных событий. Избыточность и устойчивость этих систем имеют важное значение для реагирования на чрезвычайные ситуации и восстановления. Сообщества также должны разрабатывать и регулярно обновлять планы реагирования на чрезвычайные ситуации, которые решают конкретные проблемы, связанные с землетрясениями.

Государственные образовательные и информационно-пропагандистские программы помогают членам сообщества понять риски землетрясений и знать, как защитить себя. Регулярные учения по землетрясениям в школах, на рабочих местах и в общественных зданиях усиливают защитное поведение и выявляют слабые места в планах действий в чрезвычайных ситуациях. Общественные организации могут играть важную роль в поддержке уязвимых групп населения, включая пожилых жителей, людей с ограниченными возможностями и людей с ограниченным знанием английского языка.

Меры правительства и политики

Правительства несут главную ответственность за разработку и обеспечение соблюдения строительных норм, проведение оценок сейсмической опасности и координацию действий в чрезвычайных ситуациях. Современные сейсмические строительные нормы, основанные на десятилетиях исследований и уроках, извлеченных из прошлых землетрясений, определяют минимальные проектные стандарты для нового строительства. Однако эти нормы эффективны только при надлежащем соблюдении посредством обзора плана и инспекции строительства.

Карты сейсмической опасности позволяют выявить районы, подверженные более высокому риску в результате землетрясения, разрыва поверхностных разломов, сжижения и оползней. Эти карты информируют строительные нормы, планирование землепользования и тарифы страхования. Регулярные обновления карт опасности включают новое научное понимание и улучшенные данные об активных разломах и характеристиках движения земли.

Финансовые механизмы, включая страхование от землетрясений и облигации от катастроф, помогают распределить экономическое бремя потерь от землетрясений. Однако во многих районах риска по-прежнему наблюдается низкий уровень страхования от землетрясений из-за высоких премий и франшиз. Государственные программы, стимулирующие меры по смягчению последствий посредством страховых скидок или прямой финансовой помощи, могут побудить владельцев недвижимости снизить свою уязвимость.

Будущее науки о землетрясениях и готовности

Наука о землетрясениях продолжает развиваться благодаря усовершенствованным сетям мониторинга, улучшенным вычислительным моделям и новым технологиям для изучения недр Земли. Эти достижения улучшают наше понимание процессов землетрясений и улучшают нашу способность оценивать сейсмические опасности.

Достижения в прогнозировании землетрясений

В то время как краткосрочное прогнозирование землетрясений остается неуловимым, ученые добиваются прогресса в долгосрочном прогнозировании землетрясений. Вероятностные оценки сейсмической опасности оценивают вероятность различных уровней тряски в течение определенных периодов времени, обычно 50 лет. Эти прогнозы информируют строительные кодексы и помогают сообществам понять их риск землетрясения.

Исследования предвестников землетрясений — наблюдаемых изменений, которые могут указывать на надвигающееся землетрясение — продолжаются, хотя достоверного предвестника не было выявлено. Ученые исследуют различные явления, включая изменения уровня грунтовых вод, выбросы газа, электромагнитные сигналы и закономерности небольших землетрясений. Однако сложность процессов землетрясений и редкость крупных землетрясений делают это исследование чрезвычайно сложным.

Прогнозирование эксплуатационных землетрясений, которое обеспечивает изменяющиеся во времени оценки вероятности землетрясений на основе недавней сейсмической активности, представляет собой промежуточную точку между долгосрочной оценкой опасности и краткосрочным прогнозом. После значительного землетрясения вероятность дополнительных крупных землетрясений повышается на дни и месяцы. Сообщение общественности об этих изменяющихся вероятностях и лицам, принимающим решения, остается проблемой.

Новые технологии и подходы

Новые технологии открывают новые возможности для мониторинга и исследований землетрясений. Распределенное акустическое зондирование, использующее волоконно-оптические кабели в качестве сейсмометров, может резко увеличить плотность наблюдений землетрясений. Спутниковые методы, включая GPS и радиолокационную интерферометрию, обеспечивают детальные измерения деформации грунта до и после землетрясений, показывая, как накапливается и выделяется напряжение по разломам.

