сейсмическая активность в чем измеряется

Шкала Рихтера — классификация землетрясений по магнитудам, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкала была предложена в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером (1900‑1985), теоретически обоснована совместно с американским сейсмологом Бено Гутенбергом в 1941‑1945 годах, получила повсеместное распространение во всем мире.

Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении. Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.
В шкале использован логарифмический масштаб, так что каждое целое значение в масштабе указывает на землетрясение, в десять раз большее по мощности, чем предыдущее.

Землетрясение с магнитудой 6,0 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. Магнитуда землетрясения и его полная энергия — не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.
Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения, измеренных сейсмографом, и некоторого стандартного землетрясения.
Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:
2,0 — самые слабые ощущаемые толчки;
4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6,0 — умеренные разрушения;
8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.

При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.

Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2‑3 балла.

Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.

Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Источник

Сейсмическая активность в чем измеряется

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Шкала сейсмической интенсивности

Earthquakes. Seismic intensity scale

Дата введения 2017-09-01

Предисловие

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации» и ТК 465 «Строительство»

Введение

Важнейшим преимуществом настоящей шкалы является наличие инструментальной части с использованием нескольких параметров сейсмического движения грунта, оцененных на основании реальных записей сильных движений грунта. С положениями настоящего стандарта должны быть гармонизированы следующие стандарты:

— ГОСТ Р 53166-2008 Воздействия природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика землетрясения;

— ГОСТ Р 22.1.06-99 Мониторинг и прогноз опасных геологических явлений и процессов. Общие требования;

— ГОСТ Р 30546.1-98* Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям и методы расчета их сложных конструкций в части сейсмостойкости.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методику определения интенсивности произошедшего землетрясения и прогнозирования возможных эффектов будущих землетрясений.

Настоящим стандартом надлежит руководствоваться при полевом обследовании территорий, подвергшихся воздействию землетрясений, а также для оценки сейсмической опасности территорий при общем сейсмическом районировании (ОСР), детальном сейсмическом районировании (ДСР), сейсмическом микрорайонировании (СМР), при оценке возможных параметров движения грунта при ожидаемых землетрясениях, при проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах.

Настоящий стандарт предназначен для инженерных изысканий, выполняемых на всех этапах жизненного цикла зданий и других сооружений, а также технических изделий. Настоящий стандарт применяется при оценке возможных социально-экономических последствий землетрясений и для планирования спасательных и восстановительных работ.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки и следующие стандарты:

ГОСТ 31937 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

ГОСТ Р 54859 Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 афтершок: Повторный толчок, землетрясение меньшей магнитуды, возникающее в очаге главного толчка и его окрестности.

3.2 балл: Единица измерения сейсмической интенсивности по макросейсмическим и инструментальным наблюдениям.

3.3 главный толчок: Наиболее сильный толчок в группе близких в пространстве и времени землетрясений.

3.4 глубина очага: Глубина центра области, из которой выделилась сейсмическая энергия при землетрясении.

3.5 детальное сейсмическое районирование; ДСР: Определение интенсивности возможных сейсмических воздействий в баллах и параметрах сейсмических колебаний грунта в районах размещения существующих и проектируемых сооружений, предусматривающее проведение полевых исследований и изучение возможных источников сейсмических воздействий, представляющих потенциальную опасность для сооружений.

3.6 землетрясение: Колебания земли, вызванные внезапным высвобождением потенциальной энергии Земли.

3.7 интенсивность землетрясения: Мера сотрясения в баллах макросейсмической шкалы.

3.8 категория-сенсор: Человек, а также природные и искусственные объекты, реакцию которых на землетрясение можно описать с помощью конкретных признаков.

3.9 класс объектов: Совокупность объектов внутри одной категории-сенсора, имеющих одинаковую среднюю реакцию на землетрясение.

3.10 косейсмическое явление: Явление в природной или искусственной среде, происходящее непосредственно во время землетрясения.

3.11 магнитуда землетрясения: Мера величины землетрясения, основанная в общем случае на оценках логарифма максимальной амплитуды колебаний грунта, соответствующего преобладающего периода, глубины очага и расстояния от эпицентра до пункта наблюдения.

3.12 макросейсмическая шкала: Шкала для определения эффекта землетрясений на поверхности Земли в баллах и для оценки ожидаемых эффектов при будущих землетрясениях.

3.13 макросейсмическое обследование: Изучение эффектов землетрясения по реакции категорий-сенсоров.

3.14 порог насыщения: Интенсивность сотрясения, при которой средняя реакция объектов данной категории-сенсора достигает максимального значения.

3.15 порог чувствительности: Минимальная интенсивность, при которой наблюдается реакция объектов данной категории-сенсора.

3.16 общее сейсмическое районирование; ОСР: Выделение в масштабах страны территорий, однородных с точки зрения сейсмической опасности, для целей планирования развития регионов, размещения и проектирования объектов массового строительства, выполняемое в общем случае без проведения полевых работ.

3.17 очаг землетрясения: Область (объем) геологической среды, в которой происходят разрывы горных пород и высвобождение упругих напряжений.

3.18 подкатегория: Разновидность объектов, относящихся к одной категории.

3.19 постсейсмическое явление: Явление в природной или искусственной среде, происходящее вследствие землетрясения, но после того, как завершились колебания.

3.20 рой землетрясений: Группа землетрясений, в которой нет выделяющегося магнитудой главного толчка, а присутствуют два и более землетрясения с близкими магнитудами.

3.21 сейсмическая опасность: Вероятность возникновения на определенной территории в течение заданного интервала времени сейсмических воздействий заданной интенсивности.

3.22 сейсмическое микрорайонирование; СМР: Оценка влияния локальных грунтовых условий и рельефа на параметры сейсмических воздействий.

