Землетрясения: найти недостатки в природе

В течение нескольких минут после любого сильного землетрясения ударные волны могут исказить ландшафт, сгладить здания и уничтожить целые кварталы. И каждый раз люди вокруг планеты получают трагическое напоминание: под нашими ногами скрывается мир опасности.

Землетрясения происходят каждый день сотнями, большинство из них слишком слабые или отдаленные, чтобы затронуть многих людей. Но весь этот сейсмический шум скрывает риск катастрофических землетрясений, которые периодически удивляли нас на протяжении всей истории человечества. Быстрый рост населения вдоль линий разломов в настоящее время поднимает ставки выше, чем когда-либо - десятки крупных городов по всему миру находятся возле трещины в земной коре - и даже цунами могут затронуть даже людей, далеких от разлома, как доказало землетрясение в Японии в 2011 году.

Люди, к сожалению, не в силах остановить такие бедствия, и, несмотря на крупные прорывы в сейсмологии за последнее столетие, мы до сих пор не очень хорошо их предсказываем. Но хотя это может показаться безнадежным, тем не менее, есть много упреждающих шагов, которые мы можем предпринять, чтобы хотя бы подготовиться к крупным землетрясениям до того, как они начнутся. Ниже приведен краткий обзор того, что мы знаем о геологических всплесках планеты, и что вы можете сделать, чтобы быть готовыми к этому.

Происхождение землетрясения

Земная кора всегда смещается и кружится, медленное движение, которое частично питается жидкой магмой под нашим слоистым внешним слоем. Кора плавает на вершине этой магмы, разбитой на несколько зубчатых дисков, называемых «тектоническими плитами», которые постоянно толкают и тянут друг друга по всему земному шару. Трение на кромках этих дисков - вот что вызывает землетрясения.

Поскольку большая часть срединно-океанического хребта имеет глубину более 2000 метров, большинство его извержений остаются незамеченными. (Фото: NOAA)

Тектонические плиты тянутся друг от друга по гигантскому шраму, называемому глобальным срединно-океаническим хребтом, который зигзагами поверхности Земли похож на шов на бейсболе (см. Карту USGS ниже). Здесь магма поднимается, охлаждается и затвердевает, когда две плиты вспениваются в противоположных направлениях, образуя новую кору, которая может стать сушей через несколько миллионов лет на конвейерной ленте.

Между тем, когда в океане рождается новая кора, более старая кора выталкивается под землю, где сталкиваются тектонические плиты, что является потенциально насильственным процессом, который создает горы, вулканы и землетрясения. Сейсмические толчки могут быть устранены путем схождения пластин несколькими различными способами, в зависимости от того, как их скалистые края разрушаются и взаимодействуют. Это три основных типа землетрясений:

Нормальная ошибка: многие землетрясения происходят, когда два участка местности скользят вертикально друг над другом вдоль наклонной трещины. Если горная масса над этим типом наклонного разлома сползает вниз, это называется «нормальным разломом» (см. Анимацию справа). Это вызвано напряжением, поскольку тектоническая плита вытянута наружу от разлома, и это приводит к общему расширению окружающего ландшафта.

Обратная ошибка: также называемая «разрывной трещиной», этот тип вскрытия происходит, когда горная масса над наклонной трещиной толкается вверх снизу, толкая ее дальше на вершине другого блока земли. Как нормальные, так и обратные разломы демонстрируют то, что геологи называют движением с проскальзыванием, но в отличие от обычных разломов, обратные разломы вызваны сжатием, а не растяжением, что приводит к уплотнению местности.

Удар пробуксовки: когда две стороны вертикального разлома скользят мимо друг друга по горизонтали, это называется «пробуксовкой». Эти землетрясения вызваны усилиями сдвига, возникающими, когда неровные края коренной породы соскребают друг друга, зацепляются за зазубренный край и затем снова встают на место. Ошибка Сан-Андреас в Калифорнии - это система проскальзывания, как и ошибка, вызвавшая недавнее землетрясение и толчки на Гаити.

