Amp;КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ. Землетрясения, извержения вулканов, катастрофа, оползни, сели, обвалы, литосфера, очаг, магнитуда, форшоки, интенсивность, балл

5.1. Землетрясения

Землетрясения – едва ли не самые страшные и губительные природные катастрофы. Действию землетрясений подвержено более 10 % суши, на которой проживает половина человечества. Они уносят десятки и сотни тысячи человеческих жизней, вызывают опустошительные разрушения на огромных пространствах.

В августе 1999 г. землетрясение на северо-западе Турции было эквивалентно подрыву 20 млн т тротила всего за 37 секунд. 7 декабря 1988 года в Армении произошло Спитакское землетрясение, полностью стершее этот город с лица Земли. Тогда за несколько секунд погибло более 25 000 человек. Ашхабадское землетрясение в ночь с 5 по 6 октября 1948 г. унесло более 100 000 жизней. В Китае в 1920 г. погибло 200 000 человек, а в 1923 г. и 2011 г. Японии – более 100 000 и 11 000. Этот скорбный список можно продолжать бесконечно (рис. 20). Землетрясения разной силы и в разных районах земного шара происходят постоянно.

В год в среднем на планете происходит около 18 значительных землетрясений силой 7–8 балла и одно сильное – 8 баллов. В 1999 г. таких землетрясений было 20.

Рис. 20. Людские потери при землетрясении в мире в XX в., тыс. человек

(по данным А. В. Балахонова, 2005)

Ученые разных стран изучают: а) причины возникновения землетрясений; б) методы прогноза в трех измерениях – в пространстве, во времени и интенсивности – где (местоположение), когда (время), какой силы (интенсивность) можно ожидать опасные «вспышки» стихии. К сожалению, непосредственно предсказать время землетрясений пока еще не удается.

5.1.1. Основные понятия

Землетрясением (от греч. seismes – трясение) называется колебание (или толчки) земной коры, вызванное внезапным освобождение потенциальной энергии земных недр в виде упругих продольных и поперечных волн, которые распространяются во всех направлениях.

Землетрясение протекает неожиданно, быстро, нанося значительные разрушения. Количество выделяемой энергии самого крупного землетрясения в 1000 раз превосходит энергий взрыва атомной бомбы и сопоставимо со взрывом водородной бомбы (рис.21.).

К основным характеристикам землетрясений относятся:

1. Очаг землетрясения (гипоцентр);

2. Интенсивность сейсмических колебаний грунта.

3. Магнитуда землетрясения (сила землетрясения);

4. Сейсмические волны, возникающие при землетрясении.

Рис. 21. Выделение энергии при землетрясениях разной силы

(по Н. В. Короновскому, 2003)

1. Очаг – это пространство (объём), внутри которого заключены все сопровождающие землетрясение первичные деформации. Гипоцентром или фокусом землетрясения называют условный центр очага на глубине, а эпицентром – проекцию гипоцентра на поверхность Земли (рис. 22). Зона сильных колебаний и значительных разрушений сооружений при землетрясении называется плейстосейстовой областью. Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на глубине 10–30 км.

Рис. 22. Очаг землетрясения и распространение сотрясений в объеме породы (по Н. В. Короновскому и др., 2003): I – область очага, или гипоцентр; II – проекция гипоцентра на поверхность Земли – эпицентр. Линии изосейст на поверхности – линии равных сотрясений в баллах (8–4)

Как правило, основному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки – форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара – афтершоки.

По глубине очага различают землетрясения:

· неглубокие, h £ 70 км, в том числе приповерхностные (<10 км);

· промежуточные, h = 70¸300 км;

· глубокие, h > 300 км (до 700 км).

2. Для количественной оценки силы землетрясений существуют различные показатели и шкалы. Часто масштабы проявления землетрясений оцениваются по интенсивности – внешнему сейсмическому эффекту (в баллах) на поверхности земли. Интенсивность выражается в определенном смещении грунтов, степени разрушения зданий, появлении трещин на поверхности и т.д. Как видим, что интенсивность толчка – это мера проявления колебаний и разрушений, вызванных землетрясением по мере удаления от очага. В России используется 12-балльная шкала интенсивности (МSК–64).

Вставка 4

I – III – слабые,

IV – V – ощутимые,

VI –VII – сильные (разрушаются ветхие постройки),

VIII – разрушительные (частично разрушаются прочные здания,

падают фабричные трубы),

IX – опустошительные (разрушается большинство зданий),

X – уничтожающие (разрушаются мосты, возникают оползни, обвалы),

XI – катастрофические (изменяется ландшафт),

XII – губительные катастрофы (изменение рельефа на обширной

территории).

Расшифровка абривиатуры этой шкалы соответствует начальным буквам фамилий ее создателей: С. В. Медведева, В. Шпонхойера и В. Карника, – и году ее принятия. В США и в ряде других стран принята предложенная итальянским сейсмологом Меркалли и позднее усовершенствованная шкала ММ. Значительно отличается шкала балльности, употребляемая в Японии (Болт, 1981). Все эти шкалы калибруют интенсивность сотрясений на поверхности Земли.

