Почему происходят землетрясения: движение плит, заклинившие разломы и резкий толчок
Землетрясения происходят из-за внезапного сдвига горной породы по разлому, как правило там, где встречаются две тектонические плиты Земли. Плиты ползут на несколько сантиметров в год, трение запирает их края, и порода гнётся, как растянутая пружина, пока напряжение не окажется сильнее неё; тогда она перескакивает в новое положение и посылает сейсмические волны. Большинство землетрясений случается на границах плит, и менее 10 процентов — внутри плит.
Это руководство проводит через одно землетрясение от начала до конца: медленный нажим, который «заряжает» разлом, момент сдвига, волны, бегущие во все стороны, и шкалы, по которым учёные говорят, насколько оно было сильным. В конце — краткий перечень того, что советуют делать при толчках официальные службы, такие как USGS и Ready.gov. Это общая информация, а не план для вашего дома; в своём регионе следуйте указаниям местной службы по чрезвычайным ситуациям.
Главные идеи
- Землетрясение — это порода, лопнувшая по разлому: плиты движутся на 2–10 см в год, края заклиниваются, напряжение растёт, и разлом срывается, когда оно превосходит прочность породы.
- Большинство землетрясений происходит там, где сходятся плиты (зоны спрединга, трансформные разломы и зоны субдукции); менее 10 процентов — внутри плит.
- Сначала приходят P-волны, потом S-волны; каждая секунда между ними означает примерно 8 км расстояния.
- Каждый целый шаг магнитуды — это примерно в 10 раз большее смещение грунта и примерно в 32 раза больше энергии; самое сильное из зарегистрированных землетрясений имело магнитуду 9,5 и случилось в Чили в 1960 году.
- Землетрясения нельзя предсказать; официальный совет — «упасть, укрыться и держаться», пока толчки не прекратятся.
Короткий ответ: порода гнётся, а потом лопается
Внешняя оболочка Земли — не цельный кусок. Она разбита на плиты, которые плывут по более горячим и мягким породам внизу и движутся на 2–10 сантиметров в год, примерно как растут ногти. Там, где две плиты соприкасаются, трение может удерживать их десятилетиями, а порода по обе стороны медленно изгибается. USGS описывает это так: земная кора сначала может изгибаться, а затем, когда напряжение превысит прочность пород, ломается и «щёлкает», перескакивая в новое положение.
Этот излом и есть сдвиг по разлому, а идея, на которой он построен, называется упругой отдачей: учёные сформулировали её после землетрясения в Сан-Франциско в 1906 году. Согните пластиковую линейку: долго ничего не происходит, потом она ломается и дрожит. Точка под землёй, где начинается сдвиг, — это очаг (гипоцентр), а точка на поверхности прямо над ним — эпицентр. Когда порода ломается, во все стороны через Землю расходятся колебания — сейсмические волны.
Разломы делят по тому, как они движутся. В сбросе породу растягивает, и верхний блок сползает вниз. Во взбросе (надвиге) породу сжимает, и верхний блок поднимается вверх. В сдвиге два блока скользят вбок друг мимо друга. Извержения вулканов и взрывы тоже могут сотрясать землю, но USGS отмечает, что большинство разрушительных землетрясений вызвано сдвигами коры по разломам.
Где случаются землетрясения и почему именно там?
Большинство землетрясений происходит на краях плит, и по тому, где они бывают, учёные проводят границы плит. USGS называет три вида границ. В зонах спрединга, например на Срединно-Атлантическом хребте, расплавленная порода поднимается и раздвигает плиты примерно на 2,5 см в год; землетрясения там неглубокие. На трансформных разломах плиты скользят друг мимо друга, как вдоль разлома Сан-Андреас в Калифорнии длиной около 1 300 км, где Тихоокеанская плита смещается относительно Североамериканской примерно на 5 см в год. В зонах субдукции одна плита уходит под другую.
