Существуют две величины, характеризующие силу землетрясения, — магнитуда и интенсивность. Интенсивность землетрясения — это величина внешних проявлений подземных толчков, которая измеряется баллами и показывает ущерб, нанесённый данной местности. В разных странах используются различные «шкалы интенсивности», в России это 12-балльная шкала Медведева - Шпонхойера - Карника , в США — шкала Меркалли . В странах Европейского союза с 1996 года применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS).
Сейсмическая шкала в России
1 балл — колебания ощущаются исключительно приборами. Человек колебаний не ощущает.
2 балла — колебания могут почувствовать только люди, что находятся в спокойном, неподвижном состоянии.
3 балла — колебания ощущаются только внутри некоторых зданий.
4 балла — колебания чувствует большинство людей. В зданиях могут дребезжать стёкла, посуда.
5 баллов — колебания могут разбудить спящего человека. В помещениях нетрудно заметить раскачивание висячих предметов (например, ламп или люстр), колебания мебели. Появляются трещины в штукатурке. На улице качаются тонкие ветки деревьев.
6 баллов — ощущаются колебания всеми людьми, со стен падают картины, отдельные куски штукатурки отваливаются.
7 баллов — неизбежны трещины в штукатурке и в стенах кирпичных зданий. В некоторых зданиях возникает угроза частичных обрушений.
8 баллов — существенные конструктивные повреждения зданий: крупные трещины в стенах, обрушение балконов, карнизов и дымовых труб. Появляются трещины на крутых склонах и на почве.
9 баллов — в некоторых зданиях возникают обвалы, обрушение перекрытий и стен.
10 баллов — большинство зданий находятся под угрозой обрушения. На поверхности земли возникают трещины шириной до 1 метра.
11 баллов — полномасштабное обрушение всех построек и конструкций, крупные обвалы в горах, большое количество крупных трещин на поверхности земли. Наблюдается разрушение мостов.
12 баллов — изменение рельефа местности вплоть до неузнаваемости. Катастрофические последствия землетрясений — обвалы, оползни, изменение рельефа.
Сейсмическая шкала в Европе
1 балл — колебания не отмечаются, ощущаются исключительно приборами.
2 балла — колебания могут почувствовать только люди и животные на верхних этажах зданий в состоянии покоя.
3 балла — колебания в виде раскачиваний и лёгкого дрожания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома.
4 балла — лёгкое дребезжание посуды и стёкол внутри зданий.
5 баллов — лёгкие колебания по всей поверхности внутри зданий. Подвешенные предметы качаются от сильных вибраций. Объекты с высоко расположенным центром тяжести падают. Двери и окна раскрываются и закрываются.
6 баллов — падают небольшие предметы, тонкие трещины в штукатурке.
7 баллов — большинство предметов падает с полок, многие здания умеренно повреждены, неизбежны трещины в штукатурке, часть дымовых труб обрушивается.
8 баллов — перевёрнутая мебель, большинству зданий нанесён значительный ущерб. Большие трещины в стенах. Некоторые здания могут быть полностью разрушены.
9 баллов — памятники и колонны падают. Некоторые здания обрушены полностью.
10 баллов — большинство зданий полностью разрушены.
11 баллов — практически все здания полностью разрушены.
12 баллов — практически все здания наземные и подземные сильно повреждены или разрушены.
Сейсмическая шкала в США
1 балл — колебания не ощущаются людьми.
2 балла — колебания ощущают люди в спокойной обстановке на верхних этажах зданий.
3 балла — колебания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома, в помещениях качаются висящие предметы.
4 балла — звенят оконные стёкла, посуда, скрипят двери.
5 баллов — колебания ощущаются на улице, выплёскивается жидкость из посуды.
6 баллов — трескается штукатурка и кирпичная кладка, сдвигается и переворачивается мебель, лопаются оконные стёкла.
7 баллов — трудно стоять на ногах, осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка, на поверхности водоёмов появляются волны.
8 баллов — падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники, обламываются ветки деревьев, в грунте образовываются трещины.
9 баллов — лопаются каркасы строений и подземные трубы, образуются серьёзные трещины в грунте и песчаные воронки.
10 баллов — рушится кирпичная кладка и мосты, возникают мощные оползни.
11 баллов — деформация железнодорожных путей, выходят из строя подземные трубопроводы.