Сейсмические волны

Сейсмограф в миссии Сан-Хуан-Баутиста, которая находится рядом с разломом Сан-Андреас в Калифорнии. (Фото: Рэй Букнайт / Flickr)

Каменные стены вдоль разлома проводят большую часть своего времени взаперти, по-видимому, неподвижно, но они могут спокойно создавать огромное давление в течение сотен или тысяч лет, а затем внезапно проскальзывать и выпустить все сразу. Сила землетрясения состоит из двух основных типов волн - объемных волн и поверхностных волн, которые происходят серией из трех все более разрушительных взрывов.

Волны тела, которые проходят через внутреннее пространство Земли, попадают первыми. Самые быстрые из них известны как первичные волны, или P-волны, и поскольку они рассеяны так широко и толкают частицы породы впереди или позади них, они обычно наименее разрушительны. За P-волнами немедленно следуют вторичные объемные волны, или S-волны, которые также проходят через всю планету, но медленнее и смещают горные частицы в стороны, что делает их более разрушительными. Для кого-то, стоящего на земле, обе волны P и S ощущаются как внезапный толчок.

После объемных волн перед финальным ударом землетрясения может произойти короткое затишье. Поверхностные волны проходят только через верхний слой коры, проходя горизонтально, как рябь в воде. Свидетели часто описывают землю как «катящуюся» во время землетрясений, и эти медленные поверхностные волны высокой амплитуды обычно являются наиболее разрушительной частью землетрясения. Их быстрое колебание вперед-назад - вот что наносит значительный ущерб конструкции зданий и мостов. (Поверхностные волны далее подразделяются на волны Любви и волны Рэлея, причем последние являются наиболее опасными.)

Землетрясение

Более 80 процентов города Сан-Франциско было разрушено в результате землетрясения 1906 года. (Фото: Арнольд Гент - Библиотека Конгресса / Wikimedia Commons)

Опасности, с которыми мы сталкиваемся от землетрясений, почти полностью связаны с построенной инфраструктурой вокруг нас. Помимо падающих деревьев и камней обрушение домов, школ, магазинов и офисных зданий является причиной смерти № 1 во время типичного землетрясения. Дороги и мосты также могут разрушаться из-за землетрясения и смещения - проблема, которая возникла во всем Сан-Франциско во время землетрясения в 1989 году. Известно, что сейсмические волны переворачивают автомобили и сходят с рельсов поезда, а также разбивают транспортные средства под туннелями и мостами или выводят их из-под контроля.

Наводнения являются еще одним потенциальным побочным продуктом землетрясений, поскольку подземные толчки иногда разрушают плотины или извилистые реки, а пожары могут быть зажжены за счет разрыва газовых линий или свергнутых фонарей, свечей и факелов. Во время печально известного землетрясения 1906 года в Сан-Франциско возникшие пожары (на фото выше) нанесли больше урона и унесли больше жизней, чем само землетрясение.

Подземные толчки также ослабляют почву и могут вызывать оползни - опасность, которая выше у гор, в дождливое время года и там, где деревьев мало (например, на Гаити, где широкое обезлесение увеличило риск оползней). Однако даже без крутых холмов или дождя землетрясения могут временно превратить почву в вещество, похожее на зыбучие пески, смешивая ее с грунтовыми водами ниже. Этот процесс, известный как «разжижение», производит грязную грязь, которая погружает людей и здания в землю до тех пор, пока уровень грунтовых вод не опустится, и грязь снова не затвердеет.

Последствия цунами в Индонезии в 2004 году. (Фото: Фото RNW.org/flickr)

Но, возможно, самый разрушительный способ, которым землетрясения используют воду для зла, - это создание цунами - гигантских волн, которые могут возвышаться на высоту более 100 футов и врезаться в пляжи в тысячах миль от самого землетрясения. Когда земля поднимается вверх по дну океана, она вытесняет огромное количество воды, и ничто не может ее остановить, кроме ближайшей береговой линии. Это произошло в 2004 году, когда в марте 2011 года землетрясение вблизи Суматры обрушилось на Юго-Восточную Азию с цунами, и снова на северо-восточном побережье Японии. Это также происходило на протяжении всей истории почти во всех странах, граничащих с Тихим океаном.