Зоны субдукции дают самые глубокие и нередко самые сильные землетрясения. У берегов Южной Америки плита Наска погружается под материк вдоль Перуанско-Чилийского жёлоба, и USGS среди последствий называет сильные разрушительные землетрясения и подъём Анд. Когда сталкиваются два материка, как Индия и Азия, ни один не тонет; кора выгибается вверх, так выросли Гималаи.
Не каждое землетрясение связано с границей плит. По данным USGS, менее 10 процентов происходит внутри плит, в древних зонах ослабления. Землетрясения в Нью-Мадриде в 1811–1812 годах в центре США и землетрясение в Чарлстоне в 1886 году случились внутри Североамериканской плиты, далеко от её края.
Как глубоко, как быстро и насколько сильно: волны и магнитуда
Землетрясения делят по глубине. USGS называет неглубокими те, у которых очаг находится от поверхности до примерно 70 км, промежуточными — от 70 до 300 км, а самые глубокие, что бывают и глубже 700 км, — глубокофокусными. Даже они начинаются в тонком слое планеты, центр которой лежит примерно в 6 370 км.
Землетрясение излучает два вида объёмных волн. P-волны сжимают и растягивают породу, идут в коре со скоростью около 6 км/с и приходят первыми. S-волны качают её из стороны в сторону, идут со скоростью около 3,5 км/с и приходят позже. Поверхностные волны приходят последними и чаще всего приносят основной ущерб. Сейсмограф записывает их все, а разрыв между P и S даёт расстояние: примерно по 8 км на каждую секунду. Если S-волна пришла через 10 секунд после P, эпицентр примерно в 80 км; три станции рисуют три окружности, и эпицентр там, где они пересекаются.
Магнитуда показывает, насколько сильным было землетрясение в очаге, а шкала логарифмическая. USGS поясняет, что магнитуда 7 означает смещение грунта в 10 раз больше, чем при магнитуде 6, а каждый целый шаг высвобождает примерно в 32 раза больше энергии (10 в степени 1,5). Поэтому землетрясение магнитудой 7 высвобождает примерно в 1 000 раз больше энергии, чем магнитудой 5. Самое сильное из зарегистрированных землетрясений имело магнитуду 9,5 и случилось у берегов юга Чили 22 мая 1960 года. Интенсивность — это другая мера: шкала Меркалли от I до XII описывает, насколько сильно толчки ощущались и какой ущерб причинили в конкретном месте.
Можно ли предсказать землетрясение и что делать при толчках?
Нет. Учёные знают, какие разломы активны и где в ближайшие десятилетия вероятны сильные землетрясения, но точное время, место и силу следующего не назовёт никто. В некоторых странах работают системы раннего оповещения: они ловят первые P-волны и отправляют сигнал за секунды, а иногда за десятки секунд до прихода более сильных толчков. Ready.gov советует подключиться к оповещениям о землетрясениях там, где они есть.
Официальный совет в США одинаков везде и краток. Опуститесь на руки и колени, прикройте голову и шею одной рукой и ладонью (и заползите под крепкий стол, если он рядом) и держитесь, пока толчки не прекратятся. Если вы в помещении, оставайтесь в нём, не выбегайте на улицу и держитесь подальше от дверных проёмов. В постели перевернитесь лицом вниз и закройте голову и шею подушкой. В машине съезжайте на обочину, остановитесь и поставьте машину на ручной тормоз. На улице уйдите на открытое место подальше от зданий, деревьев, фонарей и линий электропередачи.
Большинство жертв землетрясений гибнет под обрушившимися зданиями, поэтому лучшая подготовка проводится заранее: закрепите тяжёлую мебель и предметы, которые могут упасть, заведите семейный план связи и набор припасов и узнайте, что рекомендуют местные власти. Когда толчки прекратятся, ждите повторных и будьте готовы снова упасть, укрыться и держаться; остерегайтесь повреждённых зданий, утечек газа и воды и оборванных проводов. У моря сильные толчки могут быть и сигналом уходить на возвышенное место.
