— это не трещины и провалы, а очень сильные сотрясения верхних слоев грунта, вызванные пришедшей из сейсмического очага упругой волной.
Когда в Земле возникает землетрясение или происходит взрыв, часть высвобождающейся энергии превращается в упругие волны, которые распространяются в горных породах с различной скоростью, зависящей от плотности и упругости пород. Различают два вида упругих волн: объемные и поверхностные. Объемные волны пронизывают все тело, весь объем Земли и бывают двух типов: 1) сжатия и разрежения, называющиеся продольными, или волнами Р; 2) поперечных смещений, называющиеся поперечными, или волнами S. Поверхностные образуются сложным взаимодействием продольных и поперечных волн с земной поверхностью и распространяются только в поверхностных слоях Земли.
Таким образом, при сильном землетрясении сейсмические волны, идущие по всему земному шару, могут быть обнаружены в любой точке его поверхности специальными высокочувствительными приборами — сейсмографами, служащими для записи землетрясений.
Обычно принимают, что упругие волны, возникающие при землетрясении, исходят из одной точки. Это допустимо, когда расстояние до' источника много больше размеров самого источника — очага землетрясения. В действительности, очаг имеет значительную протяженность, по крайней мере 10 км, а чаще больше (иногда даже более 100 км). Это зависит от энергии землетрясения. И если расстояние от источника до места регистрации землетрясения становится соизмеримым, то такое допущение нельзя считать правомерным.
Объемные продольные и поперечные волны возникают одновременно и распространяются независимо друг от друга, причем скорость продольных волн почти вдвое больше скорости поперечных, тем более поверхностных, распространяющихся еще медленнее, чем поперечные. Поэтому продольные волны, проходя через глубины Земли и достигая ее поверхности первыми, приносят информацию о происшедшем землетрясении. Основные параметры, характеризующие сейсмические волны, — это амплитуда колебания, период и скорость.
Если бы вещество Земли, где происходят сейсмические процессы, являлось идеально упругой и однородной средой, то волновая картина, возникающая при землетрясении, была бы значительно проще. В действительности же вследствие слоистости, неоднородности коры, а также в зависимости от гидрологических условий и значительной неровности земной поверхности сейсмические волны, отражаясь, преломляясь, рассеиваясь и поглощаясь, приобретают исключительно сложный характер распространения. В результате запись движения почвы при землетрясениях представляется в виде очень сложной кривой.
Сейсмические колебания по-разному проявляются в земных породах различной плотности и упругости. Энергия, которую несет сейсмическая волна и которая проявляется на поверхности Земли, зависит от произведения трех величин (квадрат скорости колебаний V, плотность пород р и скорость сейсмической волны С) в виде Е~ρCV2. Произведение ρС принято называть сейсмической жесткостью земных пород. Устойчивость построек к разрушению в значительной степени зависит от сейсмической жесткости грунта.
Действительно, при постоянной энергии колебаний их скорость должна быть тем большей, чем меньше сейсмическая жесткость грунта. В свою очередь, чем больше скорость колебаний, тем вероятнее разрушение стоящей на нем постройки.
С. В. Медведевым и Н. В. Шебалиным составлена таблица, в которой указаны интервалы скорости распространения волн, плотности и сейсмической жесткости для основных категорий грунтов (табл. 2).
Из таблицы видна зависимость сейсмической жесткости от типа грунта.
Таким образом, в силу неоднородности земной коры под действием сейсмических волн, особенно поверхностных, колебания недостаточно жесткого слоя (плывуны, песчаник, торфяник, искусственные насыпи и т. п.) происходят с большими амплитудами по сравнению с твердыми породами, поэтому на них возникают более опасные условия для любых построек.
Можно привести нижеследующее сравнение в виде соотношений между величинами амплитуд для различных грунтов при сильных землетрясениях: сейсмическая волна, вызывающая колебания грунта на скальных породах в 2–5 мм, создает колебания в землистых уже до 25 мм, а в насыпях и неустойчивых почвах даже до 100 мм и более.
Приведенный пример дает достаточно ясное представление об опасности строительства объектов на рыхлых грунтах.
По земному шару землетрясения распределяются весьма неравномерно. Они приурочены к определенным зонам — поясам сейсмичности. Основными из них можно считать два: 1) Тихоокеанский и 2) Средиземноморско-Транс-азиатский. К второстепенным относятся Арктико-Атлантический, пояс западной части Индийского океана и др. Все они, в свою очередь, делятся на небольшие (по сравнению с сейсмическими поясами) сейсмические зоны.
Тихоокеанский пояс охватывает побережье почти всех стран Тихоокеанского бассейна. Здесь происходит почти 80 % всех землетрясений Земли. И если учесть, что этот сейсмический пояс одновременно богат еще и действующими вулканами, то станет ясно, почему нередко образно его называют «Огненным кольцом».
Средиземноморско-Трансазиатскпй пояс простирается широкой полосой, включая побережье стран Средиземного моря, Карпаты, Турцию, Иран, Кавказ, Среднеазиатские республики Советского Союза, Северную Индию, Алтай, северную часть Китая, Монголию, Прибайкалье, северо-восточную часть Китая и Приморский край, выходя к Сахалину. Захватывая немалую часть территории СССР, этот пояс, пожалуй, более всего доставляет забот и хлопот сейсмологам, строителям и населению этих районов.
Арктико-Атлантический — проходит примерно от устья р. Лены через подводный хребет Ломоносова под Северным Ледовитым океаном в направлении Исландии и, далее, по акватории Атлантического океана.
Пояс Индийского океана начинается от Аравийского полуострова и идет по поднятию дна и его средней части в направлении к Антарктиде.
Как и всякое физическое явление, сотрясение необходимо измерять. Что же является единицей измерения? Характеристиками сотрясения служат скорость движения частиц Земли, ускорение, отклонение от первоначального положения частиц (амплитуда смещения) и величина его, частота колебаний и т. д. Важно, чтобы в той или иной степени в такой единице измерения участвовали и отражались все указанные параметры. Было условно принято единицу измерения сотрясения называть баллом. Естественно, была дана оценка и самому слабому сотрясению, регистрируемому только приборами и не ощущаемому Человеком, в один балл. Что касается самого сильного, fro оно оценивалось в различных странах по-разному. Так, в Европе довольно долго применялась шкала Росси — Фореля, а затем несколько улучшенная шкала Меркалли, максимальное сотрясение по которой оценивалось в 10 баллов. В Японии и сейчас используется шкала, по которой максимальное сотрясение оценивается как семибалльное. В Советском Союзе с 1952 г. до последнего времени применялась 12-балльная сейсмическая шкала Института физики Земли Академии наук СССР, составленная С. В. Медведевым. По этой шкале сотрясение, возникающее в эпицентральной области при самом сильном землетрясении, оценивается в 12 баллов.
Существуют и другие шкалы. Такое разнообрази^ и разнотипность шкал создают большое неудобство для единой международной оценки сотрясаемости от землетрясений, возникающих на территориях различных стран, тем более что на земном шаре ежегодно происходит не так уж мало значительных по силе землетрясений. В среднем за год на Земле регистрируется 10–15 9-балльных землетрясений, 50—100 8-балльных, 300–500 7-балльных.
В течение последних 10–15 лет сейсмологи разных стран стремились выработать единую шкалу для измерения интенсивности сотрясений. На основе существовавших до 1964 г. различных
