Що таке землетрус, чому вони відбуваються і чи можна їх передбачити

Коли відбуваються великі землетруси, новини рясніють словами, які не всім зрозумілі: «магнітуда», «сейсмічна активність», «рої» тощо. Пояснюємо терміни, і розуміємось чи можна передбачити землетруси

Що таке землетрус

Землетрус - це коливання земної поверхні та підземні поштовхи, що відбуваються в результаті руху тектонічних плит.

Чому відбуваються землетруси

Земна кора розбита на кілька великих тектонічних плит, які плавають на напіврідкій мантії під ними. Здебільшого землетруси відбуваються внаслідок руху цих плит. Коли вони рухаються одна на одну, виникає величезний тиск. У якийсь момент плити зісковзують, вивільняючи енергію у вигляді сейсмічних хвиль, які ми сприймаємо як землетрус.

Під час землетрусу рух тектонічних плит може коливатися від кількох міліметрів до метрів. Магнітуда землетрусу визначається величиною усунення, що відбувається вздовж розлому, причому більші землетруси відповідають більшому ковзанню. Однак навіть невеликі переміщення можуть завдати значної шкоди, якщо землетрус відбувається в густонаселеному районі та/або умови ґрунту посилюють сейсмічні хвилі.

Види землетрусів

• Тектонічні землетруси - виникають у результаті руху та взаємодії тектонічних плит. Вони є найпоширенішим типом землетрусів і можуть статися у будь-якій точці світу.
• Вулканічні землетруси — відбуваються внаслідок вулканічної активності, такої як рух магми чи обвалення вулканічного конуса.Найчастіше вони зустрічаються поблизу активних чи потенційно активних вулканічних районів.
• Обвальні землетруси трапляються внаслідок обвалення підземних шахт, підземних порожнин або інших штучних споруд.
• Вибухові землетруси — відбуваються внаслідок штучних вибухів, таких як ядерні випробування чи вибухові роботи у кар'єрах.
• Зсувні землетруси — відбуваються внаслідок переміщення великих мас каменю, землі чи інших матеріалів вниз схилом.
• Рої землетрусів - Послідовності землетрусів, які відбуваються в певній області протягом короткого періоду часу (1-15 днів). Вони часто пов'язані з вулканічною чи геотермальною активністю.

Як вимірюють землетруси в балах

У різних країнах прийнято по-різному оцінювати інтенсивність землетрусу.

• У Росії та деяких інших країнах прийнято 12-бальну шкалу Медведєва — Шпонхойєра — Карника.
• У Європі – 12-бальна Європейська макросейсмічна шкала.
• У США – 12-бальна модифікована шкала Меркаллі.
• У Японії семибальна шкала Японського метеорологічного агентства.

Шкала Ріхтера

Першу шкалу магнітуди землетрусів запропонував американський сейсмолог Чарльз Ріхтер у 1935 році, тому в побуті значення магнітуди називають шкалою Ріхтера. Шкала є логарифмічною шкалою, яка вимірює магнітуду землетрусів на основі амплітуди руху грунту, що реєструється сейсмографами. Величина виражається у вигляді числа, причому кожне збільшення на одиницю відповідає десятикратному збільшенню руху ґрунту.

Сейсмограф - прилад, що використовується для визначення сили та напряму та вимірювання землетрусу.Він складається з сейсмометра - датчика, що вимірює рух ґрунту, - і пристрою, що записує сигнал, що виробляється сейсмометром.

Простіше кажучи, сейсмограф подібний до диктофона, який прослуховує землю і веде запис. З тією різницею, що сейсмограф створює графічний слід хвиль землетрусу. Цей слід можна проаналізувати і визначити величину і місцезнаходження землетрусу.

Шкала Медведєва - Шпонхойєра - Карніка

Шкала Медведєва - Шпонхойєра - Карніка (MSK-64) - це спосіб вимірювання інтенсивності землетрусу, який є описом наслідків підземних поштовхів на поверхні Землі і на штучних спорудах. Шкала була розроблена у 1970-х роках радянськими геологами та використовується в основному на території колишнього Радянського Союзу та Східної Європи.

Шкала варіюється від 1 до 12, причому кожне збільшення на одну одиницю відповідає збільшенню інтенсивності землетрусу. Кожен із рівнів описує кількість пошкоджень будівель та ступінь руху ґрунту. Інформація, отримана за допомогою цієї шкали, використовується агентствами управління стихійними лихами для планування заходів реагування та відновлення, а також для оцінки потенційного впливу землетрусу.

