Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Магнитуда является относительной величиной, ей не соответствуют никакие физические единицы. Нуль-пункт на своей шкале Рихтер расположил так, чтобы магнитудой 0 (M0) обладало наименьшее землетрясение, которое, по его оценкам, могло быть зарегистрировано поверхностным сейсмометром в обычных условиях. В принципе, землетрясения с отрицательными магнитудами тоже возможны, но вряд ли они будут зарегистрированы. Шкала не имеет верхней границы, но у Рихтера, по-видимому, этот предел был равен M10. Он настроил ее таким образом, чтобы мощные землетрясения, зарегистрированные в Калифорнии и Неваде, имели значение около M7, и предположил, что магнитуда землетрясения 1906 года в Сан-Франциско соответствовала, вероятно, примерно уровню M8. (С тех пор было зарегистрировано еще более крупное землетрясение; оно произошло в Вальдивии в Чили в 1960 году, а его магнитуда составила 9,5 балла.)

Спустя некоторое время были разработаны соотношения, позволившие установить связь между магнитудой и энергией, выделяемой при землетрясении. В 1960-х годах Кейити Аки ввел принципиально новую величину для оценки землетрясений – сейсмический момент. Он дает полную характеристику масштаба землетрясения и является мерой, обычно используемой в научном анализе.

Для преобразования сейсмического момента в эквивалентную магнитуду Рихтера была введена специальная шкала «Моментные магнитуды». Именно эту величину обычно используют СМИ, когда сообщают о землетрясениях. При этом обычно говорят о силе землетрясения по шкале Рихтера, но с фактической точки зрения это не так: магнитуда, вычисленная на основании сейсмического момента, рассчитывается иначе, чем в формулировке Рихтера. Моментные магнитуды, как и в подходе Рихтера, не имеют связи с физическими единицами; они используются для сравнения интенсивности землетрясений.

Тряска, грохот и качка

Для оценки сейсмической опасности в тех местах, где риск от землетрясений особенно высок, исследуется перемещение грунта. Если мы знаем, какие могут произойти сотрясения, то можем заранее спроектировать здания и инфраструктуру таким образом, чтобы противостоять возможной опасности. Величина ущерба, который может нанести землетрясение, в основном зависит от трех факторов: магнитуды землетрясения, затухания энергии при движении волн через кору и того, как может преобразоваться сотрясение в условиях локального геологического строения местности.

Как правило, чем сильнее землетрясение, тем больше дрожь, но не всегда сотрясения почвы зависят только от магнитуды. На них также могут существенно влиять такие факторы, как глубина залегания очага землетрясения, ориентация разлома, достижение или недостижение разломом поверхности и скорость толчков, следующих друг за другом при землетрясении.

Рис. 4.4. Наибольший ущерб во время землетрясения обычно наносит смещение грунта. Чтобы обеспечить необходимую защиту, нужно понять причины этого смещения.

Затухание сейсмических волн в разных регионах происходит по-разному. В таких местах, как Калифорния и Турция, где кора относительно горячая и имеет много трещин, волны быстро рассеиваются и ослабевают. После землетрясения в Сан-Франциско в 1906 году геолог-первопроходец Гров Карл Гилберт писал: «На расстоянии двадцати миль [от разлома] только один дымоход свалился… и далеко не все спящие проснулись». В удаленных от границ активных плит регионах, таких как районы Индии на полуострове Индостан или центральная и восточная части США, волны распространяются гораздо эффективнее. Три главных толчка землетрясения 1811–1812 годов вокруг Нью-Мадрида в современном штате Миссури повредили трубы и разбудили большинство спящих жителей Луисвилля (штат Кентукки) на расстоянии около 400 километров (см. главу 5). Землетрясение магнитудой 5,8 балла, произошедшее в 2011 году в Вирджинии, ощущалось в Висконсине и Миннесоте, находящихся на расстоянии более 1500 километров от эпицентра колебаний.

Локальные геологические структуры, такие как слои мягких отложений, могут усиливать амплитуды сейсмических волн. Например, землетрясение магнитудой 8 баллов, прошедшее вдоль западного побережья Мексики в 1985 году, вызвало резкий резонанс в донных отложениях озера ниже города Мехико. А в Порт-о-Пренс (Гаити) в 2010 году произошло землетрясение, которое имело особенно драматические последствия из-за эффекта усиления, связанного с небольшими топографическими объектами вроде холмов и гряд.

Главной целью изучения движений грунта является определение диапазона и характера реакции на землетрясения, которые могут произойти в различных участках мира. В частности, это позволит картировать потенциальные опасности для городских территорий – провести так называемое сейсмическое микрорайонирование. Тогда можно будет определять возможную степень риска при урбанизации и оценивать опасность при застройке, то есть правильно планировать использование земли и устанавливать соответствующие строительные нормы и правила.