Машинное обучение и искусственный интеллект применяются к науке о землетрясениях различными способами, от улучшения обнаружения и местоположения землетрясений до выявления закономерностей в сейсмических данных, которые могут указывать на повышенную опасность. Эти вычислительные подходы могут обрабатывать огромные объемы данных быстрее и тщательнее, чем традиционные методы, потенциально раскрывая идеи, которые в противном случае оставались бы скрытыми.

Инициативы граждан в области науки привлекают общественность к мониторингу землетрясений и обеспечению готовности. Приложения для смартфонов могут обнаруживать землетрясения с помощью встроенных акселерометров устройств, создавая плотные сети датчиков в населенных районах. Эти краудсорсинговые наблюдения дополняют традиционные сети сейсмографа и могут обеспечить быструю информацию о распределении интенсивности встряхивания.

Создание устойчивых сообществ

Конечная цель науки о землетрясениях и готовности к ним заключается в создании устойчивых сообществ, которые могут выдерживать и быстро восстанавливаться после сейсмических событий. Устойчивость охватывает не только физическую инфраструктуру, но и социальные, экономические и институциональные факторы, которые определяют, как сообщества реагируют на бедствия и восстанавливаются после них.

Устойчивые общины инвестируют в смягчение последствий стихийных бедствий до того, как они нанесут удар, признавая, что каждый доллар, потраченный на обеспечение готовности, может сэкономить много долларов в расходах на восстановление. Они поддерживают разнообразные, избыточные системы, которые могут продолжать функционировать даже в случае сбоя некоторых компонентов. Они способствуют социальной сплоченности и созданию общинных сетей, которые поддерживают уязвимые группы населения и облегчают коллективные действия во время чрезвычайных ситуаций.

Международное сотрудничество в области науки о землетрясениях и уменьшения опасности бедствий помогает обмениваться знаниями, ресурсами и передовым опытом через границы. Такие организации, как Управление Организации Объединенных Наций по уменьшению опасности бедствий, координируют глобальные усилия по сокращению потерь от землетрясений, в то время как научное сотрудничество способствует нашему пониманию сейсмических опасностей во всем мире.

Ключевые регионы, наиболее пострадавшие от землетрясений

Понимание того, какие регионы сталкиваются с наибольшим риском землетрясений, помогает определить приоритеты усилий по смягчению последствий и мероприятий по обеспечению готовности. Хотя землетрясения могут происходить практически в любом месте, в некоторых районах наблюдается гораздо более частая и сильная сейсмическая активность.

  • Тихоокеанское огненное кольцо — Эта обширная зона, окружающая Тихий океан, включает Японию, Индонезию, Филиппины, Новую Зеландию, Чили, Перу, Эквадор, Центральную Америку, Мексику и западные побережья США и Канады.На Кольцо огня приходится около 90 % землетрясений в мире и включает в себя большинство зон субдукции планеты, где происходят самые крупные землетрясения.
  • Гималайский регион — Зона столкновения между Индийской и Евразийской плитами порождает частые землетрясения в Непале, северной Индии, Бутане, Пакистане и Афганистане. Этот регион пережил множество разрушительных землетрясений на протяжении всей истории, и продолжающееся столкновение гарантирует, что сейсмические опасности будут сохраняться в течение миллионов лет.
  • Восточное Средиземноморье и Ближний Восток — Турция, Греция, Иран и окружающие страны испытывают регулярную сейсмическую активность из-за сложного взаимодействия африканских, арабских и евразийских плит.Основные системы разломов, включая разлом Северной Анатолии и разлом Восточной Анатолии, представляют значительную опасность для густонаселенных городских районов.
  • Южноамериканские Анды — Всё западное побережье Южной Америки, от Колумбии до южного Чили, сталкивается с опасностью землетрясений от субдукции плиты Наска под южноамериканской плитой. Этот регион произвел одни из самых больших землетрясений, когда-либо зарегистрированных, включая землетрясение в Чили в 1960 году и землетрясение в Мауле в 2010 году.
  • Карибский регион — Сложная тектоническая обстановка Карибского бассейна, включающая Карибскую плиту и её взаимодействие с североамериканскими и южноамериканскими плитами, порождает частые землетрясения. Гаити, Ямайка, Пуэрто-Рико и другие Карибские острова сталкиваются со значительными сейсмическими опасностями, часто усугубляемыми уязвимым строительным фондом и ограниченными ресурсами для готовности к стихийным бедствиям.
  • Центральная Азия — В Таджикистане, Кыргызстане, Узбекистане и западном Китае происходят землетрясения, связанные с продолжающимся столкновением между Индийской и Евразийской плитами. Горные хребты Тянь-Шань и Памир особенно сейсмически активны, с многочисленными активными разломами, способными генерировать крупные землетрясения.
  • Восточноафриканская рифтовая система, простирающаяся от Мозамбика через Танзанию, Кению, Уганду и Эфиопию до Красного моря, представляет собой зону, где африканский континент медленно распадается. Хотя землетрясения в этом регионе, как правило, меньше, чем в зонах субдукции, они все еще могут нанести значительный ущерб уязвимым общинам.

Вывод: жизнь с риском землетрясения

Землетрясения являются неизбежным следствием динамических процессов, формирующих нашу планету. Движение тектонических плит, обусловленное теплом из недр Земли, будет продолжать генерировать сейсмическую активность в течение миллиардов лет. Хотя мы не можем предотвратить землетрясения, мы добились огромного прогресса в понимании этих явлений и снижении их воздействия на человеческое общество.

Наука о магнитуде и частоте землетрясений предоставляет важную информацию для оценки сейсмических опасностей и подготовки к будущим событиям.От логарифмических шкал, измеряющих размер землетрясения, до статистических взаимосвязей, описывающих частоту землетрясений, эти инструменты помогают ученым, инженерам и политикам принимать обоснованные решения о снижении риска.

Глобальные сети мониторинга землетрясений обнаруживают и характеризуют тысячи землетрясений каждый год, предоставляя данные, которые улучшают наше понимание тектонической системы Земли.Постоянные закономерности частоты землетрясений — с меньшими событиями, происходящими гораздо чаще, чем крупные, — отражают фундаментальные свойства того, как стресс накапливается и высвобождается в земной коре.

Регионы, наиболее пострадавшие от землетрясений, в частности Тихоокеанское огненное кольцо и другие крупные пограничные зоны плит, сталкиваются с постоянными проблемами в управлении сейсмическим риском. Однако эти регионы также проложили путь в разработке инновационных подходов к проектированию, устойчивым к землетрясениям, системам раннего предупреждения и готовности сообщества. Уроки, извлеченные из прошлых землетрясений, как успехов, так и неудач, продолжают информировать усилия по созданию более устойчивых сообществ во всем мире.

По мере роста и урбанизации населения, потенциальные последствия крупных землетрясений продолжают расти. Города с миллионами жителей в настоящее время занимают одни из самых сейсмически активных регионов на Земле. Обеспечение того, чтобы эти городские районы могли выдерживать крупные землетрясения без катастрофических потерь, требует постоянной приверженности смягчению последствий, готовности и укреплению устойчивости.

Будущее науки о землетрясениях обещает улучшение понимания и улучшение инструментов управления сейсмическими рисками. Достижения в области технологий мониторинга, вычислительного моделирования и анализа данных открывают новые идеи в процессах землетрясений. Системы раннего предупреждения расширяются для защиты большего числа людей, а инновационные инженерные решения делают здания и инфраструктуру более устойчивыми.

В конечном счете, для безопасного проживания с риском землетрясений требуется сочетание научного понимания, инженерного опыта, эффективной политики и индивидуальной готовности. Продолжая инвестировать в науку о землетрясениях и снижение риска, мы можем минимизировать трагические потери, которые землетрясения причиняли на протяжении всей истории человечества. Хотя мы не можем полностью устранить риск землетрясений, мы можем построить сообщества, которые готовы, устойчивы и способны быстро восстанавливаться, когда землетрясения ударяют.

Для получения дополнительной информации о готовности к землетрясениям и безопасности посетите программу U.S. Geological Survey Earthquake Hazards Program, Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (Federal Emergency Management Agency) по управлению землетрясениями или местное агентство по управлению чрезвычайными ситуациями.Понимание увлекательной науки о величине и частоте землетрясений является первым шагом к защите себя, своей семьи и вашего сообщества от сейсмических опасностей.