Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Землетрясения в Древнем мире, в том числе в Средиземноморье и на Ближнем Востоке, происходили достаточно часто. Поэтому они нашли свое отражение в культурных традициях человеческого общества. Легенды, приписывающие геофизические беспорядки капризам и фантазиям потусторонних существ, весьма распространены в творчестве ранних цивилизаций. Когда общество стало более зрелым, люди начали искать физические объяснения этим явлениям. Древние греки и римляне – например, Аристотель и Плиний Старший – предполагали, что землетрясения являются следствием подземных ветров.

Самые ранние научные исследования землетрясений датируются XVIII веком. В то время произошла целая серия необычных землетрясений: пять сильных землетрясений в Англии в 1750 году и последовавшее в 1755 году Великое лиссабонское землетрясение в Португалии. Первые исследования проводили каталогизацию прошлых землетрясений и пытались понять природу возникновения энергии сейсмических волн, генерировавшихся в это время. Волны, исходящие от источника землетрясения и вызывающие вспучивание земли, находились в центре внимания ученых вплоть до конца XIX века.

После Мино-Овари в 1891 году – одного из сильнейших землетрясений, когда-либо случавшихся на территории Японии, – и землетрясения в Сан-Франциско в 1906 году внимание ученых переключилось на механизмы, которые привели к этим событиям. Используя данные триангуляционных исследований (которые фактически являются предтечей GPS-метода), проведенных до и после землетрясения 1906 года, геофизик Гарри Филдинг Рейд разработал теорию упругого отскока. Этот принцип лег в основу современной науки о землетрясениях. Он описывает, как происходят землетрясения в результате внезапного выброса накопленного напряжения вдоль линии разлома (см. рис. 4.3).

Рис. 4.3. Теория упругого отскока описывает, как происходят землетрясения при разломах из-за движения плит.

До создания революционной теории тектоники плит оставалось еще полвека. Наконец в середине XX века был получен ответ на основополагающий вопрос: что является причиной землетрясений? Теперь мы знаем, что большинство землетрясений вызывает накопившееся напряжение вдоль границ активных плит планеты, где тектонические плиты сходятся или скользят мимо друг друга.

Также были выявлены и другие причины, такие как послеледниковый отскок, при котором кора после отступления больших ледниковых покровов в течение десятков тысяч лет возвращается в свое несжатое состояние. Однако такие процессы вносят лишь крошечную долю энергии, выделяемой во время землетрясений из-за тектоники плит.

Определение масштабов землетрясений

К началу XX века геологи уже знали, что некоторые землетрясения обладают большой мощью, из-за которой возникают видимые разрывы на поверхности Земли. Но так как большинство разломов находится полностью под ней, нужно было создать специальные методы для оценки и сравнения землетрясений.

Самыми первыми стали шкалы интенсивности. Землетрясениям обычно присваивались римские цифры, соответствующие степеням активности в данном месте. Эти шкалы используются и сегодня: точно откалиброванные значения интенсивности, определенные на основе данных о землетрясениях, помогают нам, например, анализировать исторические землетрясения и их последствия для густонаселенных районов земли. После землетрясения в Вирджинии в 2011 году более 140 000 человек выложили свои отчеты на веб-сайте Геологической службы США в разделе «Вы это почувствовали?».

Чтобы измерить непосредственно мощность землетрясения, нужно зарегистрировать и проанализировать сейсмические волны, которые оно возбуждает. Сегодня это делается с помощью сейсмометров, использующих методы цифровой записи, но так было не всегда. Первый компактный прибор, способный достоверно регистрировать небольшие локальные землетрясения, назывался сейсмометром Вуда – Андерсона. Для регистрации тряски земли использовалось устройство, в котором масса, подвешенная на натянутой проволоке, вращалась и при этом направляла свет на светочувствительную пленку. По изображению на пленке можно было оценить амплитуду проходящих сейсмических волн.

В начале 1930-х годов Чарльз Фрэнсис Рихтер разработал первую шкалу для оценки силы землетрясения на основе данных этих сейсмометров. Базой для создания шкалы измерения сейсмичности стал тот же принцип, что и для звездных величин в астрономии, то есть шкала была логарифмической: увеличение на одну единицу магнитуды землетрясения соответствовало 30-кратному повышению энерговыделения. Таким образом, во время землетрясения магнитудой 7 баллов высвобождается почти в 1000 раз больше энергии, чем в землетрясении магнитудой 5 баллов.