12 баллов — полное разрушение зданий, нарушение линии горизонта, взлетают в воздух отдельные предметы.
Как измеряется магнитуда землетрясений?
Магнитуда — условная величина, характеризующая общую энергию колебаний, вызванных землетрясением. Она определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч. Ф. Рихтера, предложившего её в 1935 году). С увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4.
Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5):
|
Магнитуда |
Характеристики |
|
Наиболее слабое землетрясение, которое может быть зарегистрировано с помощью приборов. |
|
|
Колебания ощущаются людьми в районе эпицентра. |
|
|
Вблизи эпицентра могут наблюдаться небольшие повреждения. |
|
|
Наблюдаются умеренные разрушения. |
|
|
Сильные разрушения, разлом в сотни километров. На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9. |
Крупнейшими известными землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6.
Сейсмическая шкала
Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.
Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.
Введение
Причиной землетрясения является быстрое смещение участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли . Само смещение происходит под действием упругих сил в ходе процесса разрядки - уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты и смещения к положению равновесия. Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии , накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.
Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:
- Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
- Архимедовой силы , действующей на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии ;
- Лунно -солнечных приливов;
- Изменяющегося атмосферного давления .
Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения - афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения - форшоки - могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.
Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий.
Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией .
Сейсмические волны и их измерение
Типы сейсмических волн
Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига .
- Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.
- Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны).
Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.
Измерение силы и воздействий землетрясений
Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.
Шкала магнитуд
Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).
Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера . По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.
Шкалы интенсивности
Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)
12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.
| Балл | Сила землетрясения | Краткая характеристика |
|---|---|---|
| 1 | Не ощущается. | Отмечается только сейсмическими приборами. |
| 2 | Очень слабые толчки | Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными. |
| 3 | Слабое | Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика. |
| 4 | Умеренное | Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей. |
| 5 | Довольно сильное | Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери. |
| 6 | Сильное | Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются. |
| 7 | Очень сильное | Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми. |
| 8 | Разрушительное | Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. |
| 9 | Опустошительное | Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся. |
| 10 | Уничтожающее | Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов. |
| 11 | Катастрофа | Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов. |
| 12 | Сильная катастрофа | Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает. |
Происходящее при сильных землетрясениях
Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км . Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты , дороги , дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.
Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.
В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других - земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады . Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой . Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни . Во время землетрясения в Калифорнии в году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.
Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто? ] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.
Измерительные приборы
Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы - сейсмографы . В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие - к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).
Другие виды землетрясений
Вулканические землетрясения
Вулканические землетрясения - разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана . Причина таких землетрясений - лава , вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно - недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.
Техногенные землетрясения
В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность - увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах , а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.
Обвальные землетрясения
Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями . Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.
Землетрясения искусственного характера
Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве . Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.
Наиболее разрушительные землетрясения
- 23 января - Ганьсу и Шеньси, Китай - 830 000 человек погибло
- - Ямайка - Превращен в руины г.Порт-Ройял
- - Калькутта , Индия - 300 000 человек погибло
- - Лиссабон - от 60 000 до 100 000 человек погибло, город полностью разрушен
- - Колабрия, Италия - от 30 000 до 60 000 человек погибло
- - Нью-Мадрид, Миссури , США - город превращен в руины, наводнение на территории в 500 кв.км
- - Санрику, Япония - эпицентр был под морем. Гигантская волна смыла в море 27 000 человек и 10 600 строений
- - Ассам , Индия - На площади в 23 000 кв.км.рельеф изменен до неузнаваемости, вероятно крупнейшее за всю историю человечества землетрясение
- - Сан-Франциско , США 1 500 человек погибло, уничтожено 10 кв.км. города
- - Сицилия , Италия 83 000 человек погибло, превращен в руины г.Мессина
- - Ганьсу , Китай 20 000 человек погибло
- - Великое землетрясение Канто - Токио и Йокогама , Япония (8,3 по Рихтеру) - 143 000 человек погибло, около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров
- - Внутренний Тавр, Турция 32 000 человек погибло
- - Ашхабад , Туркмения , Ашхабадское землетрясение , - 110 000 человек погибло
- - Эквадор 10 000 человек погибло
- - Гималаи разворочена в горах территория площадью 20 000 кв.км.
- - Агадир , Марокко 12 000 - 15 000 человек погибло
- - Чили , около 10 000 погибло, разрушены города Консепсьен, Вальдивия , Пуэрто-Мон
- - Скопье , Югославия около 2 000 погибло, большая часть города превращена в руины
В разных странах принято по-разному оценивать интенсивность землетрясения.
· В России и некоторых других странах принята 12-балльная шкала Медведева - Шпонхойера - Карника .
· В Европе - 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала .
· В США - 12-балльная модифицированная шкала Меркалли .
· В Японии - 7-балльная шкала Японского метеорологического агентства .
- 12-балльная шкала интенсивности землетрясений Медведева - Шпонхойера - Карника (MSK-64) была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».
| Балл. Сила землетрясения | Краткая характеристика |
| I. Не ощущается | Не ощущается. Отмечается только сейсмическими приборами. |
| II. Очень слабые толчки | Отмечается сейсмическими приборами. Ощущается только отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя в верхних этажах зданий, и очень чуткими домашними животными |
| III. Слабое | Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика. |
| IV. Интенсивное | Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен. Внутри здания сотрясение ощущает большинство людей. |
| V. Довольно сильное | Под открытым небом ощущается многими, внутри домов - всеми. Общее сотрясение здания, колебание мебели. Маятники часов останавливаются. Трещины в оконных стёклах и штукатурке. Пробуждение спящих. Ощущается людьми и вне зданий, качаются тонкие ветки деревьев. Хлопают двери. |
| VI. Сильное | Ощущается всеми. Многие в испуге выбегают на улицу. Картины падают со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются. |
| VII. Очень сильное | Повреждения (трещины) в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные и плетневые постройки остаются невредимыми. |
| VIII. Разрушительное | Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Дома сильно повреждаются. Падают фабричные трубы. |
| IX. Опустошительное | Сильное повреждение и разрушение каменных домов. Старые деревянные дома кривятся. |
| X. Уничтожающее | Трещины в почве иногда до метра шириной. Оползни и обвалы со склонов. Разрушение каменных построек. Искривление железнодорожных рельсов. |
| XI. Катастрофа | Широкие трещины в поверхностных слоях земли. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома почти полностью разрушаются. Сильное искривление и выпучивание железнодорожных рельсов, разрушаются мосты. |
| XII. Сильная катастрофа | Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах, отклонение течения рек. Изменяется рельеф. Ни одно сооружение не выдерживает. |
- МЕХАНИЗМ ОЧАГА.
Выяснение причин землетрясений и объяснение их механизма - одна из важнейших задач сейсмологии. Общая картина происходящего представляется следующей.
В очаге происходят разрывы и интенсивные неупругие деформации среды, приводящие к землетрясению. Деформации в самом очаге носят необратимый характер, а в области, внешней к очагу, являются сплошными, упругими и преимущественно обратимыми. Именно в этой области распространяются сейсмические волны. Очаг может либо выходить на поверхность, как при некоторых сильных землетрясениях, либо находиться под ней, как во всех случаях слабых землетрясений.
(Рейда теория)
Ответ: а) Разрыв сплошной горных пород наступает в результате накопления упругих деформаций выше предела, которой может выдержать горная порода. Деформации возникающие при перемещении соседних блоков земной коры.
Б) перемещение блоков не происходит внезапно, они нарастают.
В) движение в момент землетрясения состоит из упругой отдачи-резкого смещения сторон разрыва в положение, в котором отсутствуют упругие деформации.
Г) Сейсмические волны возникают на поверхности разрыва.
Д) Энергия освобожденная во время землетрясений, до землетрясений была энергией упругой деформации горных пород.
- ЧАСТОТА И ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.
- ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ЗОН.
- УПРУГИЕ ДЕФОРМАЦИИ и напряжения
Упругая деформация - деформация, исчезающая после прекращения действий на тело внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму.
Область физики, изучающая упругие деформации, называется теорией упругости.
При упругой деформации её величина не зависит от предыстории и полностью определяется механическими напряжениями, то есть является однозначной функцией от напряжений. Для большинства веществ эту зависимость можно с хорошей точностью считать прямой пропорциональностью. При этом упругая деформация описывается законом Гука. Наибольшее напряжение, при котором закон Гука справедлив, называется пределом пропорциональности.
Некоторые вещества (металлы, каучуки) могут претерпевать значительную упругую деформацию, в то время как у других (керамики, прессованные материалы) даже ничтожная деформация перестаёт быть упругой.
