Землетрясение происходит, когда напряжение, накопившееся в земной коре или верхней мантии, превышает прочность пород. Блоки резко сдвигаются по разлому, а высвобождённая энергия расходится в виде сейсмических волн. Чаще всего напряжение создаёт движение литосферных плит, поэтому сильные землетрясения сосредоточены у их границ.
Почему плиты не скользят плавно
Плиты перемещаются на сантиметры в год, но их границы неровные. Шероховатые поверхности цепляются друг за друга, и участок разлома некоторое время остаётся запертым. При этом окружающие породы медленно деформируются, словно упругая линейка. Напряжение растёт годами, десятилетиями или столетиями.
Когда сцепление уже не выдерживает, начинается быстрый разрыв. Он распространяется по части разлома, а блоки за секунды сдвигаются на сантиметры или метры. После этого породы занимают новое положение. Так работает упругий отскок. Само движение плит разобрано в статье о том, почему перемещается литосфера.
Не каждый разлом вызывает заметное событие. Некоторые участки ползут почти непрерывно, другие создают множество слабых толчков, третьи способны накапливать энергию для редких сильных землетрясений. Поведение зависит от температуры, давления, состава пород, воды и формы разлома.
Где находится очаг
Точка, откуда начинается разрушение в глубине, называется гипоцентром, или очагом. Эпицентр – это точка на поверхности прямо над ним. Эпицентр удобен для карты, но землетрясение не является точечным взрывом. При сильном событии разрыв может пройти по сотням километров разлома.
Мелкофокусные землетрясения происходят в верхних десятках километров и часто вызывают сильные колебания рядом с разломом. В зонах субдукции очаги прослеживаются намного глубже, потому что холодная погружающаяся плита какое-то время сохраняет хрупкость. События возможны примерно до глубины 700 километров.
Именно наклонная полоса очагов позволила понять, как океаническая плита погружается под другую. Поэтому землетрясения не только представляют опасность, но и помогают исследовать внутреннее строение Земли.
Какие волны доходят до поверхности
Продольные P-волны сжимают и растягивают вещество в направлении движения. Они самые быстрые и первыми приходят к станции. Поперечные S-волны колеблют частицы поперёк пути и не проходят через жидкость. Поверхностные волны распространяются вдоль земной поверхности и часто вызывают наиболее заметное раскачивание зданий.
Разница времени прихода волн позволяет определить расстояние до очага. Данные нескольких станций уточняют координаты и глубину. Характер колебаний показывает, как был ориентирован разлом и в какую сторону двигались блоки.
Сейсмические волны ослабевают с расстоянием, но грунт способен усиливать их. Мягкие водонасыщенные отложения обычно колеблются сильнее скальных пород. Поэтому два района на одинаковом расстоянии от разлома могут пострадать совершенно по-разному.
Магнитуда и интенсивность не одно и то же
Магнитуда характеризует размер события и связанную с ним энергию. Современные сейсмологи для сильных землетрясений чаще используют моментную магнитуду, рассчитанную по площади разрыва, величине смещения и жёсткости пород. Шкала логарифмическая: увеличение на одну единицу означает гораздо большую амплитуду и примерно в 32 раза больше энергии.
Интенсивность описывает последствия в конкретном месте: насколько сильно чувствовались толчки, двигалась мебель, повреждались здания. Для одного землетрясения магнитуда одна, а интенсивность меняется по карте. На неё влияют расстояние, глубина, грунт и качество строительства.
Слабые толчки случаются постоянно и обычно не ощущаются. Сильное событие не обязано быть самым разрушительным, если очаг глубокий, район малонаселён, а здания рассчитаны на нагрузки. И наоборот, умеренное мелкое землетрясение рядом с уязвимым городом может привести к тяжёлым последствиям.
Где землетрясений больше всего
Большинство событий связано с границами плит. В зонах субдукции возможны крупнейшие разрывы, трансформные границы дают боковое смещение, а в рифтах кора растягивается. Поэтому часто трясёт Анды, Японию, Индонезию, Турцию и другие тектонически активные регионы. Отдельный материал объясняет, почему в Андах часто происходят землетрясения.
Внутри плит события тоже бывают. Древние разломы могут повторно активироваться под действием удалённых напряжений. Землетрясения вызывают и вулканические процессы, обрушения, заполнение крупных водохранилищ или закачка жидкости, но глобально тектонические события преобладают.
Можно ли точно предсказать следующий толчок
Сегодня наука умеет оценивать вероятность сильных событий на больших временных интервалах, выделять опасные разломы и быстро предупреждать о уже начавшемся землетрясении. Но надёжно назвать заранее день, место и магнитуду следующего толчка невозможно. Краткосрочные признаки нестабильны и дают много ложных сигналов.
Система раннего предупреждения не предсказывает событие. Она обнаруживает быстрые P-волны и успевает отправить сигнал в районы, куда более разрушительные волны придут через секунды или десятки секунд. Этого иногда достаточно, чтобы остановить поезд, перекрыть газ или укрыться.
Подводный сдвиг дна способен переместить огромный объём воды и вызвать цунами. Но не каждое морское землетрясение создаёт опасную волну: важны вертикальное смещение, глубина и геометрия разрыва.
После главного толчка породы приспосабливаются к новому распределению напряжений, поэтому обычно следуют афтершоки. Большинство слабее основного события, но отдельный сильный афтершок опасен для уже повреждённых зданий. Иногда до крупнейшего разрыва происходят форшоки, однако распознать их заранее невозможно: до главного события они выглядят как обычные землетрясения.
Лучшая защита строится не на обещании точной даты, а на инженерных нормах, оценке грунтов и готовности населения. Сейсмостойкое здание не обязано остаться без единой трещины, но его конструкция должна не допустить внезапного обрушения и дать людям возможность выйти.
Может ли человек остановить землетрясение
Тектоническое напряжение действует на огромные объёмы пород, поэтому безопасно разрядить крупный разлом по команде невозможно. Малые вызванные события иногда связаны с добычей, водохранилищами или закачкой жидкости. Их риск снижают контролем давления, объёма работ и постоянным сейсмическим наблюдением, но этот опыт нельзя превратить в управление природным разломом континентального масштаба.
Пятый шаг маршрута «От земного ядра до будущих материков» показывает быстрый результат медленного движения плит. Землетрясение длится недолго, но энергия для него накапливается в геологической системе годами.