Шкала MSK-64 подразделяет землетрясения по интенсивности проявления на поверхности на 12 разрядов, японская – на восемь. Согласно шкале MSK-64 принята следующая градация интенсивности землетрясений (вставка 4).

Сейсмические колебания ощущаются отдельными людьми, находящимися в покое, при землетрясениях в один балл по японской шкале, два балла по шкале ММ и в три балла по шкале MSK-64; испуг и общая паника среди населения с возможными человеческими жертвами отмечаются при землетрясениях в пять баллов по японской шкале и восемь баллов по шкале ММ и MSK-64. Однако знаний интенсивности землетрясений на поверхности оказалось недостаточно.

3. Магнитуда землетрясения по Ч.Ф. Рихтеру (проф. Калифорнийского технологического института, США) также характеризует силу землетрясений по величине амплитуды волн от 0 до 9 по шкале Рихтера (см. ниже). Важно знать и величину энергии, излучаемой из очага. Для этого необходимо измерить на поверхности Земли энергию, приходящуюся на единицу площади, учесть поглощение энергии в пути и энергию, ушедшую во всех направлениях. Указанные определения чрезвычайно сложны, поэтому сейсмологи применяют условную энергетическую характеристику землетрясений, называемую магнитудой. Магнитуда – это единица, представляющая собой десятичный логарифм максимальной амплитуды колебаний сейсмографа (в тысячных долях мм), записанных в 100 км от эпицентра землетрясения. Магнитуда – мера высвобожденной при толчке энергии сейсмических волн. Она имеет единственное значение, так как характеризует конкретный очаг. Шкала магнитуд была впервые предложена американским сейсмологом Ч. Рихтером. Магнитуда землетрясений находится также в простой зависимости от частоты толчков – повышение интенсивности на единицу ведет приблизительно к десятикратному сокращению количества соответствующих землетрясений. Магнитуда (М) является наиболее универсальной и физически обоснованной характеристикой землетрясения.

Ч. Рихтер определил магнитуду толчка как безразмерную величину, определяемую выражением:

М = lg А _max ,

где А _max – максимальная амплитуда колебаний на сейсмограмме в микрометрах, измеренная на расстоянии 100 км от эпицентра.

После появления высокочувствительных современных цифровых сейсмографов, позволяющих оценивать поток энергии сейсмических волн в широком частотном диапазоне. В этой шкале магнитуда М рассчитывается непосредственно по энергии подземного толчка Е (джоулей):

М = 2/3 lg Е – 3.

Классификация землетрясений по величине и мощности очага ведётся по шкале магнитуд. Верхней границей шкалы магнитуд принято считать значение М = 9,5. Ему соответствует энергия толчка Е = 10¹⁹ Дж. Увеличению энергии толчка землетрясения примерно 30 раз соответствует увеличению магнитуды толчка на 1 единицу.

Сила землетрясений в различных частях земной поверхности неодинакова. Она прямо пропорциональна интенсивности первичного толчка,

т.е. интенсивности колебаний в гипоцентре, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра землетрясения (Касахара, 1985). Сила землетрясений зависит также от свойств пород, через которые проходит сейсмическая волна. При прохождении через рыхлые породы и через породы с различными коэффициентами упругости сейсмическая волна ослабевает быстрее, чем когда она проходит по однородным скальным породам. Разрушительные 7–балльные колебания наблюдаются обычно при землетрясениях, начиная с магнитуды 5,5 в районе эпицентра. При сильнейших землетрясениях с магнитудами восемь и выше они проявляются даже на расстояниях от эпицентра в 300–500 км. Чем ближе очаг землетрясения к поверхности, тем больше интенсивность колебаний в эпицентральном районе, но в тоже время она быстрее убывает с расстоянием. Не случайно землетрясения в Москве интенсивностью пять баллов наблюдались в тех случаях, когда их источниками были очаги в Карпатах на территории Румынии, расположенные на глубине 100 и более километров.

По оценкам сейсмологов, ежегодно на Земле происходит в среднем:

· 1 землетрясение с магнитудой от 8,0;

· 10 землетрясений с магнитудой от 7,0 до 7,9;

· 100 землетрясений с магнитудой от 6,0 до 6,9;

· 1000 землетрясений с магнитудой от 5,0 до 5,9;

Спитакское катастрофическое землетрясение имело, например, магнитуду 6,9, и 7–балльная зона охватила площадь в 4000 км².

4. Сейсмические волны, возникающие при землетрясении. Известно, что до 10 % энергии, выделяющейся при землетрясении, превращается в энергию сейсмических волн. Они распространяются во все строны от гипоцентра землетрясения. Сейсмические волны могут быть двух типов – объёмные и поверхностные. В гипоцентре землетрясения зарождаются сейсмические волны объёмного типа – продольные и поперечные. По достижении земной поверхности они побуждают сейсмические волны поверхностного типа. В соответствии с двумя видами деформаций существует два вида волн: продольные волны (Р-волны) – это волны сжатия-растяжения, колебание которых осуществляется вдоль линии их распространения. Поперечные волны (S-волны) – волны сдвига; колебание волн сдвига происходит в плоскости, перпендикулярной линии распространения волны. Скорость продольных волн больше скорости поперечных (v_p@1,73 v_s) , в жидких и газообразных средах (m=0) поперечные волны отсутствуют. Запись сейсмических колебаний осуществляется сейсмостанциями, расположенными на поверхности Земли (рис. 25). Первыми от землетрясения на сейсмостанцию приходят продольные волны, затем поперечные и поверхностные. Последним соответствуют максимальные колебания почвы и именно они вызывают разрушения на поверхности Земли.

По сейсмическим данным определяют пространственные координаты, энергию и механизмы землетрясения.

На рисунке 25 показана глубина гипоцентра (h) и эпицентральное расстояние (D – расстояние от эпицентра до сейсмостанции). Глубина гипоцентра и эпицентральное расстояние определяются из выражения:

(t_s - t_p) ^. ,

где t_s и t_p – время прихода поперечной и продольной волн.

Для определения D и h необходимы наблюдения минимум на двух станциях.

5.1.2. Структурно-геологическая обусловленность землетрясений

Причиной возникновения землетрясений являются тектонические силы (напряжения) в земной коре, которые при освобождении сопровождаются разрывом и смещением твердого вещества в очаге (гипоцентре) и деформациями за пределами очага. Природа этих сил не совсем ясна, но несомненно, что их проявление обусловлено температурными неоднородностями в теле Земли – неоднородностями, возникающими благодаря потере тепла путем излучения в окружающее пространство, с одной стороны, и благодаря добавлению тепла от распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах (Болт, 1981). Согласно теории упругой отдачи Рида земная кора во многих местах медленно смещается под действием глубинных сил. Дифференцированные движения вызывают упругие деформации, достигающие таких величин, которые породы уже не могут выдерживать. Тогда возникают разрывы, деформированный блок породы мгновенно смещается под действием упругих напряжений в положение, при котором деформация частично или полностью снимается. Это неравномерное продвижение дислокаций приводит к возникновению высокочастотных волн, проходящих через горные породы и вызывающих сейсмические колебания, которые и производят разрушения на поверхности. Таким образом возникают тектонические землетрясения. Все землетрясения приурочены к областям высокой современной тектонической активности и связаны либо с сжатием (конвергентая граница литосферной плиты), либо растяжением (дивергентная граница литосферной плиты).

Природа землетрясений остаётся в настоящее время неясной и нераскрытой. Причин, которые вызывают тектонические движения много. Вследствие высокой температуры внутри Земли вещество мантии не остаётся неизменным, оно переходит из одного состояния в другое за счёт мантийной конвекции, изменяется его объём. На тектонические движения в недрах земных оказывает влияние и сила тяжести. Более тяжёлые горные породы стремятся опуститься, более лёгкие – подняться.

В XIX веке профессор Н.П. Слигунов [ ], а позднее американский учёный Д. Симпсон [ ] обратили внимание на сильные магнитные возмущения, сопровождавшие многие катастрофические землетрясения того времени. При землетрясении в г. Ташкенте (1966 г.) было замечено свечение атмосферы над самым очагом. Очевидно, оно было связано с изменением электрического поля Земли. Установлено, что в годы, когда возрастает количество солнечных пятен на солнце, на Земле усиливается тектоническая деятельность. Магнитные бури, бушующие над Землёй, могут влиять на скорость её вращения и интенсивность теллурических токов в литосфере, что и приводит к нарастанию физических напряжений в земной коре. Грузинские учёные обнаружили, что самые сильные и разрушительные землетрясения в Закавказье совпадали с полнолунием.

Землетрясения могут возникать и по другим причинам. Одна из таких причин – вулканическая деятельность в местах, где раздвигаются тектонические плиты. Кроме этого, известны обвальные и техногенные землетрясения. Обвальные – это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где есть подземные пустоты и горные выработки. Непосредственная причина колебания грунта заключается в обрушении кровли штолен или пещер. Часто наблюдаемая разновидность этого явления – горные удары. Они случаются, когда напряжения, возникающие вокруг горной выработки, заставляют большие массы горных пород резко со взрывом отделяться от массива, возбуждая сейсмические волны.

Последний тип землетрясений – это техногенные (искусственные), связанные исключительно с деятельностью человека. Взрывные, или как чаще их называют, наведенные землетрясения возникают при обычных или ядерных взрывах. Когда при взрыве на большой глубине взрывается ядерное устройство, то высвобождается огромное количество ядерной энергии. Отметим также, что наведенные землетрясения связаны не только с военной, но и с другой деятельностью человека.

5.1.3. Общие черты землетрясений в мире и на территории России

Тектонические землетрясения, с которыми часто пространственно совпадают и вулканические землетрясения, формируют сейсмические пояса на земном шаре.

География землетрясений носит закономерный характер и хорошо объясняется теорией тектоники литосферных плит. Наибольшее количество землетрясений связано с такими зонами, где плиты либо сталкиваются, либо расходятся и наращиваются за счет образований новой океанической коры. На платформах очагов землетрясений нет.

Самым мощным сейсмическим поясом, в котором происходят 80 % всех землетрясений земного шара, является Тихоокеанский океанский пояс или «Огненный пояс». Это зона подвига океанических плит: западное тихоокеанское кольцо, Индонезия, островные дуги (Курильская, Алеутская, Японская, Филиппинская, Ява, Суматра и т.д.), побережье Северной Америки, Карибский регион, Средиземноморье. Плиты, словно потрескавшийся лёд, покрывают полужидную мантию и приводятся в движение колоссальной тепловой энергией земного ядра. Здесь происходят самые мощные землетрясения, например, рекордное в мировой истории Великое чилийское (1960) магнитудой 9,5 по шкале Рихтера и землетрясение в Кобе (1995 г.) унесшее 6433 человеческих жизней. Здесь же ежедневно регистрируются сотни «микроземлетрясений».

Другим районом высокой сейсмической активности считается Альпийско-Гималайский пояс, включающий 5–6 % всех землетрясений. Он протягивается от Средиземного моря, Гималаев (вставка 5), Памира, Тянь-Шань, Средняя Азия, пересекая территории Греции, Турции, Армении, Иран, Пакистан, Афганистан, побережье Алжира, достигая северной Индии. Это зоны столкновения литосферных плит с континентами.

Вставка 5

Город Кашмир (Пакистан в районе Гималаев), 8 октября 2005 года. «Сначала я думал, что это сон, – вспоминает Набиль Ахмад. – Но, открыв глаза, понял, что мир трясётся». По официальным данным погибло около 75 тыс. человек, но, скорее всего, гораздо больше умерло от отсутствия экстренной помощи. С наступлением зимы оползни и снегопады отрезали множество посёлков от Большой земли, сделав их почти недоступными для спасательных и медицинских служб.

Сейсмоопасными зонами России являются Тихоокеанский и Евроазиатский тектонические пояса (рис. 23). Здесь океанические плиты субдуцируют – погружаются под континенты.

Большей сейсмичностью характеризуется Тихоокеанский тектонический пояс – Курильские острова и Камчатка, где непрерывные инструментальные наблюдения проводятсяс 1904 г. За это время, по данным С. А. Федотова [ ] установлено, что Курильские острова и Камчатка относятся к наиболее сейсмичным областям земного шара. На основании каталогов землетрясений можно подсчитать, что с 1904 г. в Курило-Камчатской зоне произошло в 150 раз больше на единицу площади, чем в среднем по всему земному шару. Установлено, что землетрясения, за исключением очень глубоких, происходят преимущественно между глубоководной впадиной и поясом вулканов. Глубина очагов землетрясений возрастают по направлению к континенту, достигая 650 км под дном Охотского моря.

Сейсмические явления с глубиной залегания очагов 200 и 300 км свойственны двум другим хорошо выраженным реликтовым зонам субдукции Евроазиатского тектонического пояса – зоне Вранча в Восточных Карпатах и Памиро-Гиндукушу – в Центральной Азии. Внутрикоровые очаги крупнейших землетрясений с магнитудой М > 8 характерны для Иран-Кавказ-Анатолийского, Памиро-Тянь-Шаньского, Алтай-Саяно-Байкальского регионов (Природные опасности России. Сейсмические опасности, 2000). По данным департамента предупреждения и ликвидации ЧС при Министерстве ЧС России 2002–2015 гг. будут характеризоваться повышением земной активности в этих районах.

Рис. 23. Схема сейсмического районирования территорий России

Условные обозначения: Цифры – интенсивность землетрясений, баллы

Рекордным годом в России считается 1943 г., когда было зарегистрировано 41 землетрясение (Россия... 2001). Сопоставление различных сейсмических шкал по последствиям проявления землетрясений приводится в табл. 4.

Таблица 4

Сопоставление различных сейсмических шкал по последствиям

проявления землетрясений

Землетрясения подчиняются некоторым общим закономерностям:

· может по карте сейсмического районирования для них установлена определённая пространственная приуро­ченность;

· чем больше мощность землетрясения, тем реже оно случается и наоборот;

· всем стихийным бедствиям, в том числе и землетрясениям, предшествуют специфические признаки, или предвестники;

· землетрясения могут быть предсказаны в пространстве, но не во времени;

· должны быть предусмотрены антисейсмические мероприятия от землетрясений.

Зная эти закономерности, человек не в состоянии воздействовать на глубинные разломы и тектонические процессы, происходящие в земной литосфере. Но можно уменьшить разрушительные последствия землетрясений. Необходимо изучать степень сейсмического риска при выборе места строительства с учётом геолого-тектонических условий сейсмоопасных территорий и вести строительство с учётом сейсмичности (высокое качество строительных работ, выбор сейсмически стойких строительных конструкций и материалов).

5.1.4. Прогноз землетрясений

Прогнозирование землетрясений является наиболее важной проблемой. Ученые во многих странах мира занимаются этой проблемой, но она еще далека от разрешения. Точными и многочисленными инструментальными исследованиями землетрясений покрыта территория Японии и Калифорнии, но жертвы нередки и там. Человеческие жертвы и ущерб, по-видимому, определены недальновидными и корыстными действиями самих людей при выборе места, конструкции и технологии строительства зданий и сооружений.

Прогноз включает в себя как сейсмическое районирование, так и выявление предшественников землетрясения.

Сейсмическое районирование – выделение областей в которых можно ожидать землетрясения определенной магнитуды или балльности. Сейсмическое районирование разного масштаба проводится на основании учета множества особенностей: геологических, тектонических и других. Карты сейсмического районирования несут информацию о распространении землетрясений в том или ином районе. В границах бывшего СССР карта сейсмического районирования впервые была составлена Г. П. Горшковым в 1936 г. С тех пор эта карта несколько раз уточнялась и переиздавалась.

Для территории России составлен комплект новых карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (Уломов В.И., 2004) – ОСП-97 А, В, С, созданный в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН) при участии многих других организаций геолого-геофизического и сейсмологического профиля. Общее сейсмическое районирование масштаба (1:8 000000) впервые осуществлено для всей территории Российской Федерации, включая платформенные территории и шельфы окраинных и внутренних морей. Этот комплект карт включён в Строительные нормы и правила – СНиП II–7–81*) «Строительство в сейсмоопасных районах» и принят в 2000 г. Госстроем России в качестве нормативных документов, выполнение которых является обязательным для всех проектных и строительных организаций, осуществляющих работы на территории страны [ ]. На картах показана интенсивность сейсмической активности в баллах (6–10 баллов) для средних геологических условий (песчано-глинистые грунты с глубиной залегания подземных вод более 6 метров), а также место землетрясения. Карты характеризуют разную степень сейсмической опасности на 3-х уровнях вероятности – 90 % (карта А), 95 % (карта В), 99 % (карта С): вероятность возможного превышения интенсивности в течение 50 лет (ОСП-97-А –

10 %; ОСП-97-В – 5 %; ОСП-97-С – 1 %;). Время не прогнозируется.

Новые карты ОСР-97 впервые позволили количественно оценивать степень сейсмического риска для конкретных строительных объектов. Карта ОСП-97-А соответствующая 500-летнему периоду повторяемости сейсмических воздействий, рекомендуется для использования при массовом строительстве (такая степень риска приемлема в большинстве стран мира). Карты ОСП-97-В и ОСП-97-С, соответствующие 1000- и 5000-летнему периодам повторяемости сотрясений; предназначена для использования при проектировании и строительстве объектов повышенной ответственности и особо ответственных объектов.

В объяснительной записке к ОСП-97 и СНиП II–7–91 помещён список новых городов и населённых пунктов субъектов Российской Федерации, расположенных в сейсмоопасных районах, с указанием для них по каждой из карт ОСП-97-А, В, С ожидаемой сейсмической интенсивности на 3-х уровнях риска (10, 5 и 1 %) возможного превышения расчётных сейсмических воздействий в течение каждых 50 лет. Например, г. Бийск (Алтайский край) имеет сейсмическую интенсивность по шкале МSК-64 ОСП-97-А – 7 баллов; ОСП-97-В – 8 баллов; ОСП-97-С – 8 баллов.

Для грамотного проектирования антисейсмического строительства сейсмоопасных районов составляются карты более крупного масштаба – сейсмического микрорайонирования. Цель их – уточнение балльности участка с учётом конкретных геологических (грунтовых) условий. Она необходима проектировщикам для грамотного проектирования антисейсмического строительства, т.е. правильного выбора строительной площадки, типа фундаментов, специальных конструктивных мероприятий.

Существует большое количество разнообразных предшественников землетрясений, начиная от собственно геофизических и кончая гидродинамическими и геохимическими методами.

Обнаружить на ранней стадии возникновение сейсмической опасности позволяет созданный в институте физики Земли прибор – геофон с магнитоупругим сенсором для измерения подземного фонового звука на недоступной ранее глубине. Другими предвестниками землетрясений являются быстрый рост частоты слабых толчков (форшоков), деформации земной коры, улавливаемые с помощью лазерных источников света спутниками из космоса, содержания радона в воде, изменения колебания уровня подземных вод, и т.д. Косвенные признаки сильного землетрясения должен знать каждый, проживающий на сейсмоопасной территории:

· резкое изменение уровня воды в водоемах и колодцах;

· изменение температуры воды в водоёмах и ее помутнение;

· яркие вспышки, столбы света, светящиеся шары, зарницы, красноватые отблески на облаках и земле;

· появление необычных запахов (газ радон);

· за несколько часов до землетрясения устанавливается необычайная тишина;

· нарушения в работе радио, телевизора, электромагнитных приборов, компаса;

· самопроизвольное свечение люминесцентных ламп;

· аномальное поведение животных.

