Землетрясение біля берегів Суматры

Землетрясение біля берегів Суматры

А.Д. Зав’ялов, доктор фізико-математичних наук.

Событие

Катастрофическое землетрус у Південно-Східній Азії відбулося неділю 26 грудня 2004 р. в 0 год 58 хв 53 з по Гринвичскому часу (7 год 58 хв 53 з з місцевого), саме у розпал різдвяного курортного сезону. Його епіцентр був у Індійському океані в 250 км на захід від північної краю о. Суматра (Індонезія). Осередок землетрусу мав глибину близько тридцяти км і по видимості, розташовувався в земної корі. Розрахункова магнитуда дорівнювала 9. За величиною магнитуды воно зайняло четверте місце серед землетрусів, зареєстрованих за історію інструментальних сейсмічних спостережень, починаючи з 1900 р. (табл.1).

.

Термины й поняття

Несколько слів у тому, що таке землетрус. Землетрус — слово російське, і тому зміст її ясний — трясіння землі. Якщо бути точнішим, то землетрус — це коливання земної поверхні під час проходження хвиль від джерела, який би всередині. По-грецьки землетрус —. Звідси і назва напрями у геофізики — сейсмологія, вивчає землетрусу, їх природу і закономірності поширення.

.

Тектоническая схема північно-східній частини Індійського океану, де показані епіцентр (жовта зірочка) головного поштовху землетрусу 26 грудня 2004 р. та її афтершоки (гуртки) першої доби. Стрілки показують швидкості переміщення плит (мм/год). Ламана лінія позначає зону океанічній конвергенції Індійської і Австралійської плит.

Если акуратно завдати епіцентри всіх зареєстрованих хоча за рік землетрусів карті, то виявиться, що й розподіл за земним кулі цілком закономірне. Переважна більшість відбувається поблизу зон зчленування тектонічних плит, що становлять земну кору — тверду оболонку нашої планети, створюючи звані сейсмічні пояса: Тихоокеанський, Середземноморський, Анатолийский, Памиро-Байкальский, Срединно-Атлантический та інших. Найбільш активний Тихоокеанський. Саме у ньому відбуваються найсильніші землетрусу нашої планети. Тут, одному з периферійних ділянок, у зоні зчленування Індійської, Австралійської, Бірманської і Зондской плит і виникло землетрус 26 грудня 2004 р. Потенційна енергія йому нагромадилася внаслідок руху (скоріш, опору руху) Индо-Австралийской плити в север-северо-восточном напрямі з середньої швидкістю 60—70 мм на рік. У цьому вся місці вона стикається з Бірманської і Зондской плитами, які заважають горизонтальному переміщенню і зовсім змушують її поринати у мантийный шар у зоні Зондского жолоби.

.

Распределение землетрусів планети у 2000;му і 2001 р р. за даними Національного центру інформації землетруси США (NEIC).

По сучасними уявленнями, землетрус — слідство виникнення розриву сплошности гірських порід (гігантської тріщини) чи усунення одного борту про іншого за тим самим існуючому розриву у затінках земних надр. Такий розрив поширюється, чи, кажуть, проростає зі швидкістю кількох кілометрів на секунду, яке борту у своїй випромінюють пружні хвилі, які досягають земної поверхні протягом кількох секунд.

Что ж є причиною землетрусу? Сучасні геологічні, сейсмологические і експериментальні дані свідчать, що землетрусу творяться у результаті раптової розрядки нагромаджених області вогнища майбутнього події механічних напруг (вивільнення пружною потенційної енергії). Виникнення напруг — слідство еволюційного розвитку Землі як планети. Енергія в епіцентрі землетрусу знімається і перерозподіляється у певному навколишньому розрив обсязі порід. Проте його межі, слід сказати, неопределимы й у сильної ступеня залежить від будівлі та напружено-деформованого стану земної кори. Не всякий розрив випромінює пружні хвилі в досліджуваному сейсмологией частотному діапазоні (10−3—102 гц), а лише поширюється зі швидкістю кількох кілометрів на секунду.

При дуже сильних землетрусах які їх розриви інколи досягають поверхні землі. У разі кажуть, що осередок посів поверхню. Довжина розривів за сильних землетрусах сягає кілька сотень кілометрів, відносні усунення його бортів лежить на поверхні (вертикальні чи горизонтальні) — кількох метрів, а деяких виняткових випадках і кілька десятків метрів. Крапка у глибині землі, де почалося рух що викликав землетрус розриву, називається гипоцентром землетрусу, а проекція цієї крапки над поверхню — епіцентром. Але найчастіше осередок як системи розривів розташовується всередині землі, яке становище визначається непрямими методами, за різницею часів приходу у Верховну точки спостереження (принаймні, їх має бути три) різних типів хвиль.

Для кількісної оцінки величини землетрусу пропонувалися різні заходи, а й самим практичною виявилася шкала магнитуд (M), що дозволяє не так важко порівнювати між собою різні землетрусу. Поняття магнитуды було введено в сейсмологічну практику в 1935 р. американським сейсмологом Ч. Ф. Рихтером (1900—1985), який, своєю чергою, запозичив цей термін із астрономії. Вона характеризує величину землетрусу у його осередку (тобто. в глибині землі) і обчислюється виходячи з вимірів амплітуди і періоду сейсмічних коливань на сейсмічних станціях. Найбільш проста для виміру величини сильних землетрусів магнитуда Ms, вычисляемая по поверховим хвилях:

Ms = lg (A/T) + Blg +, (1).

где A, T — амплітуда і період коливань в хвилі, — відстань від станції спостереження до епіцентру землетрусу, B і — константи, залежать від умов розташування станції спостереження.

Применяются магнитуды та інших типів, які обчислюються виходячи з вимірів поздовжніх і поперечних хвиль при глибоких землетрусах, під час використання яка реєструє апаратури з різними амплитудно-частотными характеристиками, за широким спектром чи тривалості коливань.

Поскольку шкала магнитуд логарифмічна, то збільшення магнитуды на одиницю означає десятикратне зростання амплітуди коливань (чи усунення грунту) в сейсмічної (пружною) хвилі. Нульова магнитуда значить відсутність землетрусу. Оскільки нуль — логарифм одиниці, то таке землетрус записується стандартним сейсмографом з відривом 100 км з амплітудою 1 мкм (0.001 мм).

.

Соотношение між магнитудой (М) і енергією (Є) землетрясений.

Шкала магнитуд дає відносну силу землетрусу, але з її малий, що можна почути про фізичних властивості сейсмічного джерела. Тому розраховують також загальну енергію E випромінюваних осередком пружних хвиль. У першому наближенні ми отримуємо.

E = q (A/T)2t, (2).

где t — час проходження хвилі через точку реєстрації, а коефіцієнт q враховує геометричне розбіжність і поглинання енергії по дорозі від вогнища за станцію спостереження. Енергетична характеристика землетрусу у на відміну від магнитудной більш обгрунтована фізично, та її пряме обчислення за записами сейсмічних хвиль (сейсмограммам) важко.

Из зіставлення формул (1) і (2) видно, що ні має існувати лінійного відповідності між магнитудой і енергією землетрусу. Збільшення магнитуды на 2 одиниці відповідає збільшення выделившейся енергії в 1000 раз.

Как уже відзначалося вище, магнитуда і енергія характеризують силу землетрусу у осередку. У той самий час руйнівні ефекти цього стихійного лиха виявляються головним чином землі. Інтенсивність (I) сейсмічних коливань лежить на поверхні історично визначалася шкалою сейсмічної інтенсивності, яка служить задля встановлення ступеня впливу сейсмічних хвиль на земні об'єкти й у оцінки очікуваних параметрів руху грунту при майбутніх землетрусах із заданою інтенсивністю струсів.

В Росії застосовується 12-бальна шкала сейсмічної інтенсивності MSK-64. Коливання інтенсивністю до запланованих 4 балів помічають навіть усіма жителями і призводять до руйнувань. Коливання в 5—6 балів як відчуваються населенням, але призводить до появи окремих тріщин в спорудах; 7-балльное землетрус вже характеризуватися як сильне і призводити до руйнувань. Катастрофічні землетрусу з інтенсивністю струсів в партії 11 та дванадцяти балів практично повністю руйнують спорудження та змінюють рельєф місцевості.

Разрушительные 7-балльные коливання спостерігаються зазвичай при землетрусах з магнитудой від 5.5 і невеличкому віддаленні епіцентру. При найсильніших землетрусах з магнитудами вище 8 вони виявляються навіть у відстанях в 300—500 кілометрів від епіцентру. Чим ближче до осередок землетрусу до, тим більше коштів інтенсивність коливань в эпицентральном районі, але водночас вона швидше убуває з відстанню. Не випадково землетрусу інтенсивністю до 5 балів реєструвалися біля Європи, хоча раніше їх осередки розташовувалися Карпат на глибині понад 100 км. Площа руйнацій (P.S) зростає зі збільшенням магнитуды землетрусу.