3.23 сейсмичность: Распределение в пространстве и во времени очагов землетрясений разных магнитуд.

3.24 сейсмовыбросы: Подбрасывание в воздух грунта, камней, различных предметов при колебаниях грунта с ускорением, превышающим ускорение силы тяжести.

3.25 сейсмостойкость: Способность зданий и сооружений противостоять землетрясению с интенсивностью, при которой степень их повреждения ( ) для данного класса сейсмостойкости в среднем равна 2, т.е. объект работоспособного технического состояния переходит в ограниченно работоспособное техническое состояние по ГОСТ 31937.

3.26 степень повреждения зданий и сооружений: Градация последствий сейсмических воздействий на здания и сооружения, определяемая как среднеарифметическое значение повреждений всех обследованных при различных землетрясениях зданий и сооружений одного класса сейсмостойкости. В шкале используют 6 степеней повреждений, включая нулевую (полное отсутствие каких-либо изменений).

3.27 форшок: Землетрясение меньшей магнитуды, возникающее в очаге основного толчка и его окрестности и предшествующее ему.

3.28 ширина импульса: Интервал времени между первым и последним моментами превышения огибающей половины максимальной амплитуды, который является параметром уравнения огибающей колебаний и служит мерой продолжительности колебаний.

3.29 шкала сейсмической интенсивности: Градация сейсмических воздействий по макросейсмическим признакам.

4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

— сейсмическая интенсивность, баллы;

— остаточное смещение, см;

— статистическая оценка реакции на землетрясение категории-сенсора «Люди»;

— статистическая оценка реакции на землетрясение категории-сенсора «Предметы быта»;

— ширина импульса (продолжительность колебаний);

— степень повреждения зданий;

— степень повреждения трубопроводных сооружений;

— степень повреждения транспортных сооружений;

Источник

Сейсмическая шкала

Землетрясе́ния — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Содержание

Введение

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения — афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения — форшоки — могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовой силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий. [1]

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией.

Сейсмические волны и их измерение

Скольжению пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения. Землетрясения могут возникать также при смятии пород в складки, когда величина упругого напряжения превосходит предел прочности пород и они раскалываются, образуя разлом.

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

Скорости сейсмических волн могут достигать 8 км/с.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Измерение силы и воздействий землетрясений

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

Шкалы интенсивности

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США — Модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе — Европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Шиндо (Shindo).

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)

12-бальная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была разработана в 1964 году и получила широкое распространение в Европе и СССР. С 1996 года в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СниП-11-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

Происходящее при сильных землетрясениях

Землетрясение начинается с разрыва и перемещения горных пород в каком-нибудь месте в глубине Земли. Это место называется очагом землетрясения или гипоцентром. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 км. Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

Участок земли, в пределах которого на поверхности, над очагом, сила подземных толчков достигает наибольшей величины, называется эпицентром.

В одних случаях пласты земли, расположенные по сторонам разлома, надвигаются друг на друга. В других — земля по одну сторону разлома опускается, образуя сбросы. В местах, где они пересекают речные русла, появляются водопады. Своды подземных пещер растрескиваются и обрушиваются. Бывает, что после землетрясения большие участки земли опускаются и заливаются водой. Подземные толчки смещают со склонов верхние, рыхлые слои почвы, образуя обвалы и оползни. Во время землетрясения в Калифорнии в 1906 году образовалась глубокая трещина на поверхности. Она протянулась на 450 километров.

Понятно, что резкое перемещение больших масс земли в очаге должно сопровождаться ударом колоссальной силы. За год люди [кто?] могут ощущать около 10 000 землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными.

Измерительные приборы

Для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн используются специальные приборы — сейсмографы. В большинстве случаев сейсмограф имеет груз с пружинным прикреплением, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются вибрирующим пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты).

Другие виды землетрясений

Вулканические землетрясения

Техногенные землетрясения

В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность — увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения называются обвальными, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано и искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве. Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. К примеру, при испытании КНДР ядерной бомбы в 2006 году произошло землетрясение умеренной силы, которое было зафиксировано во многих странах.

Наиболее разрушительные землетрясения

О прогнозе землетрясений

В конце прошлого века группа известных западных сейсмологов провела сетевые дебаты [1], главным вопросом которых был «Является ли достоверный прогноз индивидуальных землетрясений реалистичной научной целью?». Все участники дискуссии, несмотря на значительные расхождения в частных вопросах, согласились с тем, что

Даже если бы точность измерений и несуществующая пока физико-математическая модель сейсмического процесса дали возможность с достаточной точностью определить место и время начала разрушения участка земной коры, магнитуда будущего землетрясения остается неизвестной. Дело в том, что все модели сейсмичности, воспроизводящие график повторяемости землетрясений, содержат тот или иной генератор стохастичности, создающий в этих моделях динамический хаос, описываемый лишь в вероятностных терминах. Более явно источник стохастичности качественно можно описать следующим образом. Пусть распространяющийся во время землетрясения фронт разрушения подходит к участку повышенной прочности. От того, будет разрушен этот участок или нет, зависит магнитуда землетрясения. Например, если фронт разрушения пройдет дальше, землетрясение станет катастрофическим, а если нет, останется небольшим. Исход зависит от прочности участка: если она ниже некоторого порога, разрушение пойдет по первому сценарию, а если выше, по второму. Возникает «эффект бабочки»: ничтожно малое различие в прочности или напряжениях приводит к макроскопическим последствиям, которые нельзя предсказать детерминистически, поскольку это различие меньше любой точности измерений. А предсказание места и времени землетрясения с неизвестной и, возможно, вполне безопасной магнитудой не имеет практического смысла, в отличие от расчета вероятности того, что сильное землетрясение произойдет.

Источник