К ним можно отнести и поведение животных и насекомых перед землетрясением: кошки покидают селение и переносят котят в луга; домашние животные впадают в панику; муравьи за несколько часов до толчка покидают муравейники, захватив своих «куколок». Верным «рыбьим сейсмографом» в аквариумах японцы считают зубатку и угря. Хорошо чувствуют приближение «подземных гроз» голуби, ласточки, воробьи. Собаки проявляют перед землетрясением повышенную беспокойность и даже пытаются спасти своего хозяина перед началом страшных подземных толчков.

Вовремя прочитать эти признаки – значить, гарантированно спастись. Жителям сейсмоопасных зон надо всегда быть готовыми к неприятным сюрпризам природы. Лучшая защита от них – прочные здания, а значит, принятие в таких странах строго соблюдения сейсмостойкого строительства.

5.1.5. Оценка последствий катастрофических землетрясений

Землетрясение – это бедствие с прямым и косвенным (вторичным) воздействием на природную среду в виде оползней, цунами, пожаров, снежных лавин и т. д. Оно вызывает огромное число жертв и большие материальные убытки. Землетрясения опасны тем, что они относятся к быстродействующим геологическим процессам. Продолжительность главного толчка, характеризующегося наибольшей магнитудой, редко достигает минуты, обычно это несколько секунд. Это бедствие застает людей врасплох, поэтому приводит к большим жертвам. В сейсмически опасных регионах проживает более половины населения Японии, в Китае – одна треть, в США – одна седьмая, в России – менее одной сотой части населения. Каждый январь эксперты ООН подводят итоги прошедшего года по сейсмической активности.

Так, общий ущерб от разрушений зданий в Каракасе при землетрясении в 1967 г. превысил 100 млн долл., при этом погибло 250 человек. Исключительно тяжелым по своим социально-экономическим последствиям было Спитакское (9–10 баллов) землетрясение 7 декабря 1988 г., когда число погибших превысило 25 тыс. человек, а убытки составили свыше 8 млрд руб.

Вставка 5

Лиссабон (Италия), 1755 год. Описание очевидца.

«Беда случилась внезапно. Утром, еще не одетый, я услышал треск. Я побежал посмотреть, в чем дело. Каких только ужасов я не насмотрелся. Больше, чем на локоть земля то поднималась вверх, то опускалась. Дома рушились со страшным грохотом. Возвышающийся над нами монастырь раскачивался из стороны в сторону, грозя каждую минуту раздавить нас. Страшной казалась и земля, которая могла поглотить нас живыми. Людям не было видно друг друга: солнце было в каком-то мраке. Казалось, что настал день страшного суда. Это трясение длилось более 8 минут. Затем все успокоилось.

Мы бросились на площадь, лежащую невдалеке. Пробираться пришлось среди разрушенных домов и трупов, не раз рискуя погибнуть. На площади собралось не менее 4000 человек: одни полуодеты, другие совсем нагие. Многие были ранены, лица у всех были покрыты смертельной бледностью. Находившиеся среди нас священники давали общее отпущение грехов.

Вдруг снова все началось и продолжалось 8 минут. После этого целый час тишина не нарушалась. Целую ночь мы провели в этом поле под открытом небом. Сам его величество король принужден был жить среди поля, и это приободряло нас.

Чудные громадные церкви, подобных которым нет и в самом Риме, были разрушены. Вечером, в 11 часов в разных местах показался огонь. Что спаслось от землетрясения – то уничтожил пожар.

Со вторым толчком связана еще одна трагедия. Многие жители искали спасения от землетрясения на набережной реки, которая привлекала их своей прочностью. Приземистая и массивная набережная казалась очень надежной. Но с новыми ударами фундамент начал оседать и все сооружение вместе с обезумевшими от ужаса людьми бесследно исчезло в водной стихии. Спастись никому не удалось».

Число жертв Лиссабонского землетрясения составляет около 50 тыс. человек.

Землетрясение в Китае в 1976 г. унесло больше жизней, чем любое другое в XX в. – по разным оценкам количество жертв составило от 255 до 600 тыс. человек. Установлено, что основная причина гибели людей при землетрясениях – обрушение зданий. Количество человеческих жертв зависит от типа жилья и качества строительства. Там, где люди живут в юртах, человеческие жертвы практически полностью исключаются даже при землетрясениях максимальной интенсивности, как в случае 12-балльного (М = 8,5) Гоби-Алтайского землетрясения 1957 г.

Следствием ошибочного отнесения района г. Нефтегорска к не сейсмичным явилось строительство в 1960-е гг. не сейсмостойких крупноблочных зданий, которые были полностью разрушены в результате землетрясения на Сахалине 25 мая 1995 г., унесшего 1989 человеческих жизней. Учет новых данных сейсмического районирования предопределил строительство в этом городе в 1979–1983 гг. сейсмостойких зданий, рассчитанных на семь баллов по шкале MSK-64. По данным Л. Коффа (1995), эти здания выдержали сейсмическое воздействие и сохранились.

Приведём список крупнейших землетрясений с человеческими жертвами (табл. 5).

Таблица 5

Крупнейшие землетрясения в мире и России с человеческими жертвами (Трухин и др., 2003, с допол. автора)

Количество человеческих жертв также зависит:

а) времени начала землетрясения и продолжительности сейсмических колебаний;

б) глубина очага и нахождения населенного пункта от эпицентра и силы сейсмических волн;

в) от конструктивных особенностей зданий и качества их строительства;

г) типа и состояния грунта основания;

д) наличия в плейстоценовой зоне взрыво- пожароопасных объектов, плотин, АЭС и т.д.

К последствиям землетрясений, кроме явлений тектонического характера (образование трещин, сбросов и сдвигов), относятся:

1) различные изменения рельефа местности, вызванные перемещениями поверхности по сбросам, оползнями, обвалами, подпруживанием рек и образованием озер;

2) извержение газов, воды и грязи, напоминающие деятельность грязевых потоков;

3) разрушение искусственных сооружений, пожары.

Сейсмические воздействия проявляются на поверхности земли в виде разрывов в горных породах и относительного смещения разделяемых блоков горных пород в очаге. Процесс сопровождается не только механическими колебаниями толщи грунта, но и пиковыми электромагнитными излучениями, влияние которых на биологические объекты и окружающую среду может быть весьма существенным, особенно в случае выхода очагового разрыва на поверхность. Фиксировать воздействия этого рода в краткие мгновения разрывообразования чрезвычайно трудно, а подчас и невозможно.

Разрушительное действие землетрясений на искусственные сооружения зависят от силы толчка, характера сотрясения, угла выхода удара, направления сейсмического луча по отношению к постройке, свойств грунта и качества построек. Естественно, что чем сильнее удар, тем он гибельнее для любого рода искусственных сооружений. Однако при одной и той же силе удара степень разрушений может оказаться различной в зависимости от характера сотрясений. Вертикальные колебания, характеризующиеся малыми амплитудами, как правило, менее опасны для зданий, чем колебания горизонтальные. Наиболее подвержена горизонтальным движениям нижняя часть здания – 1-й этаж и фундамент. Подбрасывание и поворот крыш наблюдается редко. При этом стены разбиваются неправильной системой трещин, у непрочных построек стены разрушаются, а крыша накрывает развалины. Такие разрушения имели место близ эпицентра Ашхабадского землетрясения 1948 г.

Катастрофические последствия землетрясений часто усиливаются пожарами, возникающими от развалившихся во время топки печей, от коротких замыканий электропроводки, разрывом газовых труб и т. п. Борьба с пожарами затрудняется тем, что первые толчки землетрясений обычно выводят из строя водопроводы, разрывая трубы. Город Сан-Франциско был уничтожен в 1906 г. не столько самим землетрясением, сколько пожаром, с которым не смогли справиться из-за порчи водопровода. На железных дорогах землетрясения вызывают деформацию насыпей – их разрыв, смещение и выбрасывание железнодорожного полотна, а также деформацию рельсов. Мосты и эстакады испытывают очень сильные разрушения даже при металлической или железобетонной конструкции.

Последствия землетрясений особенно катастрофичны, когда они приводят к активизации экзогенных гравитационных процессов, таких как обвалы, оползни, лавины, сели и пр. Во время Сарезского землетрясения в 1911 г. на центральном Памире огромная масса обломочного материала объемом более 2 млрд м³ обрушилась с правого борта долины р. Бартанг, обусловив образование узкого и глубокого Сарезского озера. Под завалом был погребен кишлак с людьми, под водой нового озера оказался второй кишлак. Образовавшееся Сарезское озеро породило массу дополнительных проблем, связанных с возможностью прорыва перемычки.

5.1.6. Антисейсмические мероприятия и рекомендации по поведению людей при землетрясении

Стихийное бедствие, такое как землетрясение, чаще всего связано с массовым травматизмом или гибелью людей, психическим шоком, паникой, частичной или полной утратой имущества. Статистические данные утверждают, что в среднем 1 человек из 8 тысяч, проживающих на Земле, погибает при землетрясении.

Выживание в зоне стихийного бедствия обеспечивается тремя основными факторами:

а) умением распознать приближение стихийного бедствия и подготовиться к нему;

б) знаниями приемов самоспасения в зоне бедствия;

в) психологической подготовкой к действию в особо сложных условиях, которое создает любое стихийное бедствие.

Различают две группы антисейсмических мероприятий:

Предупредительные, профилактические мероприятия, осу­ществляемые до предполагаемого землетрясения;

Действия в чрезвычайных си­туациях (мероприятия, выполняемые до землетрясения, во вре­мя и после землетрясения).

