> Энциклопедический словарь Гранат, страница 207 > Землетрясение

Землетрясение

Землетрясение, естественные сотрясения земной поверхности, которые происходят вследствие движений, возникающих в глубине земли. Сила 3. вариирует от ничтожных дрожаний, не ощутимых для человека, до сильнейших движений, производящих катастрофические разрушения. Сильные 3. представляют для человечества одно из серьезнейших бедствий. Особенно страшны они внезапностью наступления и своей неире-дотвратимостыо. При сильных 3. земная поверхность то приходить в волнообразное движение, то получает ряд толчкообразных ударов. Здания рушатся, их обитатели погибают под обломками. В течение нескольких минут, даже в несколько секунд, цветущие города превращаются в груду развалин, разоряются целия области. 3. на побережье морей часто сопровождаются приливными волнами. Море вначале отходит от берега, а затем громадной волной устремляется на сушу, сметая все,

встречающееся на пути. Насколько ужасны последствия катастрофических 3., показывают следующие примеры. 3. в 536 г., охватившее часть Сирии и Малой Азии, уничтожило

120.000 человек 3., разыгравшееся тамже в 1759 г., превратило в развалины несколько городов и погубило свыше 30.000 человек Грозное лиссабонское 3. 1-го ноября 1755 г. в течение 5 мин. разрушило цветущую столицу Португалии и мн. др. города и погубило около 60.000 человек 3. в Сицилии 1693 г. уничтожило около 60.000 человек Ужасное калабрийское 3. 5 февр.

1783 г. в течение 2 мин. разрушило множество деревень и городов Калабрии и с.-вост. Сицилии и унесло около

30.000 человеч. жизней. Из 3. более нового времени выделяются: японское 3. 1891 г., захватившее провинцию Мино-Овари; оно разрушило около

20.000 построек и погубило до 7 тыс. человек; калифорнийское 3. 16 апр. 1906 г., причинившее громадные разрушения г. С.-Франциско, и особенно страшное мессинское 3. 28 дек. 1908 г., разрушившее до основания города Мессину и Реджио и погубившее 77.283 человек В России печальную память оставили 3. в г. Верном 28 мая 1887 г., унесшее 332 жизни; ахалкалахскоф 3. 19 дек. 1899 г., погубившее 208 человек, и особенно андижанское 3. 3 дек. 1902 г., при котором погибло больше 4В2 тыс. человек.

Явления, связанные с 3., называются сейсмическими (греч. seismos—сотрясение земли). Отрасль знания, изучающая их, носит название сейсмологии. Движения, производящия сейсмические явления, возникают на некоторой глубине в теле земли. Достигая земной поверхности, они приводят в движение частицы поверхностного слоя. Непосредственному наблюдению доступны лишь эти последния движения. Отсюда понятно то исключительное значение, которое имеет для сейсмологии точное выяснение всех элементов данного движения. Колоссальные успехи современной сейсмологии неразрывно связаны с усовершенствованием наблюдательной техники. В настоящее время сейсм. колебания записываются саморегистрирующими приборами, называющимися сейсмографами. Эти приборы отмечают момент наступления колебания, записывают в увеличенном виде путь, проходимый при колебании точкой земной поверхности, и указывают скорость движения во всех его фазах. Конструкция сейсмографов разнообразна, но прототипом для всех их служит простой маятник. Пусть мы имеем массу А, совершенно неподвижную (фигура Иа). Поверхность почвы de приходит в движение, увлекая укрепленную в почве дощечку с. Прикрепленный к А штифт при движении дощечки начертит на ея поверхности линию (фигура lb). Неподвижной точкой и служит центр тяжести обыкновенного вертикального маятника. При 3. приходит в колебательное движение, вместе с почвой, точка прикрепления маятника (фигура 2), а его центр тяжести остается неподвижным, так как тяжелая масса его подвеса, в силу инерции, отзывается на передвижении точки прикрепления с некоторым опозданием. Поэтому непрерывно следующия друг за другом противоположные движения точки прикрепления маятника не оказывают на тяжелую массу последнего никакого действия. Неподвижность центра тяжести маятника тем совершеннее, чем больше масса его привеса и чем длиннее его собственный период качания. Штифт такого маятника чертит на подставке линию действительного движения последней. В результате повторных движений вычерченные линии накладываются одна на другую и дают спутанный рисунок (фигура 3), на котором трудно разобрать отдельные фазы движения. Для устранения этого неудобства, поверхности, на которой вычерчивается кривая, придают равномерное движение. Движение точки земной поверхности, как и всякое движение, может быть разложено на три составляющих: две горизонтальных, например N—S и W—0, и вертикальную. Современные сейсмографы обычно вычерчивают лишь одну составляющую. Для регистрации гориз. составляющих наичаще употребляются т. наз. конические или горизонтальные маятники, идея устройсяства которых представляет лишь некоторое видоизменение идеи вертикального маятника. Тяжелый гориз. маятник состоит из массы G, прикрепленной к концу коленчатого стержня А (фигура 4), противоположный конец которого упирается в агатовое гнездо штатива. Нить F удерживает маятник в его положении. Масса G выходит из состояния равновесия от движений, направленных к плоскости привеса, но к движениям, параллельным этой плоскости, маятник не чувствителен. Значит, такой маятник зарегистрирует лишь одну горизонтальную составляющую движения. Движение массы G, увеличиваясь помощью системы рычагов, передается штифту, который оставляет соответствующую черту на равномерно вращающейся катушке (фигура 5). Более совершенная регистрация происходит отражением светового пучка от зеркала, прикрепленного к массе G, на светочувствительную бумагу. Для регистрации вертикальной слагающей служат пружинные маятники. Они представляют тяжесть N, насаженную на пружине F, противоположный конец которой при G укреплен неподвижно. Верт. движения N при помощи коленчатого рычага I увеличиваются и передаются пишущему штифтику р (фигура 6). Чувствительность сейсмогр. доводится до высокой степени. Их записи увеличивают истинное движение в 200—300, в 700— 800 раз. В Гёттингене Вихертом установлен маятник с увеличением в 5.000 р. Если в некотором отдалении от такого маятника прижать руку к земле, то он отмечает колебания почвы, вызываемия ударами пульса. Одновременные записи трех компонентов движения (фигура 7) дают возможность выяснить все элементы последняго. Это движение часто бывает весьма сложным.

