Землетрясения - одно из самых разрушительных стихийных бедствий на нашей планете. Они возникают не в любом месте, а лишь в определенных зонах - сейсмических поясах. Что представляют собой эти пояса, как они образуются и размещаются на карте мира? Причина землетрясений кроется в движении литосферных плит. Наше внимание мы сосредоточим на главных сейсмических поясах, определяющих "лицо" всей Земли.
Тихоокеанский пояс - самый молодой и сейсмоопасный
Тихоокеанский сейсмический пояс является самым молодым и одним из наиболее опасных в мире. Он расположен в Тихом океане, полностью его обрамляя, и имеет протяженность более 40 000 км. В его состав входят свыше 100 морей и 34 вулканических острова.
На долю Тихоокеанского пояса приходится около 80% всех землетрясений и извержений вулканов на Земле. Именно поэтому его часто называют «Тихоокеанским огненным кольцом». Здесь наблюдается наиболее активная вулканическая и сейсмическая деятельность, что объясняется движением литосферных плит и процессами субдукции в этом регионе.
Согласно научным данным, Тихоокеанский пояс сформировался в мезозойскую эру и является относительно «молодым» в геологическом масштабе времени. Тем не менее, он уже успел «заявить о себе» многочисленными разрушительными землетрясениями и извержениями вулканов, в том числе знаменитым извержением Кракатау в 1883 году.
Альпийско-Гималайский пояс - второй по значимости
Альпийско-Гималайский сейсмический пояс является вторым по значимости и масштабу после Тихоокеанского. Он пересекает всю Африку, Европу и Азию от Средиземного моря до Индонезии и охватывает горные территории более 30 стран мира, включая Россию, Индию, Китай, Францию, Турцию, Армению, Румынию и др.
Формирование Альпийско-Гималайского пояса тесно связано с процессами континентального скольжения и столкновения литосферных плит Африки, Аравии, Индостана и Евразии. Эти глобальные геологические процессы привели к образованию мощных складчатых сооружений - Гималаев, Кавказа, Альп и других горных систем региона.
По периметру Альпийско-Гималайского пояса регулярно происходят мощные землетрясения, вызванные подвижками земной коры в зонах разломов и активным вулканизмом. Особенно сильная сейсмичность наблюдается на стыках литосферных плит - например, в районе Гималаев, где Индостанская плита врезается в Евразийскую со скоростью около 5 см в год.
Из истории известно о масштабных разрушительных землетрясениях в пределах Альпийско-Гималайского пояса. Так, в 1556 году в Китае в результате сильнейшего толчка погибло свыше 800 тысяч человек, а в 1737 году в Индии жертвами подземных толчков стало около 300 тысяч человек.
Характер распространения сейсмических волн в зависимости от свойств пород
Характер распространения сейсмических волн в первую очередь зависит от упругих свойств и плотности горных пород. При землетрясениях образуются три основных типа сейсмических волн:
- Продольные волны (П-волны) - распространяются в жидких, твердых и газообразных средах, вызывая сжатия и разрежения. Они наносят наименьшие разрушения.
- Поперечные волны (S-волны) - распространяются только в твердых и газообразных средах, вызывая колебания перпендикулярные направлению распространения волны. Могут приводить к более сильным разрушениям.
- Поверхностные волны - возникают и распространяются только по поверхности раздела сред. Являются наиболее разрушительным типом сейсмических волн.
Скорость распространения сейсмических волн зависит от плотности и упругих свойств горных пород. Например, P-волны в гранитах распространяются со скоростью 5-6 км/с, а в базальтах и габбро - со скоростью 7 км/с. Более плотные и жесткие породы обеспечивают бóльшую скорость сейсмических волн.
При прохождении сейсмических волн через границу раздела сред с разными свойствами, происходят такие эффекты как отражение, преломление, поглощение и рассеяние волн. Это приводит к изменению скорости, направления и амплитуды сейсмических волн.
Например, на границе «земная кора - мантия» сейсмические волны испытывают резкое замедление и частично отражаются, так как скорость сейсмических волн в мантии существенно выше. А на границе мантии и внешнего ядра скорость P-волн, наоборот, резко возрастает.
Такие эффекты на границах сред широко используются в сейсморазведке для изучения внутреннего строения Земли и поисков полезных ископаемых. Например, по характеру отраженных сейсмических волн определяют глубину залегания и конфигурацию геологических границ в земной коре.
Второстепенные сейсмические пояса мира
Помимо двух основных (Тихоокеанского и Альпийско-Гималайского) выделяют несколько второстепенных сейсмических поясов, на долю которых приходится около 5% мировой сейсмичности.
К второстепенным сейсмическим поясам относятся Срединно-Атлантический, Индийский срединно-океанический и Антарктический. Кроме того, повышенная сейсмическая активность наблюдается в Средиземноморском регионе, Малайзии и Индонезии, на северо-востоке России, в районе озера Байкал, на Аляске и западном побережье США.
Формирование этих второстепенных сейсмических поясов, как правило, связано с активными разломами и движением отдельных малых литосферных плит. Например, Срединно-Атлантический пояс образовался в процессе спрединга океанического дна в зоне раздела Северо-Американской и Евразийско-Африканской плит.
Хотя средний уровень сейсмичности в этих поясах невысок, здесь периодически случаются сильные и разрушительные землетрясения. К примеру, в Средиземноморском регионе в 365 году произошло катастрофическое землетрясение, полностью разрушившее город Александрия, а в 1908 году - Мессинское землетрясение на юге Италии, унесшее более 100 тысяч жизней.
Особняком стоят Арктические и Антарктические сейсмические пояса, где возникновение очагов землетрясений связано, главным образом, с опусканием и горообразованием на шельфе и побережье полярных районов в условиях оледенения. Поскольку эти территории почти не обитаемы, арктические и антарктические землетрясения практически не представляют опасности, но важны для изучения новейших тектонических процессов полярных областей Земли.
Распределение основных сейсмических поясов на карте
На карте мира четко видно распределение основных сейсмических поясов, в пределах которых сосредоточена подавляющая часть очагов землетрясений на нашей планете.
Тихоокеанский сейсмический пояс окаймляет всю акваторию Тихого океана, образуя гигантское огненное кольцо, проходящее вдоль побережий Азии, Северной и Южной Америки, Австралии и островных дуг. Этот пояс характеризуется наиболее высоким уровнем сейсмичности на Земле.
В пределах Тихоокеанского пояса расположены глубочайшие желоба (Марианский, Тонга, Кермадек и др.), где Тихоокеанская плита погружается под окружающие континентальные массивы, что и обусловливает интенсивную сейсмическую и вулканическую активность.
Альпийско-Гималайский сейсмический пояс, пересекая Южную Европу, Средний Восток, Гималаи и Юго-Восточную Азию, соединяет Атлантический и Тихий океаны. Здесь сталкиваются Индийская и Евразийская плиты, что вызывает активный горообразовательный процесс и сильнейшие землетрясения в Гималаях, на Кавказе, в Иране и Турции.
Сейсмические пояса России
Территория России расположена в пределах двух основных сейсмических поясов планеты – Альпийско-Гималайского и Тихоокеанского. Кроме того, имеется ряд региональных сейсмически активных зон. К Альпийско-Гималайскому поясу относится сейсмически активный Кавказ, где происходит конвергенция Аравийской и Евразийской литосферных плит. Сильные землетрясения наблюдаются также на Тянь-Шане, Памире, в Крымско-Черноморском регионе.
К Тихоокеанскому поясу принадлежат сейсмоопасные территории Камчатки, Курил и Сахалина. Здесь Тихоокеанская плита погружается под Евразийскую, что и обуславливает высокую сейсмичность региона с магнитудами землетрясений до 9 баллов.
К областям региональной сейсмичности относятся Байкальская рифтовая зона, где происходит растяжение земной коры и ее разрывы. Очаги землетрясений возникают также на северо-востоке России, Алтае, в районе озера Иссык-Куль.
Прогнозирование землетрясений по сейсмическим поясам
Прогнозирование землетрясений, оценка вероятности их возникновения и силы является крайне сложной научной задачей. Однако анализ распределения сейсмических поясов и накопленных данных о предыдущих землетрясениях позволяет получить важную статистическую информацию.
Известно, что наиболее вероятными областями землетрясений являются сейсмоактивные разломы в пределах основных сейсмических поясов планеты. Прежде всего - это зоны субдукции у берегов Тихого и Индийского океанов, а также горные системы Альпийско-Гималайского пояса.
Чем выше в историческом прошлом была сейсмичность некоторого участка сейсмического пояса, тем более вероятно возникновение там нового разрушительного землетрясения. Ученые анализируют хронологию прошлых землетрясений, оценивают «сейсмические циклы».
Косвенными предвестниками землетрясения могут служить аномальные изменения некоторых геофизических полей в сейсмически опасных зонах - повышение температуры подземных вод, выделение радона, электромагнитные явления.
Однако точно предсказать время, место и силу готовящегося подземного толчка наука пока не в состоянии. Современные методы позволяют осуществлять лишь долгосрочный прогноз возможных землетрясений в пределах известных сейсмических поясов.
Меры по снижению рисков от землетрясений
Чтобы снизить риски от землетрясений в сейсмически опасных регионах, необходим комплексный подход. Основные меры включают:
- Строительство зданий и сооружений с учетом сейсмостойкости. Использование специальных конструкций, армирования, фундаментов.
- Развитие систем раннего оповещения о землетрясениях. Установка датчиков, мониторинг сейсмической активности, оповещение населения.
- Подготовка планов эвакуации и ликвидации последствий землетрясений. Обучение населения правилам поведения.
- Страхование имущества и инфраструктуры. Создание фондов для оперативного восстановления.
Кроме того, важно проводить научные исследования сейсмических поясов и изучать опыт других стран по обеспечению сейсмобезопасности. Только комплекс мер позволит максимально снизить риски для населения и экономики при землетрясениях в сейсмически активных зонах «сейсмические пояса земли».
Исторические землетрясения в сейсмических поясах
Наиболее разрушительные землетрясения в истории человечества происходили в главных сейсмических поясах Земли. Эти природные катастрофы уносили сотни тысяч жизней и приводили к колоссальным разрушениям.
Одно из самых мощных землетрясений в ХХ веке произошло в 1960 году в Чили. Его магнитуда составила 9,5 баллов. Толчки ощущались на огромной территории Тихоокеанского пояса. Погибли свыше 5 тысяч человек. Цунами на высоту 10 метров практически стер с лица земли несколько городов.
Разрушительнейшее землетрясение с магнитудой 9,1 балла произошло в 2004 году у побережья Индонезии, вызвав гигантское цунами. Жертвами стали более 220 тысяч человек в странах Индийского и Тихого океанов. Это крупнейшая природная катастрофа XXI века.
В Альпийско-Гималайском поясе также случались опустошительные землетрясения. Например, в 1988 году в Армении погибли десятки тысяч людей. А землетрясение в провинции Сычуань в Китае в 2008 году унесло жизни около 90 тысяч человек.
Связь вулканизма и сейсмических поясов
Существует тесная связь между вулканизмом и сейсмической активностью, так как причины этих явлений общие. Большинство действующих вулканов располагается в пределах сейсмических поясов, где происходит взаимодействие литосферных плит.
Наиболее ярко это проявляется в Тихоокеанском огненном кольце - здесь сосредоточено около 80% всех активных вулканов Земли. Многие из них имеют взрывной характер извержения и представляют большую опасность. Крупнейшим вулканом этого региона является Мауна-Лоа на Гавайях.
В пределах Альпийско-Гималайского пояса также находится множество вулканов - Везувий и Этна в Италии, вулканы Исландии, Камчатки, Курил и Японии. Извержения некоторых из них внесли огромный вклад в формирование рельефа прилегающих территорий.
Океанические и континентальные землетрясения
По характеру очага все землетрясения делятся на океанические и континентальные. Это важное разделение, поскольку механизм возникновения землетрясений в океане и в материковой земной коре различается.
Океанические землетрясения происходят непосредственно в океане, в зоне контакта литосферных плит, где одна плита надвигается на другую или погружается под нее «сейсмические пояса земли образуются». Их очаги располагаются на небольших глубинах до 700 км.
Континентальные землетрясения возникают в толще материковой земной коры, преимущественно на глубинах от 5 до 30 км. Причиной являются деформации в земной коре, возникающие из-за движения литосферных плит.
По магнитуде наиболее сильные землетрясения происходят именно в океане, поскольку здесь в зоне контакта литосферных плит возникают максимальные напряжения. Крупнейшее зафиксированное землетрясение с магнитудой 9,5 произошло в 1960 году у побережья Чили.
Глубина очагов землетрясений в разных поясах
Глубина очага, на которой происходит подвижка горных пород и возникает землетрясение, варьируется в разных сейсмических поясах.
В среднем большинство очагов залегает на глубине от 10 до 50 км. Однако в Тихоокеанском поясе они располагаются глубже - от 100 до 700 км, поскольку здесь происходит погружение океанической плиты под континентальную «сейсмические пояса земли образуются».
В пределах Альпийско-Гималайского пояса средняя глубина очагов составляет 15-20 км. Наименьшая глубина характерна для Средиземноморского региона - около 10 км.
В Атлантическом поясе средняя глубина очагов около 15 км, а в Индийском и Арктическом - 20-25 км. При этом возможны и очень глубокие очаги до 100-150 км.
Знание закономерностей глубин залегания очагов помогает ученым выявить особенности тектонических процессов в недрах Земли для каждого региона. Эти данные учитываются при построении наиболее достоверных моделей сейсмической опасности и создании систем прогноза землетрясений.
Скорость сейсмических волн в горных породах
При землетрясениях возникают упругие колебания - сейсмические волны, которые распространяются от очага во все стороны. Скорость этих волн зависит от свойств горных пород. В среднем продольные волны распространяются со скоростью от 4 до 8 км/с, а поперечные - от 2 до 5 км/с. Наибольшая скорость наблюдается в жестких и плотных породах, наименьшая - в рыхлых осадочных.
В пределах материков земная кора имеет неоднородный слоистый строение. На границах слоев с разными физическими свойствами происходит преломление сейсмических волн «сейсмические пояса земли образуются». Это позволяет определить строение земной коры на глубину до десятков километров.
Изучение скоростей сейсмических волн используется при геологоразведке для поиска полезных ископаемых, исследования строения разломов в сейсмических поясах, а также для определения эпицентра и глубины очага при землетрясениях.
Знание закономерностей распространения сейсмических волн необходимо учитывать при проектировании и строительстве сооружений повышенного уровня ответственности в сейсмоопасных регионах.
Новые методы изучения сейсмических поясов
Современные исследования сейсмических поясов опираются на новые методы, позволяющие получать более детальные данные о строении земной коры и процессах, приводящих к землетрясениям. Один из передовых методов - сейсмическая томография. Она основана на анализе скоростей прохождения различных сейсмических волн сквозь недра Земли. Это дает возможность получить объемную модель строения изучаемого участка земной коры.
Другой метод - мониторинг деформаций земной поверхности при помощи высокоточных GPS-станций и интерферометрии со спутниковых данных. Это позволяет обнаружить накопление напряжений перед крупным землетрясением. Применяется глубинное сейсмическое зондирование с помощью взрывов для изучения глубинного строения разломов «сейсмические пояса земли образуются». Полученные данные уточняют модели сейсмической опасности.
Кроме того, с помощью сверхчувствительных датчиков регистрируются слабые форшоки, предвещающие скорое землетрясение. Их анализ помогает составить краткосрочные прогнозы. Все эти новейшие методы позволяют получать уникальную информацию о процессах, происходящих в недрах Земли в сейсмических поясах. Это открывает новые возможности для прогноза землетрясений и разработки мер по снижению сейсмических рисков.
Заключение
Землетрясения возникают вдоль определенных поясов нашей планеты. Эти сейсмические зоны образуются на стыках литосферных плит, которые движутся относительно друг друга. Существует два основных сейсмических пояса - Тихоокеанский и Альпийско-Гималайский, а также несколько второстепенных.