Города и линии разломов

Тихоокеанское кольцо печально известно из-за землетрясений, названное «Огненным кольцом» за сейсмический грохот, который часто посещает такие места, как Аляска, Калифорния, Гавайи, Новая Зеландия, Филиппины, Индонезия и Япония. На западе нагромождение Индийской, Евразийской и Аравийской плит создает еще одну сейсмическую точку, формирующую Гималайские горы и вызывающую частые землетрясения в Пакистане, Иране и южной Европе.

Но хотя может показаться, что Восточное полушарие несоразмерно сильно страдает, ни одно место на Земле не может быть по-настоящему защищено от сейсмических волн. Бедствия, такие как суматранское цунами 2004 года, пакистанское землетрясение 2005 года и землетрясение 2008 года в Сычуани, Китай, были настолько серьезными, что они затронули густонаселенные районы, но долгая сейсмическая история Сан-Франциско и недавние события на Гаити иллюстрируют аналогичные риски на Западе. (См. Карту мира ниже для определения опасности глобальных землетрясений.) Фактически, два самых больших землетрясения в современной истории произошли в Северной и Южной Америке: землетрясение магнитудой 9, 5 баллов в Чили в 1960 году и землетрясение магнитудой 9, 2 баллов в Аляске, Принц Уильям Саунд 4. годы спустя.

Землетрясения и вулканы в Северной и Южной Америке имеют тенденцию цепляться за западную береговую линию, но они могут происходить и дальше на восток. Карибский бассейн - один из примеров, поскольку здесь находятся несколько конкурирующих тектонических плит, которые делают регион сейсмическим минным полем. В дополнение к недавнему землетрясению магнитудой 7, 0 в Гаити и его продолжающимся подземным толчкам - одно из которых силой 6, 1 балла по шкале Рихтера, - были отмечены меньшие наблюдения в северной Венесуэле (магнитудой 5, 5), Гватемале (5, 8) и Каймановых островах (5, 8 ). Геологи говорят, что давление разлома теперь переместилось на запад, что означает, что может произойти еще одно сильное землетрясение на западе Гаити, на юге Кубы или на Ямайке.

В Соединенных Штатах земля под несколькими современными городами в прошлом также страдала от огромных подземных толчков, которые сегодня, вероятно, стерли бы их обширную территорию метро. Среди наиболее заслуживающих внимания зон землетрясений в Соединенных Штатах ученые особенно сосредоточены на следующих пяти:

Сан-Андреас

Разлом Сан-Андреас в Калифорнии считается зоной сильного землетрясения. (Фото: Док Сирлз / Flickr)

Знаменитые шрамы Калифорнии смещаются вдоль серии пробоин, вызванных тем, что Тихоокеанская плита тянется к северу от Северной Америки. Он считается зоной землетрясения с высокой степенью риска, потому что поблизости расположены несколько крупных городов, которые подвергают опасности миллионы жизней, когда они разрушаются. Предыдущие землетрясения в 1906 и 1989 годах разрушили район залива Сан-Франциско, причем последние разрушили большую часть города, нарушив водоразделы и начав пожары. Разлом Сан-Андреас перемещается в среднем на 2 дюйма в год, что означает, что Лос-Анджелес будет соседствовать с Сан-Франциско через 15 миллионов лет. Исследование, опубликованное в 2016 году, обнаружило крупномасштабное движение вблизи разлома. Исследователи говорят, что движение является результатом "сейсмического напряжения", которое в конечном итоге будет выпущено в форме землетрясения, сообщает Los Angeles Times.

Тихоокеанский северо-запад: к северу от Сан-Андреас, группа разломов вокруг Пьюджет-Саунд представляет собой одну из самых опасных землетрясений в Северной Америке. Эта зона, известная как зона субдукции Каскадия, раз в 500 лет вызывает сильное землетрясение "мегатрещина". Последнее произошло в 1700 году, когда тихоокеанский северо-запад был малонаселенным, но с тех пор метрополитены Сиэтла и Ванкувера расцвели, что делает повторное выступление потенциально катастрофическим.

Аляска

Аляскинское землетрясение 1964 года привело к гибели по меньшей мере 139 человек. (Фото: Армия США / Википедия)

Семь из 10 самых сильных землетрясений, которые когда-либо происходили в Соединенных Штатах, были на Аляске, в том числе сильное землетрясение Принс-Уильям, вызвавшее Анкоридж в 1964 году. Аляска является самым сейсмически активным штатом США и одной из самых динамичных горячих точек на Земле, но его суровый климат исторически держал население Земли - и, следовательно, число жертв землетрясения - относительно низким. Тем не менее, Анкоридж сейчас намного больше, чем в 1964 году, и города от Сан-Диего до Токио всегда подвержены риску цунами, вызванного толчками Аляски.