Механическая энергия, освободившаяся на некоторой глубине под земною поверхностью в области С (фигура 8), распространяется в виде упругих волн Wx—W5. До поверхности волны прежде всего доходят по вертикали СА. область С называется гипоцентром, а также фокусом, очагом или гнездом 3.; область А—эпицентром 3. В эпицентральнои области и в непосредственной близости от нея 3. является наиболее интенсивным. область наиболее напряженных ударов аа называется плейстосейстовой, а само 3. здесь называется местным 3. К периферии плейст. области удары ослабевают, но они все еще ощущаются до расстояния на несколько сот килом.— это будет область близкого 3., аb. На большем расстоянии сотрясения для нас не ощутимы, они регистрируются лишь чувствительными сейсмографами. Такие сотрясения называются микросейсмическими. Они распространяются на тысячи кил., их область bD составляет обл. отдаленного 3. Диаграммы сейсмографов рисуют отдаленные 3. в следующем виде (фигура 9). Наступление 3. отмечается значительными зубцами, которые вскоре ослабевают—это первия волны-предвестницы. Через некоторое время следует новое внезапное усиление зубцов—это втория волны-предвестницы. Наконец, в дальнейшем появляются еще большия колебания, представляющия главные волны. Они, то усиливаясь, то ослабляясь, постепенно затухают. Первия волны-предвестницы суть волны продольные, втория волны-предв.—поперечные. Промежуток времени между приходом первых и вторых волн-предв. и между волнами-предвестницами и главными волнами тем больше, чем далее отстоит пункт наблюдения от эпицентра 3. В силу этого по характеру диаграммы расстояние пункта наблюдения от эпицентра легко определяется, а по диаграммам двух пунктов наблюдения довольно точно находится географическое положение эпицентральной области. Промежутки времени, в течение которых волны-предвестницы доходят до различных пунктов наблюдения, не пропорциональны расстояниям последних от эпицентра. Значит, эти волны распространяются не по поверхности. Оне идут к пунктам наблюдения от фокуса С (фигура 8) по глубоким частям земли. Если бы при этом их путь был прямолинеен, соответственно линиям S1, S2, S3, то указан-

Фигура 1.

Фигура 2. Вертикальный маятник старой конструкции (по Sieberg).

Фигура 3. Запись землетрясения вертикальным маятником старой конструкции.

Фигура 4. Схематический чертеж тяжелого горизонтального маятника.

Фигура 5. Общий вид тяжелого горизонтального маятника.

Фигура 6. Схематическое изображение сейсмографа для вертикальной составляющей.

Фигура 7. Запись землетрясения в Токио 20 июня 1894 г.: на верху составляющая SE— NW, в средине NE—SW, внизу вертикальная составляющая.

Фигура 2—4 по Hobbs-Ruska, „Erdbeben“, фигура 5—7 по Sieberg, J„Hdb. d. Erdbebenkunde“.

Фигура 7.

Фигура 9.

Фигура 8. Схематическое изображение движения, возникающого при землетрясении.

Фигура 9. Диаграмма отдаленного землетрясения, происшедшого в Мексике 14 апр. 1907 г., записанная в Вашингтоне.

Фигура 10. Схематическое изображение распространения упругих волн, возникающих в фокусе землетрясения.

Фигура 11. Диаграмма близкого землетрясения.

Фигура 12. Горизонтальное искривление рельсов во время индийского землетрясения 1897 г.

Фигура 9, 10 по Hobbs-Ruska, „Erdbeben“, фигура S. 10, 12 по Sieberg, „Hdb. d. Erdb.-kunde“.

Фигура 8.

Первыяволныпредвестн

Вторыяпредвъстн

Главныя

Фиг 11.

фигура 12.

ные промежутки времени были бы пропорциональны длине хорд, проведенных от пунктов наблюдения к эпицентру А. Но этого не замечается. Далее, при прямолинейности пути, волны в большем удалении от фокуса должны выходить к поверхности под более острым углом, в силу чего вертикальная составляющая должна уменьшаться. В действительности же к пунктам более отдаленным волны-предвестницы подходят все более снизу вверх. Значит, данные волны распространяются по кривым линиям (фигура 10), что может быть лишь в том случае, если в различных частях пути оне имеют различную скорость. Последнее под- тверждается прямыми наблюдениями: волны-предвестницы, достигающия поверхности дальше от эпицентра и, следовательно, проходящия по более глубоким частям земли, обладают большей скоростью. Скорость первых волн - предвестниц приблизительно равна 8 км. в сек. близ земной поверхности и до 13 км. в ск. на глубине 1.500 км. Скорость вторых волн-пред-вестниц около 4 км./ск. в первом случае и около 8 км./ск. во втором. Отношение между скоростями этих волн остается постоянным и равно

|/3 :1. Это как раз соответствуетсвойству упругой среды, в которой механические нарушения равновесия, толчки и- т. п. возбуждают упругия волны двух родов—продольные и поперечные с указанным отношением скоростей распространения.

Главные волны распространяются иначе. Время, необходимое для достижения ими различных пунктов, пропорционально расстоянию последних от эпицентра 3.; отношение вертикального и горизонтальных компонентов всюду остается одинаковым. Таким образом, главные волны распространяются по поверхности. Возникают оне в эпицентральной области под влиянием тех толчков, которые испытывает здесь поверхность от действия упругих волн, переходящих из фокуса 3.

В области близких 3. (ab фигура 8) .шолньи-предвестницы почти сливаютсяс главными (фигура 11), которые достигают значительно большей интенсивности. В плейстосейстовой области удары упругих волн (соответств. волнам-предвестн. далеких 3.) достигают наибольшого напряжения. Под влиянием этих ударов волн часто возникают волны тяжести, подобные волнам на водной поверхности. Возникновение таких волн происходит в тех частях эпицентральной области, где поверхность сложена рыхлыми отложениями, покоящимися на твердом основании. Во время 3. в Мино-Овари в 1891 г. такие волны достигали 1 ф. высоты, расстояние между их вершинами равнялось от 3 до 10 м. Когда поверхность недостаточно упруга, чтобы вернуться к первоначальному состоянию, эти волны остаются после 3. как бы застывшими. Эти волны производят наибольшее смещение точек земной поверхности; ужасные разрушения при катастрофических землетрясениях обусловливаются ими. Во время сильных 3. земная поверхность в эпицентральной области испытывает ряд других изменений. В горах по склонам рыхлия поверхностные массы сползают вниз, образуя обвалы, запруживающие речки, разрушающие жилища. При 3. 1348 г. в вост. Альпах такой обвал засыпал 17 деревень. На равнинах происходят трещины, воронкообразные провалы, изъкоторых нередко выступает мокрый песок, образующий насыпные конусы. Поверхностные рыхлия отложения часто смещаются целыми участками. При этом смыкаются берегаречек,искривляются рельсы (фигура 12) и тому подобное. Иногда трещины не ограничиваются рыхлыми поверхностными отложениями, а глубоко захватывают и лежащия под ними твердия массы. В Японии и Индии при 3. появлялись трещины до 50 и 100 км. длиною и до 100 м. глубиной. По трещинам происходят опускания прилегающих участков. Сила 3. определяется их разрушительностью. Условные шкалы для определения этой силы даны Мерколли и Росси-Форелем. По этим шкалам баллу I соответствуют микросейсмические дрожания, обнаруживаемия только чувствительными приборами, а последнему×баллу—общее разрушение, сопряженное с образованием в земной коре трещин, сбросов и тому подобное. Существуют попытки выразить интенсивность 3. в абсолютных числах — математическим выражением силы сейсмич. движений.