Как это показывает VJOURNAL SMART BOOK
Глава «Землетрясения» бесплатного SMART BOOK «Всё обо всём», том II, на VITON13 SCHOOL рассказывает ту же историю в пяти коротких эпизодах: головоломка материков Вегенера, плиты, ползущие со скоростью роста ногтей, разлом, который заклинивает и срывается, шкала магнитуды, цунами и здания, которые гнутся. Рядом с текстом — живая 3D-картинка, в которой две стороны разлома дёргаются друг мимо друга, а от него расходятся кольца волн.
Под картинкой песочница: можно задать разрыв между S- и P-волнами и прочитать расстояние или выбрать магнитуду и сравнить её со шкалой. Глава заканчивается тремя фактами и викториной из трёх вопросов, а каждое число взято из источников, перечисленных ниже.
Простыми словами
Медленно согните пластиковую линейку. Какое-то время ничего не происходит, она лишь всё сильнее напрягается. Потом ломается, распрямляется и дрожит. Разлом — это трещина в Земле, которая делает то же самое: плиты продолжают давить, порода продолжает гнуться, а щелчок, бегущий волнами, и есть землетрясение.
Попробуйте сами
Откройте главу «Землетрясения» в SMART BOOK «Всё обо всём», том II, задайте в песочнице разрыв между S- и P-волнами 10 секунд и прочитайте расстояние до эпицентра.
Ожидаемый результат
Около 80 км (примерно по 8 км на каждую секунду разрыва).
Проверьте себя: Сейсмограф записал S-волну через 25 секунд после P-волны. Как далеко примерно эпицентр?
Примерно в 200 км: 25 секунд умножить на примерно 8 км в секунду.
Вопросы и ответы
Что вызывает большинство землетрясений?
Большинство вызвано внезапным сдвигом по разлому, когда напряжение, накопленное медленным движением тектонических плит, становится сильнее, чем может выдержать порода. Порода перескакивает в новое положение и высвобождает энергию в виде сейсмических волн.
Могут ли учёные предсказывать землетрясения?
Нет. Они могут сказать, где вероятны сильные землетрясения в ближайшие десятилетия, но не точное время, место и силу следующего. Системы раннего оповещения дают лишь секунды или десятки секунд после того, как землетрясение уже началось.
Почему в одних местах землетрясений много?
Эти места расположены на границах плит или рядом с ними, например разлом Сан-Андреас в Калифорнии или зона субдукции вдоль побережья Чили и Перу. Менее 10 процентов землетрясений происходит внутри плит.
Чем магнитуда отличается от интенсивности?
Магнитуда измеряет силу землетрясения в очаге по логарифмической шкале. Интенсивность по шкале Меркалли от I до XII описывает, насколько сильно толчки ощущались и какой ущерб причинили в конкретном месте.
Чем очаг отличается от эпицентра?
Очаг — это точка под землёй, где порода сдвигается впервые. Эпицентр — точка на поверхности прямо над ним.
Что делать во время землетрясения?
Опуститесь на руки и колени, прикройте голову и шею и держитесь, пока толчки не прекратятся. Ready.gov советует: в помещении оставаться на месте и избегать дверных проёмов, в машине съехать на обочину и остановиться, на улице отойти от зданий, деревьев и проводов.
Землетрясения происходят потому, что плиты движутся на несколько сантиметров в год, заклиниваются на разломах и потом срываются; каждый шаг магнитуды — примерно в 32 раза больше энергии, а официальный совет при толчках — «упасть, укрыться и держаться». Чтобы самому задать разрыв S и P и увидеть расстояние, откройте бесплатную главу «Землетрясения» в VJOURNAL SMART BOOK.
Источники и дальнейшее чтение
- USGS: Earthquakes, how earthquakes happen (General Interest Publication) ↗Источники проверены:
- USGS: Earthquakes, where earthquakes occur ↗Источники проверены:
- USGS: Earthquakes, measuring earthquakes ↗Источники проверены:
- USGS: This Dynamic Earth, understanding plate motions ↗Источники проверены:
- Ready.gov: Earthquakes (what to do before, during and after) ↗Источники проверены: