Смещение массивов вещества в земных недрах при сильных землетрясениях составляет всего несколько сантиметров. Однако при резком перемещении миллиардов тонн породы даже на такое небольшое расстояние выделяется огромная энергия. Часть ее идет на генерацию упругих волн вызывающих на поверхности сейсмические удары, другая на различные физико-химические процессы. Вблизи от места подвижки – очага землетрясения сейсмическое воздействие наиболее велико и земная поверхность деформируется. Если на ней расположены непрочные сооружения они могут быть повреждены или разрушены.
Точку, в которой начинается подвижка в земных недрах, принято называть фокусом или гипоцентром землетрясения. Её проекция на земную поверхность называется эпицентром, а кратчайшее расстояние между гипоцентром и дневной поверхностью принимается за глубину положения очага землетрясения. Область проявления наиболее сильных колебаний именуется эпицентральной зоной. Её размеры определяются глубиной положения очага и энергией землетрясения.
Землетрясения отличаются между собой по объему вовлеченных в движение массивов породы, глубине очага и местонахождению на карте. Чтобы отличать землетрясения друг от друга используются различные косвенные способы измерения их энергии. Это понятно, ведь непосредственно измерить выделившуюся при землетрясении энергию вряд ли когда-нибудь удастся. Поэтому используются полученные по характеристикам зарегистрированных от них сейсмических волн оценки. Широко распространены магнитудные шкалы (слово магнитуда произошло от латинского «magnitudo» т.е. величина). Они основаны на измерении энергии излученных очагом землетрясения сейсмических волн с учётом расстояния до него и типа.
В 1935 году Чарльз Рихтер для сравнения землетрясений по их энергии предложил безразмерную логарифмическую шкалу известную как «Шкала Рихтера». За нулевую точку отсчета в ней принята энергия, необходимая для подъема груза весом десять тонн на высоту в один метр (10000 кг/м).
По шкале Рихтера землетрясения могут иметь магнитуды (обозначается латинской буквой «M») от 1 до 9. Значение магнитуд принято записывать арабскими цифрами. Магнитуда характеризует величину выделенной в очаге землетрясения энергии. Она не зависит от глубины положения его очага или расстояния до сейсмической станции.
Во время землетрясений выделяется колоссальная энергия. Например, энергия землетрясения в Перу 1970 года была равна всему потреблению электроэнергии в США за сутки. Землетрясение с М = 5 выделяет 1019 эрг, с М = 7 – 1022 эрг, а гипотетическое с М = 9 уже 1025 эрг. Иными словами, сейсмическая энергия землетрясения с М = 7 в тысячу раз больше, чем у землетрясения с М = 5, а с М = 9 уже в миллион.
Магнитуда Токийского катастрофического землетрясения 1923 года по шкале Рихтера составила 8.3. Катастрофического Ашхабадского 1948 года 7.3. Чилийского мегалоземлетрясения 1960 года 8.5 (по шкале Канамори 9,5). Сильного Ташкентского 1966 года 5.6. Катастрофического Спитакского 1978 года 7.0. Сильного землетрясения в Грузии 1991 года 7.2. Поскольку энергия и глубина очагов этих землетрясений различались, то и вызванные ими на поверхности сотрясения были разной интенсивности. Отсюда и разница в субъективных определениях – от сильного до катастрофического.
Магнитуда по шкале Рихтера и энергия землетрясений.
Интенсивность воздействия на земную поверхность, обозначается латинской буквой «I», определяется с использованием т.н. макросейсмических шкал. До появления инструментов для записи сейсмических колебаний они применялись для оценки силы проявления землетрясения, но не давали представления о его энергии. Используются они и сейчас, поскольку оказались необходимы для определения необходимой сейсмостойкости инженерных сооружений. Правда, в расчетах уже используются ожидаемые или проявившиеся на земной поверхности ускорения.
В России применяется двенадцати балльная макросейсмическая шкала МSK-64 (см. Приложение). По ней сотрясения поверхности называют неощутимыми при интенсивности до III баллов, ощутимыми, если они превышают III балла, сильными до VII баллов, разрушительными при VII – VIII баллах и катастрофическими начиная с IX и выше.
В странах Европы используется созданная в 1902 году шкала ММ (Меркалли-Канкани) и принятая в 1998 году шкала ЕMS-98. В США используется модифицированный Вудом и Ньюмэном в 1931 году вариант шкалы ММ. В странах Латинской Америки разработанная в 1883 году десятибалльная шкала РФ (Росси-Фореля). В Японии используется собственная семибалльная шкала интенсивностей. В отличие от магнитуды интенсивность колебаний в том или ином месте зависит от глубины очага и расстояния до места возникновения землетрясения.
Чтобы не путать шкалы магнитуд со шкалами интенсивности используются различное их цифровое обозначение. Так безразмерная величина магнитуды записывается арабскими цифрами: 1, 2, 3 и т.д., а интенсивность римскими: I, II, III и т. д. в баллах. Эту разницу не всегда различают в масс-медиа ошибочно сообщающих о землетрясениях «силой 9 и более баллов по шкале Рихтера» или что то или иное сооружение «выдержит землетрясение магнитудой в 7 баллов». Что является полным абсурдом.
По шкале Рихтера максимально возможная магнитуда не может превышать 9, а слово «баллы» не употребляются, поскольку магнитуда это безразмерный параметр. При увеличении магнитуды землетрясения на единицу его энергия возрастает примерно в 32 раза, тогда как амплитуда колебаний земной поверхности с увеличением на единицу в десять раз.
Все шкалы интенсивностей изначально основывались на силе воздействия сейсмических колебаний на легко различимые объекты, такие как здания, грунт, людей и т. д. Во времена, когда они создавались, инструментов для регистрации сейсмических колебаний ещё не было. Поэтому в зависимости от национальной специфики они разные в каждой стране. Например, в Австралии одну из степеней сотрясений сравнивают с тем «как лошадь трется о столб», в Европе схожий сейсмический эффект описывается «когда начинают звонить колокола», а в Японии подобной силы сотрясение сравнивают с «опрокинутым каменным фонариком».
Существует закономерность – чем больше расстояние до очага, тем слабее сейсмические колебания. Примерно так, как мы ощущаем свет от электрической лампы – освещённость всегда больше прямо под ней и, чем дальше мы от нее, тем освещённость слабее при одной и той же мощности источника света.
Так, очаг Ашхабадского землетрясения 1948 года с М = 7,3 располагался на глубине 12—25 км, и вызвал прямо над собой сотрясения в IX – X баллов по шкале МSK-64. Почти равное ему по энергии землетрясение в Грузии 1991 года, но с очагом на глубине 35 км, вызвало сотрясения над ним около VIII баллов.
В 1964 году советским сейсмологом Татьяной Раутиян разработана логарифмическая шкала для измерения энергии землетрясений в джоулях. Это позволило изучать слабейшие землетрясения, энергия которых не могла быть оценена по шкале магнитуд.
Сейсмические колебания земной поверхности могут вызываться и другими причинами: вулканической деятельностью, обрушениями породы в карстах или со склонов гор. Человеческая деятельность добавила к этому списку новый источник. Из-за разработки месторождений полезных ископаемых, сооружения водохранилищ, при проведении инженерных работ или взрывов (обычных – химических и ядерных) происходят техногенные (антропогенные землетрясения). Тем не менее, наиболее опасные для человека подземные удары имеют тектоническую природу.