Гнездо 3. никогда не является в виде точки, а образует некоторую площадь,—то линейно вытянутую, то имеющую форму овала, то совершенно неправильную. Географическое положение гнезда находится легко. Гораздо труднее определить глубину его залегания. До настоящого времени нет точных методов для таких определений, и все существующия вычисления представляют не более, как первое приближение к истине. Несомненно одно, что глубина гнезда 3. в различных случаях изменяется в широких пределах. Определения старыми методами приводили к небольшим цифрам: 8, 9, 11, 27 км. Гораздо значительнее эти цифры получаются при новых определениях. Так, глубина гнезда японского 3. 25 июля 1898 г. определена в 40 км., 3. 30 нояб. 1894 г.—60 км. Для чарльс-тоунского 3. 1886 г. глубина дается в пределах от 107 до 120 км.

Если гнездо 3. располагается под морским дном, то сейсмические волны передаются водной массе, вызывая моретрясения. Последния в открытом море обнаруживаются вздутием морокой поверхности, образованием водяных столбов, как бы вскипанием, ударами сейсм. волны о судно, на котором от таких ударов иногда предметы подбрасываются кверху. Близ берегов же моретрясения часто сопровождаются возникновением приливных волн.

Различные части земной поверхности подвержены 3. не в одинаковой степени. области, потрясаемия наиболее часто и разрушительно, называются сейсмичными. Такими являются побережья Средиземного моря, особенно Италия, Греция, Малая Азия. Затем сейсмичны страны, кольцом окружающия Тихий океан. Из них особенно выделяются Япония и Средняя Америка. Сейсмичны—Кавказ, горы Персии, Гималаи. области, менеепотрясаемыя, называются пенесейсмичными. К ним относятся горы франции, средней и южной Германии, Алтай и др. области, потрясаемия слабо и совсем не потрясаемыя, называются асейсмичными. Асейемичны—равнина

Евр. России, Сибирская низменность, Канада, многие плоскогорий и др.

Географич. распространение очагов 3. указывает на их тесную связь с процессами горообразовапия. Сейсмичные страны располагаются в областях новейших горных хребтов и в областях значительного опускания земной коры. При складкообразовании, равно как и при вертикальных перемещениях, в земной коре происходит напряжение, которое при нарушении равновесия разрешается образованием трещин или толчками, возбуждающими сейсмические волны, или тем и другими вместе. 3., происходящия от этой причины, называются тектоническими. Они характеризуются широкой площадью распространения, значительной продолжительностью и связью их очагов с структурными линиями земной коры, как, например, с-линиями разломов. Наиболее разрушительные 3. относятся к этой категории. Вторую группу образуют 3. вулканические. Они вызываются теми, подземными напряжениями, которые развиваются в вулканических очагах при извержениях. Последнюю группу составляют 3., происходящия от обвалов подземных пустот. Их роль в общей сумме сейсмических, явлений весьма незначительна.

Литература: См. литературу по-геологии при статье география, XIII, 252, прилож. Сверх того: F. de Montessus de Ballore, „Les tremblements de terre“; (1906); Hobbs, „Origin of Ocean Basins in the Light of the New Seismology“ („Bull, of the Geol. S. of Amer.“, 1907, Yd., XVIII); Hobbs, „The Charleston Earthquake in a New Light“ („Geol. Mag.“, London, N. S. Yol. V.); Clarence E. Hut- ton, „Earthquakes in the Light of the New Seismology“ (1904); Lawson, „The California Earthquake of April 18,1906“ (1908); Gilbert, Humphrey, Sewell a. F. SouU, „San Francisco Earth, and Fire-of April 18, 1906“. („Bull. 324 U. S~ Geol. Survey“, 1907). Cp. также многочисленные статьи Montessus de Ballore, Wichert, Hobbs и др. в „Beitrage zur Geophysik“. Сейсмические наблюдения в области России публикуются в „Известиях постоянной центральной сейсмической комиссии“, издаваемых Импер. Акад. наук. А. Нечаев.