Предупредительные мероприятия включают:

а) исследование генезиса, причин, механизма, предвестников данного землетрясения;

б) выбор и разработка методов прогноза землетрясения на данной территории. Необходимо составить крупномасштабную карту микросейсмического районирования для осуществления правильного выбора места расположения населенных пунктов

Профилактические мероприятия включают: 1) создание прогнозных региональных комиссий; 2) строительство зданий и сооружений с учётом карт сейсмического районирования; 3) организацию специальных служб (спасатели, медицинская помощь, пожарные); 4) создание запасов материальных ресурсов, продовольствия, медикаментов, одежды, палаток, отопительных приборов, питьевой воды и др.; 5) просвещение и обучение правилам поведения в условиях сейсмоопасности.

Население сейсмоопасных зон должно знать:

1) сильнейшие землетрясения силой 9 баллов и более повторя­ются в одном и том же месте не чаще 200–400 лет;

2) повторение катастрофических землетрясений силой 7–8 баллов возможно и через год;

3) после главных толчков могут последовать другие не менее опасные, а минимальное расстояние между эпи­центрами повторных землетрясений может составлять 10 км и более;

Основными причинами несчастных случаев при землетрясениях являются:

· обрушение отдельных частей зданий, балконов, кирпичей, стёкол;

· падение разорванных электрических проводов;

· пожары, вызванные утечкой газа из повреждённых труб;

· неконтролируемые действия людей в результате паники.

Причины травм и гибели людей можно уменьшить, если знать порядок действий в чрезвычайных ситуациях и выполнять ряд рекомендаций. Действия в чрезвычайных ситуациях распределены по фазам землетрясения.

До землетрясения: наметить заранее план действий в сейсмоопасных районах (иметь список телефонов медицинской помощи, представителей МЧС РФ, определить пути выхода из здания, знать места отключения электричества, газа) необходимо иметь в легкодоступном месте батарейный радиоприемник, карманный фонарик, аптечку, неприкосновенный запас продуктов, документы.

Во время землетрясения: надо быть готовым действовать, сообразуясь с конкретной обстановкой. Чем быстрее человек среагирует на опасность, тем больше останется шансов на спасение. Ощутив колебания здания, увидев качание светильников, падение предметов, услышав нарастающий гул и звон бьющегося стекла, не поддавайтесь панике. У вас есть 15–20 секунд. Быстро выйдите из здания, взяв документы, деньги и предметы первой необходимости. Покидая помещение, спускайтесь по лестнице, а не на лифте. Оказавшись на улице, оставайтесь там, но не стойте вблизи зданий, а перейдите на открытое пространство.

Надо спасаться там, где вы находитесь. Если оказались на высоком этаже в помещении – надо отключить газ, воду, электричество, оставаться на месте внутри здания у опорных стенок или в дверном проеме, или под столом.

.

Рис. 24. Порядок действий при землетрясении

Если вы едете в автомобиле, после начала землетрясения надо остановиться в таком месте, где не будут созданы помехи транспорту, и оставаться в машине

После землетрясения: оценить силу и масштабы стихийного действия, оказать помощь пострадавшим, проверить газ, электричество, водопровод, слушать радио, не занимать телефон, не ходить без обуви, не приближаться ни к зданиям, ни к морю из-за возможного цунами. Надо быть к повторным толчкам, которые могут случиться через минуту или через несколько суток. Нельзя передавать вымышленные сведения, а пользоваться только официальными сообщениями.

Во всех случаях надо действовать согласно правилам и рекомендациям службы по ЧС и в соответствии с планом аварийных мероприятий, подчиняться указаниям местных властей и штаба по ликвидации последствий стихийного бедствия.

При выборе места строительства зданий и сооружений на территории с силой землетрясений более 6 баллов следует учитывать все геологические факторы, определяющие устойчивость здания: близость крутых склонов и откосов, где развиты оползни, обвалы, осыпи; рыхлые и водонасыщенные грунты; пойменные и болотистые участки, участки с высоким уровнем грунтовых вод. Скальные породы – наилучший вариант для основания крупных сооружений. Отражение инженерно-геологических условий на выбираемой площадке строительства в сейсмоопасных районах должно быть на крупномасштабных картах сейсмического микрорайонирования.

В конструктивных особенностях строительства домов предусматривается антисейсмические пояса, прочный фундамент без подвалов. Доказано, что железобетонные здания сравнительно устойчивы, однако деревянные, стальные и укрепленные каменные дома также могут быть сейсмостойкими, если они хорошо сконструированы и добротно построены. Для этого применяются соответствующие элементы жесткости и крепления: связывающие скобы, подпорки и стойки, анкерные болты. Наиболее безопасной является та конструкция, вторая будет гибкой и сможет двигаться как единое целое, т. е. так, чтобы отдельные ее части не ударялись друг о друга. Обеспе­чение сейсмостойкости – обязательное требование при строительстве в сейсмоопасных районах. Необходимое увеличение стоимости строительства составляет, по инженерной оценке, менее 10 %, если соответствующие проблемы решаются на стадии проектирования. Строительные и стра­ховые компании должны учитывать разный уровень риска в связи с особенностями геологической обстановки с помощью карты сейс­мической опасности. Все эти меры контроля – путем районирова­ния, совершенствования строительных норм и классификации зданий по уязвимости – необходимо применять для предотвращения человеческих жертв в районах сейсмической опасности.