Максимальное механическое напряжение, при котором деформация ещё остаётся упругой, называется пределом текучести. Выше этого предела деформация становится пластической.
Упругие деформации могут изменяться периодически со временем (упругие колебания). Процесс распространения упругих колебаний в среде называют упругими волнами.
Преде́л пропорциона́льности () - 1) Максимальная величина напряжения, при котором ещё выполняется закон Гука, то есть деформация тела прямо пропорциональна приложенной нагрузке (силе). Следует заметить, что во многих материалах нагружение до предела упругости вызывает обратимые (то есть упругие в общем-то) деформации, но непропорциональные напряжениям. Кроме того, эти деформации могут «запаздывать» за ростом нагрузки как при нагружении, так и при разгружении.
2) Напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованный касательной к кривой "нагрузка-удлинение" в точке Pпц и осью нагрузки, увеличивается на 50% от своего первоначального значения на упругом участке.
Зако́н Гу́ка - утверждение, согласно которому деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т. п.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Открыт в 1660 году английским учёным Робертом Гуком .
Следует иметь в виду, что закон Гука выполняется только при малых деформациях. При превышении предела пропорциональностисвязь между напряжениями и деформациями становится нелинейной. Для многих сред закон Гука неприменим даже при малых деформациях.
Шкала Рихтера создана для определения силы колебаний земли. Говоря иначе, линейка помогает установить мощность землетрясений. Система международная. Начинал разрабатывать ее итальянец Меркалли. Кто е такой Рихтер и почему он забрал лавры у предшественника? Будем выяснять.
История шкалы Рихтера
Шкала землетрясения Рихтера принята в 1930-ых. Система Меркалли не просто переименована, а доработана. Итальянец вял за основу 12-бальную . Минимальные толчки – единица.
Сильными признавались землетрясения от 6-ти баллов. Это устраивало не все государства. В России, к примеру, ориентировались на 10-ти, а в Японии на 7-бальный пределы. Между тем, настал век глобализации.
Требовался единый стандарт, дабы данные всех сейсмографов были понятны в любой точке Земли. Тут-то в дело и включился Чарльз Рихтер. Американец предложил использовать десятичный логарифм.
Вычисление амплитуды колебаний прямо пропорционально отклонению иглы на сейсмографе. При этом, Рихтер ввел поправку в соответствии с удаленностью местности от эпицентра землетрясения.
Шкала магнитуд Рихтера была официально принята в 1935-ом. Мир стал ориентироваться не просто на 10 баллов, но и на 10-бальную разницу между соседними отметками линейки.
2-бальное землетрясение в 10 раз сильнее 1-бального. 3-бальные толчки в 10 раз мощнее 2-бальных, и так далее. Но, как определить силу сотрясений? Как понять, что подвижки земной коры именно 3-х, 7-ми, 9-бальные?
Шкала Рихтера – баллы в визуальных и физических проявлениях
Баллы помогают измерить интенсивность поверхностных толчков. Их сила в недрах Земли, где происходит разлом, больше. Часть энергии теряется на пути к твердой коре планеты. Получается, интенсивность тем выше, чем ближе к поверхности очаг. 1 балл не ощутим людьми.
2 балла распознаются лишь на верхних этажах высоток, чувствуются слабые колебания. При 3-х баллах раскачиваются люстры. Ощутимые сотрясения внутри строений, даже невысотных, — это 4 балла.
5-бальные землетрясения засекаются уже не только в домах, но и на улице. При 6-ти баллах могут лопнуть стекла, двигается мебель, посуда. Трудно удержаться на ногах становится во время 7-бального землетрясения. По кирпичным стенам расползаются трещины, разрушаются лестничные пролеты, на дорогах образуются оползни.
При 8-ми баллах здания уже рушатся, а так же, рвутся коммуникации, проложенные под землей. 9-бальные толчки приводят к волнениям в водоемах, могут вызвать, к примеру, цунами. Почва трескается.
Сминается же и ломается она во время 10-бальных землетрясений. 11 баллов … Стоп. Ведь шкала Рихтера оканчивается на десятке. В том-то и дело. Пробелы в познаниях обывателей привели к смешению систем Меркалли и Рихтера.
Поверхностную интенсивность толчков в баллах измеряли по итальянской шкале. Она, как видно, не канула в лету, а неофициально присоединилась к американской. У Меркалли есть и 11, и 12 баллов.