Як бали MSK-64 відповідають руйнуванням на поверхні

1. Чи не відчувається. Реєструється лише сейсмічними приладами.
2. Дуже слабкі поштовхи. Помічають лише деякі люди, які перебувають у повному спокої на верхніх поверхах будівель, та домашніми тваринами.
3. Слабке. Відчувається тільки всередині деяких будівель, як струс землі від трамвая, що проїжджає.
4. Інтенсивний. Більшість людей помічає такий землетрус.Можна спостерігати легке коливання або деренчання предметів побуту, шибок. Можуть рипіти двері та/або стіни.
5. Досить сильне. Багато хто відчуває навіть поза будинками, а всередині — все. Хитаються меблі, маятники годинника зупиняються, можуть з'явитися тріщини у вікнах і штукатурці.
6. Сильне. Відчувається всіма. Предмети падають із полиць, а картини – зі стін. Окремі шматки штукатурки відколюються.
7. Дуже сильний. З'являються тріщини у стінах будинків, є видимі ушкодження.
8. Руйнівне. Утворюються видимі тріщини на крутих схилах та у сирому ґрунті. Пам'ятники зсуваються, фабричні труби не витримують і падають. Вдома сильно ушкоджуються.
9. Спустошливе. Сильно пошкоджуються або руйнуються кам'яні та цегляні споруди. Біля дерев'яних будинків порушується геометрія.
10. Знищувальне. Тріщини у землі досягають ширини метр. Виникають зсуви та обвали зі схилів. Кам'яні будівлі руйнуються. Залізничні рейки викривляються.
11. Катастрофа. З'являються великі тріщини поверхневих шарах землі. Виникають численні зсуви та обвали. Кам'яні будинки та мости майже повністю руйнуються.
12. Сильна катастрофа. Величезні зміни у земній корі: численні тріщини, обвали, зсуви. Змінюється рельєф: з'являються водоспади, запруди, перебіг річок відхиляється. Жодна споруда не витримує.

Модифікована шкала Меркаллі в Європі та США

12-бальна європейська макросейсмічна шкала, також відома як шкала інтенсивності Меркаллі, була розроблена на початку XX століття італійським сейсмологом Джузеппе Меркаллі. Шкала також заснована на спостереженні за впливом землетрусу на навколишнє середовище та створені людиною споруди, такі як будинки, дороги та мости.

У той же час визначення різних рівнів інтенсивності в MSK-64 і Європейської шкали можуть трохи відрізнятися. Наприклад, MSK-64 ґрунтується на кількості пошкоджень будівель у конкретному районі, у той час як визначення того ж рівня інтенсивності за Європейською макросейсмічною шкалою враховує і ступінь переміщення ґрунту, і кількість пошкоджень штучних споруд.

У США також використовують модифіковану шкалу Меркаллі (Modified Mercalli Intensity, MMI). Вона також заснована на комбінації інструментальних показань та спостережень за впливом землетрусу на навколишнє середовище та штучні споруди та варіюється від 1 (не відчувається) до 12 балів (повна шкода), але була змінена, щоб краще відображати наслідки землетрусів саме у Сполучених Штатах.

Японська шкала сейсмічної інтенсивності

Японське метеорологічне агентство (JMA) використовує для вимірювання інтенсивності землетрусів свою шкалу сейсмічної інтенсивності, також відому як шкала Сіндо. Шкала Сіндо варіюється від 0 до 7 балів та враховує як показання приладів, так і спостереження за впливом землетрусу на штучні споруди та навколишнє середовище.

Шкала Сіндо була названа на честь японського сейсмолога Кійо Сіндо, який розробив шкалу у 1950-х роках. Шкала була розроблена для відображення інтенсивності землетрусів у Японії, де наслідки землетрусів для споруд можуть значно відрізнятися через унікальну географію країни та стиль будівництва.

Як пов'язані магнітуда та руйнування на поверхні

Хоча магнітуда землетрусу та обсяг руйнувань на поверхні землі корелюють, буде невірно пов'язувати їх безпосередньо.Важливо враховувати глибину осередку землетрусу та інші параметри. Наприклад, землетрус, осередок якого знаходиться на великій глибині, може дуже слабко відчуватися на поверхні. Але землетрус тієї ж магнітуди з неглибоким осередком може нести руйнівні наслідки.

Як передбачити землетрус

В даний час вчені не в змозі точно прогнозувати землетруси. Існують методи виявлення зміни сейсмічної активності та деформацій у земній корі, які можуть вказувати на підвищену ймовірність землетрусу, але на основі цих методів не можна сказати його точний час чи місце.

Основна увага у всьому світі приділяється вдосконаленню систем раннього попередження, а також підготовці та підвищенню обізнаності населення. Системи раннього попередження використовують мережі сейсмічного моніторингу для виявлення початку землетрусу та швидкої видачі попереджень тим, хто перебуває у постраждалому районі, дозволяючи їм вжити захисних заходів до початку сильного струсу.