Гавайи: Гавайи не только сейсмически активны, что делает штат подверженным землетрясениям и извержениям вулканов, но и часто получают удары от отдаленных землетрясений. Например, землетрясение магнитудой 8, 1, потрясшее дальневосточную Аляску в 1946 году, отправило цунами на юг в Хило на Большом острове, где оно убило 159 человек и нанесло ущерб имуществу на 26 миллионов долларов. Восемнадцать лет спустя еще одно цунами обрушилось на Гавайи после землетрясения Принца Уильяма в 64-м году.

Новый Мадрид: сильнейшее известное землетрясение на востоке Соединенных Штатов произошло около 200 лет назад в нижнем бассейне реки Миссисипи, вызвав хаос в Теннесси, Кентукки, Иллинойсе, Миссури и Арканзасе. На самом деле это был «рой» подземных толчков: жители близлежащего Нового Мадрида, штат Миссури, пережили примерно 200 «умеренных и больших» землетрясений зимой 1811-12 гг., Пять из них были выше магнитуды 8. новое озеро было сформировано, и река Миссисипи кратко текла назад от внезапного смещения земли. Только одна смерть связана с землетрясениями, так как в то время этот район был еще слишком малонаселенным, но если бы в Новом Мадриде сегодня произошло подобное событие, то в таких местах, как Сент-Луис (на фото выше) и Мемфисе, штат Теннесси., может быть опустошен.

Землетрясение безопасности

Поскольку здания вызывают некоторые из самых серьезных проблем во время землетрясений, они - разумное место, чтобы сначала искать решения. Сейсмостойкое строительство проделало большой путь в прошлом столетии, впервые в таких местах, подверженных землетрясениям, как Япония и Калифорния, чтобы позволить структурам плыть по течению, а не стоять на месте. Включая более гибкие соединения и больше пространства для влияния, инженеры могут создавать здания, которые пропускают энергию землетрясения через них, нанося гораздо меньше урона, чем при ощущении его полной силы.

Многие здания в Порт-о-Пренсе были уже несостоятельны до землетрясения 2010 года в Гаити. (Фото: Колин Кроули / Flickr)

Однако в бедных странах, таких как Гаити, такие сейсмостойкие сооружения редко осуществимы, и многие здания в Порт-о-Пренсе уже были структурно повреждены еще до землетрясения 2010 года. Даже в богатых странах немногие дома, магазины или офисы рассчитаны на то, чтобы выдержать сильное землетрясение, оставляя знания, подготовку и быстрое мышление в качестве лучших надежд большинства людей на выживание.

Идеальное место, где можно находиться во время землетрясения, - это открытое пространство, поэтому, если вы попадаете на улицу, оставайтесь там. FEMA также предлагает оставаться на месте сначала в помещении, поскольку исследования показывают, что большинство травм в результате землетрясения происходит, когда люди в зданиях пытаются переместиться в другую комнату или выбежать на улицу. Оставайтесь в постели, если вы там, или ложитесь на пол и защищайте свою голову; это может также помочь спрятаться под крепким столом или другим объектом, который может защитить вас в случае обрушения крыши. Часто рекомендуется присесть возле внутренних, несущих стен и внутренних дверных коробок, но держитесь подальше от стеклянных окон и наружных стен.

Начальные толчки часто являются форшоками, которые предшествуют последующему более сильному землетрясению, или могут быть волнами P, предвещающими более разрушительные S-волны и поверхностные волны. В любом случае, разумно выйти на улицу, как только затрясется затишье. Оказавшись снаружи, отойдите подальше от зданий и всего, что может упасть, и подождите, пока подземные толчки не прекратятся. Также помните об афтершоках, которые могут произойти через несколько минут, часов или дней после основного землетрясения. Дополнительные советы и сценарии см. В этих руководствах FEMA о том, что делать до землетрясения, во время землетрясения и после землетрясения.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