При 11-ти кирпичные здания разрушатся до основания, от дорог тоже остается лишь напоминание. 12 баллов – это катастрофическое землетрясение, меняющее рельеф земли. Трещины в ней достигают вширь 10-15 метров.
Теперь разберемся, о чем же говорят отметки истинной шкалы Рихтера. Она «завязана» на магнитуде, которую не учитывал Меркалли. Магнитуда определяет энергию, выделившуюся при подвижках в земных недрах. Рассматриваются не внешние проявления землетрясения, а его внутренняя суть.
Шкала Рихтера — таблица магнитуд
Если определить баллы можно, наблюдая за изменениями на поверхности планеты, то магнитуду вычисляют только по показаниям сейсмографов. В расчетах за основу берется тип волн некоего типичного, усредненного землетрясения.
Показатель ставится в логарифм с максимальными амплитудами конкретных сотрясений. Магнитуда пропорциональна этому логарифму.
Сила выбрасываемой при землетрясении энергии зависит от размеров его очага, то есть длины и ширины разлома в породах. Типичные толчки по Рихтеру могут измеряться не только целыми, но и дробными числами.
Так, магнитуда 4,5 приводит к незначительным разрушениям. Параметры разлома – лишь несколько метров по вертикали и в длину. Очаг в несколько километров, как правило, дает землетрясения с магнитудой 6.
Разлом в сотни километров – магнитуда 8,5. В шкале Рихтера есть и 10-ка. Но, это, так сказать, нереальный предел. На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9-ти. Видимо, и не произойдет.
Для 10-ой магнитуды нужна глубина разлома более 100 километров. Но, на такой глубине земля уже не твердая, вещество превращается в жидкость – мантию планеты. Протяженность очага, тянущего на десятку, должна превысить 1000 километров. Но, подобные разломы ученым не известны.
Не встречаются, точнее, не фиксируются приборами и землетрясения с магнитудой 1. Самые слабые толчки, ощущаемые и сейсмографами, и людьми – 2 балла. Да, показатели магнитуды иногда тоже именуют баллами. Но, правильнее, произносить лишь цифру, дабы не произошло путаницы со шкалой Меркалли.
Существует примерное соотношение бальности землетрясения с его магнитудой. При этом, важно учитывать глубину залегания очага толчков. Проще всего соотнести показатели, глядя на таблицу.
| Километры | Магнитуда |
|||
| 5 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 10 | 7 | 8-9 | 10 | 11-12 |
| 20 | 6 | 7-8 | 9 | 10-11 |
| 40 | 5 | 6-7 | 8 | 9-10 |
Из видно, что одна и та же магнитуда может привести к разным разрушениям в зависимости от глубины залегания очага. Есть и другие основания судить, каким будет землетрясение в баллах ? Баллы по шкале Рихтера зависят еще и от сейсмоустойчивости зданий в районе подземных толчков, характера почвы.
В добротных строениях сила землетрясения воспринимается иначе, нежели в домах, возведенных без учета возможных подвижек земной коры. Чарльз Рихтер говорил об этом еще в 1930-ых.
Ученый не просто создал международную шкалу, но и всю жизнь боролся за разумное строительство, с учетом всех рисков конкретной местности. Именно благодаря Рихтеру многие страны ужесточили нормы возведения зданий.
— классификация землетрясений по магнитудам, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкала была предложена в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером (1900‑1985), теоретически обоснована совместно с американским сейсмологом Бено Гутенбергом в 1941‑1945 годах, получила повсеместное распространение во всем мире.
Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении . Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.
В шкале использован логарифмический масштаб , так что каждое целое значение в масштабе указывает на землетрясение, в десять раз большее по мощности, чем предыдущее.
Землетрясение с магнитудой 6,0 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. Магнитуда землетрясения и его полная энергия — не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.
Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения, измеренных сейсмографом, и некоторого стандартного землетрясения.
Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.
Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:
2,0 — самые слабые ощущаемые толчки;
4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6,0 — умеренные разрушения;
8,5 — самые сильные из известных землетрясений.
Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.
При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.
Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2‑3 балла.
Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.
Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам . В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.
Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения , легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем "как лошадь трется о столб веранды", в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — "начинают звонить колокола", в Японии фигурирует "опрокинутый каменный фонарик".
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