Что сталося? Фактичні дані

А нині знову повернемося до землетрусу 26 грудня 2004 р. Струсу, викликані цим землетрусом, відчувалися з силою 8 балів у провінції Банда-Ачех (північна край о. Суматра), 5 балів — у провінції Медан (східне узбережжі о. Суматра) і 2—4 бала — у різних частинах Бангладеш, Індії, Малайзії, Мальдивов, Бірми, Сінгапуру, Шрі-Ланки й Таїланду. За даними Геофізичної служби Російської Академії Наук, розрахункова сила струсів в епіцентрі землетрусу становила 10—11 балів. Выделившаяся енергія становила більш 1018 Дж. Просадки поверхні, і зсуви спостерігалися на о. Суматра, а 28 грудня, тобто. два дні після землетрусу, почав викидатися грязьовий вулкан одному з Андаманських о-вов.

.

Распределение величин зсувів в осередкової області землетрусу (по Чен Джі).

Звездочка — епіцентр основного поштовху, гуртки — афтершоки.

В результаті землетрусу дно океану зазнало різкому зростанню сталася на кілька метрів, зігравши роль своєрідного поршня, що було причиною виникнення потужного цунамі, ареал згубного впливу якого, зазвичай, значно більше, ніж самого землетрусу.

Наибольшее число полеглих від землетруси та цунамі (за даними початку лютого) посідає Індонезію — 228 448 людина. По меншою мірою 30 959 людей загинули в Шрі-Ланці, 10 749 — таки в Індії, 5388 — у Таїланді, 150 — в Сомалі, 82 — на Мальдивах, 68 — у Малайзії, 90 — в Бірмі, 10 — в Танзанії, 3 — на Сейшелах, 2 — в Бангладеш і одну у Кенії.

Надо відзначити, що заодно землетрус цунамі були не виникнути. За даними академіка С. Л. Соловьева (1930—1994), однієї з відомих у Росії дослідників цунамі, при інтенсивності струсів дна океану вже у 8 балів можливість появи цунамі становить 0.98, тобто. явище вважатимуться практично неминучим. Відсутність служби попередження цунамі в Індійському океані зіграло фатальну роль загибелі людей. Якби така служба у регіоні була, те в неї було би за крайнього заходу кілька десятків хвилин, щоб оцінити можливість появи цунамі і розрахувати можливі амплітуди хвиль в різних точках узбережжя, як це було зроблено Тихоокеанской службою попередження цунамі для узбережжя моря.

Первые визначення механізму сил, що діяли осередку що сталося землетрусу, і зрушень блоків земної кори друг щодо друга у ньому, засновані на аналізі записів сейсмічних хвиль, показали таке. Зрушення могли статися з двох площинам, одна (2) у тому числі крутопадающая, майже вертикальна, а інша (1) — положиста (табл. 2). У табл. 2 представлені рішення, зроблені на двох різних наукових центрах. Проте яка їх схожість очевидна. Сьогодні важко сказати, по який із площин насправді відбулася подвижка. І тому потрібно залучення додаткових даних. З іншого боку, те що, що епіцентр землетрусу був у Індійському океані і можливі лежить на поверхні недоступні для прямого вивчення, викликає додаткових труднощів при визначенні фактичної площині розриву.

.

Чен Джі (Chen Ji), співробітник Каліфорнійського технологічного інституту, проаналізував перші 200 з сейсмограмм, записаних різними сейсмічними станціями, і розрахував розподіл величин зрушень у эпицентральной зоні землетрусу. Він встановив, різниця поширювався в північно-західному напрямі, співпадаючому з напрямом Зондского жолоба, зі швидкістю 2 км/с, і «оживив» його за протязі 400 км. У цьому максимальне усунення одного борту розриву про іншого становило 20 м. Становище зони максимальних зсувів Чен Джі пов’язує з наявністю жорсткого включення, що підтверджено виникненням поблизу північної кордону розриву п’яти афтершоков, мали магнитуды понад п’ять. З іншого боку, він зазначає збіг становища жорсткого включення з зоною повороту Зондского жолоба на 30° на північ. Очевидно, для моделювання розриву в епіцентрі землетрусу необхідно використовувати два сегмента з різними простяганням.

За місяць, що минув від дня виникнення землетрусу у районі о. Суматра — Никобарские о-ва — Андаманські о-ва, було налічується близько 500 повторних поштовхів. Найбільш сильний їх стався у того самого дня через 3 год 20 хв у Нікобарських о-вов й мав магнитуду 7.1, тобто. зі своєї енергетиці був в тисячу разів слабше основного поштовху. Послаблення афтершоков залежно від часу, що минув після основного поштовху, має класичний вигляд і відповідає відомому закону Омори, до того ж час на графіці розподілу величин магнитуд повторних поштовхів спостерігається тенденція до зменшення магнитуды. Ці дані дозволяють казати про малу ймовірність повторення такого сильного землетрусу у цьому ж районі. Який Стався за місяць «рій» включав близько ста повторних поштовхів і був переважно з слабших подій з магнитудами від 6.2 до 4.8, енергетика що у тисячі разів слабше головного поштовху. Вони, очевидно, завершують процес руйнації та виділення накопиченої енергії в осередку.

