Землетрясения входят в число самых мощных и разрушительных природных сил на планете. Каждый год тысячи сейсмических событий потрясают землю, напоминая нам о динамичной природе внутренней части нашей планеты. Понимание геологических процессов, которые приводят к землетрясениям, имеет важное значение для ученых, инженеров и общественности. Эта статья обеспечивает углубленное исследование линий разломов, типов разломов, тектонических сил плит, которые генерируют землетрясения, сейсмических волн, которые они производят, и как мы измеряем и готовимся к этим событиям.

Что такое линии разлома?

Линия разлома — это перелом или зона разломов в земной коре, где блоки породы перемещаются друг мимо друга. Эти разломы образуются из-за огромного напряжения и напряжения, накопленного с течением времени от тектонических сил. Литосфера Земли находится под постоянным давлением, поскольку подстилающая мантия конвектирует и пластины дрейфуют. Когда накопленное напряжение превышает силу трения скалы, скала внезапно ломается, высвобождая энергию в виде сейсмических волн — землетрясения.

Линии разломов не простые, чистые трещины. Они могут быть узкими или широкими зонами деформированных пород, иногда охватывая сотни километров. Движение по разлому может быть постепенным и непрерывным, известным как асеизмический ползучесть, или внезапным и сильным, вызывающим землетрясения. Некоторые из наиболее изученных систем разломов включают разлом Сан-Андреас в Калифорнии, разлом Северная Анатолия в Турции и разлом Альпийских гор в Новой Зеландии. Эти разломы являются видимыми выражениями межплитных взаимодействий, и мониторинг их является ключом к пониманию будущих сейсмических опасностей.

Важно признать, что линии разломов существуют во всех тектонических условиях, а не только на границах плит. Интраплатетные разломы, такие как сейсмическая зона Нового Мадрида в центральной части Соединенных Штатов, расположены вдали от полей плит, но все еще могут вызывать большие землетрясения. Эти разломы часто являются остатками старых рифтовых зон или неудавшихся континентальных разломов.

Виды недостатков

Неисправности классифицируются по направлению относительного движения каменных блоков по обе стороны от трещины. Три основных типа — нормальные разломы, обратные разломы и разломы скольжения-удара. Каждый тип связан с конкретным режимом напряжения и тектонической установкой.

Нормальные ошибки

Нормальные разломы возникают в районах, где земная кора расширяется или раздвигается. Висячий стенной блок движется вниз относительно стенного блока. Этот тип разлома распространен на расходящихся границах плит, таких как среднеокеанические хребты и континентальные рифтовые долины, такие как Восточноафриканский разлом. Нормальные разломы производят землетрясения умеренной величины, но повторное скольжение может создать драматическую топографию - крутые откосы и бассейны и ландшафты. Провинция бассейна и хребта на западе Соединенных Штатов является классическим примером протяженной тектоники, в которой доминируют нормальные разломы.

Обратные ошибки

Обратные разломы являются продуктом компрессионных сил, которые укорачивают и утолщают кору. В обратном разломе висячая стена движется вверх относительно подстенки. Если плоскость разлома падает под небольшим углом (менее 30 градусов), ее часто называют разломом , то есть разломом с тягой . Обратные и разломы тяги типичны для конвергентных границ плит, где одна плита вынуждена под другой в процессе, называемом субдукцией. Эти разломы могут генерировать некоторые из крупнейших землетрясений в истории, таких как землетрясение Тохоку 2011 года (магнитуда 9,0) у побережья Японии. Огромное давление накапливается на протяжении веков, а затем катастрофически высвобождается.

Неисправности Strike-Slip

Разломы скольжения удара включают преимущественно горизонтальное движение. Блоки скользят мимо друг друга вдоль почти вертикальной плоскости разлома. В зависимости от чувства движения, разломы скольжения удара являются либо левосторонними (синистральными) или правосторонними (декстральными). Эти разломы происходят на границах плит преобразования, таких как разлом Сан-Андреас. Землетрясения на разломах скольжения удара могут быть очень мощными, но поскольку движение в основном латеральное, они часто производят меньше вертикального смещения, чем разломы тяги. Знаменитое землетрясение 1906 года в Сан-Франциско (оценочная величина 7,8) было результатом разрыва вдоль разлома Сан-Андреас.

В действительности, многие неисправности демонстрируют сочетание стилей движения. Например, неисправность наклона и скольжения имеет как вертикальные, так и горизонтальные компоненты. Понимание типа неисправности имеет решающее значение для оценки риска землетрясения, потому что различные геометрии неисправностей производят различные виды встряхивания и деформации поверхности.