Як інструмент для прогнозування землетрусів і систем раннього попередження зараз активно розглядають (але поки що широко не використовують) нейромережі. Алгоритми штучного інтелекту, такі як машинне та глибоке навчання, можна навчити на історичних сейсмічних даних для виявлення закономірностей та складання прогнозів про майбутні землетруси. Ці алгоритми можна також використовувати для аналізу сейсмічних даних у реальному часі. Проте точність прогнозування землетрусів на основі ІІ все ще обмежена.Багато факторів ускладнюють прогнозування землетрусів, включаючи обмежений набір даних, доступних для навчання, нелінійний та хаотичний характер землетрусів та вплив людської діяльності на вимірювання.

Хто досліджує землетруси

Існує безліч компаній та організацій, які займаються дослідженнями землетрусів як приватні, так і державні.

• Геологічна служба США (USGS) — наукове агентство уряду США, яке надає інформацію про землетруси та інші стихійні лиха. Геологічна служба США керує передовою національною сейсмічною системою (ANSS), національною мережею сейсмічних приладів, які відстежують землетруси в США.
• Обсерваторія Землі Ламонт-Доерті - Дослідницький підрозділ Колумбійського університету, що спеціалізується на науках про землю та навколишнє середовище, включаючи дослідження землетрусів.
• Каліфорнійський технологічний інститут (Калтех) - провідний дослідницький університет, де знаходиться сейсмологічна лабораторія, яка проводить дослідження землетрусів та оцінку сейсмічної небезпеки.
• Японське метеорологічне агентство (JMA) - національне метеорологічне агентство Японії, відповідає за моніторинг землетрусів та їх дослідження в Японії.
• Науково-геологічні компанії, такі як Schlumberger, Halliburton та CGG — використовують методи сейсмічної зйомки вивчення підповерхневої структури Землі.
• Інженерні та консалтингові компанії, такі як Arup, MWH Global та GHD спеціалізуються на оцінці сейсмічної небезпеки та зниженні ризиків, а також на сейсмостійкому проектуванні та модернізації будівель.
• Технологічні компанії, такі як Early Warning Labs, ShakeAlert та MyShake - розробляють та впроваджують системи раннього попередження землетрусів, використовуючи поєднання сенсорних мереж, машинного навчання та інших передових технологій.

У Росії працюють кілька організацій, які займаються дослідженнями та моніторингом землетрусів.

• Інститут фізики Землі — провідний російський науково-дослідний інститут, що спеціалізується на геофізиці, зокрема вивчення землетрусів.
• Федеральна служба з гідрометеорології та моніторингу навколишнього середовища (Росгідромет) — державна установа, відповідальна за моніторинг та прогнозування небезпечних природних явищ, включаючи землетруси.
• Інститут динаміки геосфер - Науково-дослідний інститут РАН, який спеціалізується на геодинаміці, сейсмології та вивченні землетрусів.
• Далекосхідне відділення РАН - Філія Російської академії наук, яка проводить дослідження в різних галузях, включаючи сейсмологію та вивчення землетрусів у Далекосхідному регіоні.

Де частіше трапляються землетруси

У світі є кілька районів, які схильні до землетрусів більше за інші.

• Тихоокеанське «вогняне кільце», що є підковоподібним кільцем діючих вулканів і кордонів тектонічних плит, що оточують Тихий океан.
• Розлом Сан-Андреас у Каліфорнії, США, який є однією з найвідоміших зон землетрусів у світі.
• Альпійсько-Гімалайський (Середземноморський) пояс, який простягається від Середземноморського регіону через Центральну Азію та в Гімалаї.

Ці райони наражаються на більш високий ризик землетрусів через наявність активних ліній розломів і меж плит.Однак землетруси можуть відбутися в будь-якій точці світу, навіть у районах, які традиційно не вважаються схильними до високого ризику.

2023 року в Туреччині стався найбільший з 1939 року землетрус. Країна розташована на кордоні Африканської та Євразійської плит, які стикаються та викликають значну тектонічну активність у регіоні. Це призводить до високої частоти землетрусів, у тому числі середньої та великої магнітуди. Західні та східні регіони Туреччини особливо схильні до ризику, а такі міста, як Стамбул, Ізмір та Бурса, вразливі до наслідків землетрусів. У зв'язку з цим Туреччина робить кроки щодо пом'якшення наслідків землетрусів за допомогою введення особливих будівельних норм, сейсмічної модернізації будівель та планування готовності до стихійних лих.

Імовірність землетрусу у Росії залежить від конкретного регіону. Деякі частини Росії, такі як острів Камчатка і острови Сахалін, розташовані в сейсмічно активних районах і схильні до більш високого ризику землетрусів. Інші частини Росії, такі як Північно-Європейська рівнина, розташовані в регіонах з нижчою сейсмічною активністю і схильні до меншого ризику.

Загальна сейсмічна небезпека у Росії вважається від помірної до високої. У минулому країна пережила кілька значних землетрусів, включаючи Камчатський землетрус 1952 магнітудою 9,0 і Сахалінський землетрус в Нефтегорську 1995 магнітудою 7,5.