Судя з розподілу афтершоков у просторі за місяць, довжину розриву в осередку головного землетрусу можна оцінити в 1200—1300 км, яке ширину — більш 100 км. Багато це частина або мало? Якщо накласти область що сталися афтершоков на західне узбережжя США, вона майже зовсім покриє штат Каліфорнія. Сумірну довжину мав розрив голосів на осередку найпотужнішої з інструментально зареєстрованих землетрусів нашої планети — Чилійського, що сталося 22 травня 1960 р. мав магнитуду 9.5 (табл.1).

Статистика і прогнози

Вероятно, читача цікавить питання, бо як часто відбуваються землетрусу такий сили? Сейсмологія порівняно молода наука. Їй трохи більше 100 років. Але вона нагромадила вже достатній обсяг даних, щоб зробити деякі статистичні висновки. Вони з усією ясністю взято з табл. 3. Однак у ній наведено даних про повторюваності землетрусів з магнитудой більш 9. Цілком природно, що такі трапляються ще рідше. З 1900 р. подій з такою магнитудой Землі було всього 5.

.

Землетрясение 26 грудня 2004 р. відбулося дуже активному в сейсмічному відношенні районі. Тільки тут із 1900 по 2004 р р. зареєстровано 19 подій з магнитудами більш 7, тобто. загалом — 1 землетрус в 6 років.

Возможно чи виникнення таких землетрусів у майбутньому? Немає особливих підстав думати, що середньорічний темп виділення сейсмічної енергії (табл. 3), що мав місце в XX в., істотно зміниться на більшу чи менший бік. Найімовірніше, через величезних масштабів та інерційності глибинних процесів, що протікають у надрах нашої планети, енергетика сейсмічного процесу залишиться, по крайнього заходу, на рівні.

В середині 1960;х років уже минулого століття С. А. Федотов з урахуванням вивчення сейсмічного режиму Камчатки запропонував концепцію сейсмічного циклу. Було наголошено, що сильні землетрусу з магнитудами більш 7.5 щодо одного й тому самому районі сейсмоактивной зони творяться у середньому через T = 140±60 років. У цьому їх осередкові зони не перекривають одне одного, а послідовно заповнюють всю площа сейсмоактивного регіону, створюючи звані проломи — області, мають підвищену можливість появи сильних землетрусів.

.

Графики залежності числа афтершоков (зліва) та його магнитуды від часу.

(по даним служби термінових повідомлень Геофізичної служби РАН).

Впоследствии сейсмічний цикл встановили і ще слабких землетрусів. М. А. Садовский (1904—1994) отримав емпіричну залежність тривалості такого циклу від величини (магнитуды, чи енергії) землетрусу:

lgT (лет) = 1/3 lgE (Дж) — 3.5.

Если прийняти, що енергія катастрофічного землетрусу біля берегів Індонезії дорівнює Є = 1018 Дж (табл.1), тоді характерне час повторення такого події у у цьому районі становитиме близько 300 років. Уточнити цієї оцінки у конкретній сейсмоактивном регіоні можна, використовуючи результати вивчення палеоземлетрясений і палеоцунами, що значно розширюють базі даних про сильних землетрусах і роблять статистичні прогнози надійнішими.

В Росії близько 25% площі належить до сейсмоопасным зонам, де можливі струсу з інтенсивністю більш 7 балів. На першому місці за рівнем сейсмічної активності тут займають Камчатка, Курильські о-ва і о.Сахалин. По останнім даним довгострокового прогнозу академіка С. А. Федотова, протягом п’яти років із ймовірністю близько сорока% у південній частині Камчатки, від мису Шипунский до мису Лопатка, може відбутися землетрус з магнитудой більш 7.7. На небезпека цього регіону вказують результати спостережень та інших вчених, використовують набір різних сейсмологічних провісників. Залежно від того, наскільки далеко виявиться гіпоцентр землетрусу від г. Петропавловск-Камчатский, інтенсивність сейсмічних струсів з його території може сягнути величини 8—9 балів. Тож у відпущене природою час рухається у першу чергу вжити екстраординарних зусиль до збільшення сейсмобезопасности, сейсмоустойчивости на всі об'єкти міського господарства.

Список литературы

Соболев г. А., Аносов г.І., Аптикаев Ф. Ф. та інших. Сейсмічні небезпеки / Відп. ред. г. А. Соболєв // Природні небезпеки Росії у 6 т. М., 2000. Т.2.

WEB-страница Національного Центру Інформації землетруси Геологічної служби США.

WEB-страница Геофізичної служби РАН.