Роль тектоники плит в землетрясениях

Теория тектоники плит обеспечивает основу для понимания того, почему землетрясения происходят там, где они происходят. Литосфера Земли разбивается на около десятка крупных плит и несколько меньших. Эти плиты движутся относительно друг друга со скоростью несколько сантиметров в год, приводимые в движение конвекцией мантии, тягой плиты и толчком хребта. По мере взаимодействия плит на их границах они создают напряжение, которое высвобождается при разломах и землетрясениях.

Расходящиеся границы

При расходящихся границах плиты раздвигаются. Это создает напряжение, которое приводит к нормальным разломам и мелководным землетрясениям. Наиболее обширной расходящейся границей является система среднего океанического хребта, где формируется новая океаническая кора. Землетрясения здесь обычно малы до умеренных, потому что кора тонкая и горячая, неспособная хранить большое количество эластичного деформации. На суше расходящиеся границы, такие как Восточноафриканский разлом, производят мелкие землетрясения и вулканическую активность.

Сходящиеся границы

Конвергентные границы — это то, где сталкиваются плиты. Одна плита обычно подводится под другую, образуя глубокую океаническую впадину и вулканическую дугу. Зона субдукции — это фабрика для крупнейших землетрясений на Земле. По мере того, как нисходящая плита тянет верхнюю плиту вниз, эластичный штамм строит в течение сотен лет. Когда разлом окончательно скользит, возникающее в результате этого мегатрусовое землетрясение может превысить магнитуду 9,0. Землетрясение в Индийском океане 2004 года (магнитуда 9,1) и землетрясение в Вальдивии 1960 года (магнитуда 9,5) являются яркими примерами. В дополнение к гигантским мегатрусным событиям компрессионная деформация внутри надземной плиты производит большую тягу и обратные землетрясения.

Преобразование границ

Границы трансформации соединяют другие границы плит и позволяют горизонтально проскальзывать между плитами. Разлом Сан-Андреас является классической границей трансформации между Тихоокеанской плитой и Североамериканской плитой. Землетрясения вдоль разломов трансформации, как правило, более мелкие, чем в зонах субдукции, но они все еще могут быть очень разрушительными, особенно если они происходят вблизи населенных районов. Движение удара-скольжения не вызывает цунами напрямую, но может вызвать сильное сотрясение земли и вторичные опасности, такие как оползни.

Сейсмические волны: как землетрясения встряхивают землю

При разрыве разлома внезапный выброс энергии излучается наружу во всех направлениях в виде сейсмических волн. Эти волны проходят через Землю и регистрируются сейсмометрами. Понимание типов сейсмических волн имеет важное значение как для обнаружения землетрясений, так и для оценки их потенциального ущерба.

Волны тела

Волны тела проходят через внутреннюю часть Земли. Есть два основных типа:

  • Первичные волны (P-волны) — это компрессионные волны, которые толкают и тянут материал в направлении движения волны. P-волны являются самыми быстрыми сейсмическими волнами и могут перемещаться как через твердые тела, так и через жидкости. Они первыми прибывают на станцию сейсмографа.
  • Вторичные волны (S-волны) — S-волны — это сдвиговые волны, которые перемещают материал перпендикулярно направлению движения. Они движутся медленнее, чем P-волны, и могут проходить только через твердые тела, а не жидкости. S-волны вызывают больше сотрясения, которое люди чувствуют во время землетрясения.

Поверхностные волны

Поверхностные волны движутся вдоль поверхности Земли и, как правило, медленнее, чем волны тела, но они наносят наибольший ущерб. Существует два основных типа поверхностных волн:

  • Волны любви — Эти волны производят горизонтальное сдвигательное движение, перпендикулярное направлению распространения. Волны любви часто являются наиболее разрушительными для построения фундаментов.
  • Волны Рэйли — волны Рэйли создают эллиптические катящиеся движения, похожие на океанские волны. Они производят как вертикальное, так и горизонтальное смещение грунта.

Во время большого землетрясения поверхностные волны могут преодолевать большие расстояния, нанося ущерб в сотнях километров от эпицентра.Степень тяжести тряски зависит от магнитуды землетрясения, расстояния от разлома, местной геологии и типа строительства здания.

Измерение магнитуды и интенсивности землетрясений

Ученые количественно оценивают землетрясения с использованием двух основных шкал: величины и интенсивности. Магнитуда измеряет энергию, выделяемую у источника, в то время как интенсивность описывает встряхивание и повреждение в определенном месте.

Шкала Рихтера

Шкала Рихтера, разработанная в 1935 году Чарльзом Рихтером, измеряет амплитуду крупнейшей сейсмической волны, записанной на сейсмографе, скорректированной на расстояние. Это логарифмическая шкала: каждое целое увеличение числа представляет собой десятикратное увеличение амплитуды и примерно в 31,6 раза больше высвобождения энергии. Шкала Рихтера хорошо работает при небольших и умеренных землетрясениях, но имеет тенденцию насыщать более крупные события, недооценивая их истинную энергию.

Масштабная шкала момента (Mw)

Сегодня сейсмологи предпочитают Шкала магнитуды момента для крупных землетрясений. Она вычисляет величину на основе площади разлома, которая проскальзывала, среднего количества проскальзывания и жесткости пород. Эта шкала не насыщает и обеспечивает более точную меру общей высвобождаемой энергии. Например, землетрясение 1960 года в Вальдивии указано как Mw 9.5, самое большое из когда-либо зарегистрированных. Геологическая служба США (USGS) использует эту шкалу для всех значительных землетрясений.

Измененная шкала интенсивности Меркалли

Интенсивность измеряется по шкале Modified Mercalli Intensity (MMI), которая колеблется от I (не ощущается) до XII (полное разрушение). Она основана на наблюдаемом воздействии на людей, структуры и окружающую среду. В отличие от величины, интенсивность варьируется от места к месту. Одно землетрясение может произвести MMI IX вблизи эпицентра и MMI II в сотнях километров. Эта информация жизненно важна для реагирования на чрезвычайные ситуации и обеспечения соблюдения строительного кодекса.

Для получения данных о землетрясениях в режиме реального времени и образовательных ресурсов посетите программу USGS по угрозам землетрясений (]https://earthquake.usgs.gov/].

Готовность к землетрясениям и смягчение их последствий

Понимание линий разломов и геологических процессов, лежащих в основе землетрясений, является лишь первым шагом. Сообщества должны преобразовать эти знания в практические меры, которые спасают жизни и уменьшают экономические потери. Готовность предполагает сочетание инженерного дела, образования и планирования чрезвычайных ситуаций.

Строительные коды и реконструкция

Современные строительные нормы в сейсмически активных регионах требуют, чтобы сооружения выдерживали сильное встряхивание. Арматурный бетон, стальные рамы, изоляция основания и гибкие соединения помогают зданиям поглощать и рассеивать сейсмическую энергию. Особенно уязвимы старые здания, особенно неармированная каменная кладка. Программы модернизации, такие как в Калифорнии и Японии, значительно снизили риск обрушения. Например, сейсмическая модернизация мостов и школ автострад была приоритетом после землетрясений 1989 года в Лома-Приете и 1994 года в Нортридже.

Системы раннего предупреждения

Системы раннего предупреждения о землетрясениях (EEW) обнаруживают первые Р-волны, которые движутся быстрее, чем повреждающие S-волны, и передают оповещения в населенные районы за секунды до десятков секунд до прибытия сильного встряхивания. Такие страны, как Япония, Мексика и Соединенные Штаты, имеют операционные системы EEW. Эти драгоценные секунды позволяют поездам замедляться, лифтам останавливаться на ближайшем этаже, а людям падать, прикрывать и удерживать. Система USGS ShakeAlert разворачивается через западное побережье Соединенных Штатов.

Государственное образование и буровые

Не менее важна индивидуальная готовность. Всем в подверженных землетрясениям регионах следует:

  • Разработайте план действий в чрезвычайных ситуациях, который включает в себя пункты встречи, контакты за пределами штата и поставки в течение не менее 72 часов (вода, еда, первая помощь, фонарики, батареи и радиостанция с батарейным питанием).
  • Обеспечить безопасность тяжелой мебели, водонагревателей и приборов для стен с использованием ремней или скобок.
  • Знайте, как «бросать, прикрывать и держаться» во время тряски: опуститесь на руки и колени, прикройте голову и шею под крепким столом и держитесь до тех пор, пока тряска не прекратится.
  • Регулярно тренируйтесь с семьей и коллегами.

Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) предоставляет подробные рекомендации по готовности к землетрясениям (]https://www.ready.gov/earthquakes.

Заключение

Линии разломов являются поверхностным выражением глубоких тектонических сил, которые формируют нашу планету. Понимая типы разломов, граничные процессы плит, которые вызывают стресс, и поведение сейсмических волн, мы можем лучше предвидеть, где и как могут произойти крупные землетрясения. Достижения в области мониторинга, систем раннего предупреждения и инженерии значительно улучшили нашу способность противостоять этим событиям, но готовность остается общей ответственностью. Продолжение исследований и участие общественности имеют важное значение для создания устойчивых сообществ в постоянно меняющемся геологическом ландшафте.

Чтобы узнать больше о сейсмической науке и данных в режиме реального времени, Инкорпорированные исследовательские институты сейсмологии (IRIS) предлагают отличные учебные материалы (]https: / / www.iris.edu / hq / ].