Реферат на тему «Сейсмолог»

Введение

В 132 году нашей эры китайский учёный и придворный астроном Чжан Хэн представил императору странный прибор — большой бронзовый сосуд, похожий на винный, с восемью драконами по бокам. У каждого дракона во рту был шарик, а внизу сидели восемь бронзовых жаб с открытыми ртами. Когда где-то далеко происходило землетрясение, один шарик падал в рот жабы и показывал направление, откуда пришёл толчок. По преданию, однажды шарик упал, хотя в столице никто ничего не почувствовал, а через несколько дней гонец привёз весть о землетрясении в далёкой провинции.

С тех пор прошло почти девятнадцать веков, и наука о землетрясениях, сейсмология, ушла очень далеко. Сейсмологи по записям приборов определяют, где произошёл толчок, на какой глубине и какой силы, а по прохождению сейсмических волн узнают, как устроена Земля внутри, куда не может заглянуть никакая буровая скважина. При этом главная задача, которую от них ждут люди, — точный прогноз землетрясений — до сих пор не решена.

Тема показалась нам важной ещё и потому, что значительная часть России сейсмоопасна: Камчатка, Курилы, Сахалин, Байкальский регион, Алтай, Северный Кавказ. Землетрясение 1995 года в Нефтегорске на Сахалине разрушило посёлок почти полностью, погибли около двух тысяч человек. Работа сейсмолога в таких местах — не абстрактная наука, а вопрос безопасности.

Чтобы представить масштаб явления, достаточно посмотреть на статистику. Землетрясения происходят постоянно, просто подавляющее большинство из них настолько слабые, что их замечают только приборы.

Таблица 1 – Сколько землетрясений разной силы происходит на Земле за год

Примечание — средние многолетние оценки Геологической службы США (USGS), округлены; примеры подобраны по каталогам землетрясений, магнитуды указаны приблизительно.

Мы хотели разобраться, чем занимается сейсмолог, какими понятиями он пользуется и почему предсказать землетрясение так трудно. В первой главе речь идёт об основных понятиях и истории сейсмологии, вторая — методам прогноза и их точности, третья — типам и характеристикам сейсмических явлений.

Мы опирались на школьные учебники географии и физики, популярные книги по геофизике и материалы Единой геофизической службы Российской академии наук, которая ведёт наблюдения за землетрясениями в нашей стране.

Глава 1. Основные понятия и термины сейсмологии

1.1 Основные понятия

На Камчатке, в Петропавловске, работает Камчатский филиал Единой геофизической службы РАН, и его сейсмологи дежурят круглосуточно. Когда приборы фиксируют сильный толчок под океаном, у дежурного есть буквально минуты, чтобы оценить силу и место землетрясения и передать данные службе предупреждения о цунами. Так в упрощённом виде выглядит работа сейсмолога, а название профессии происходит от греческого «сейсмос», то есть «сотрясение».

Остальное время уходит на менее заметную работу: обработку записей, составление каталогов землетрясений, карт сейсмической опасности, по которым потом проектируют дома и мосты.

Место в глубине Земли, где происходит разрыв горных пород, называют очагом, или гипоцентром. Точку на поверхности прямо над ним называют эпицентром. Глубина очагов бывает разной: от нескольких километров до семисот, и чем ближе очаг к поверхности, тем сильнее разрушения при той же энергии толчка.

От очага во все стороны расходятся сейсмические волны. Быстрее всех бегут продольные, или P-волны (от латинского primae — первые): они сжимают и растягивают породу, как пружину, и проходят сквозь твёрдые тела, жидкости и газы. За ними идут поперечные S-волны (secundae — вторые), которые раскачивают породу из стороны в сторону и через жидкость пройти не могут. Последними приходят поверхностные волны, они самые медленные, но именно они чаще всего разрушают дома.

Разница во времени прихода P- и S-волн на станцию позволяет определить расстояние до очага. Если такую разницу измерить на трёх станциях, можно найти эпицентр: он окажется в точке пересечения трёх окружностей на карте. Этот способ проходят даже в школьном курсе географии, и он хорошо показывает, как работает сейсмолог.

Силу землетрясения описывают двумя разными величинами, и их часто путают. Магнитуда характеризует энергию, выделившуюся в очаге, и у одного землетрясения она одна. Интенсивность (балльность) показывает, насколько сильно трясло в конкретном месте, и уменьшается с удалением от эпицентра. В России интенсивность оценивают в баллах по 12-балльной шкале.

Рисунок 1 – Сильнейшие землетрясения за время инструментальных наблюдений, магнитуда

Примечание — по каталогу Геологической службы США; для Суматры и Японии в разных источниках приводят значения от 9,0 до 9,3; моментная магнитуда точнее отражает энергию самых сильных землетрясений, чем исходная шкала Рихтера.

Шкалу магнитуд предложил в 1935 году американский сейсмолог Чарльз Рихтер, поэтому её часто называют шкалой Рихтера. Рихтер работал в Калифорнии, где землетрясений много, и ему нужно было как-то сравнивать их между собой, не дожидаясь отчётов о разрушениях. Его шкала логарифмическая (на каждую единицу магнитуды энергия возрастает примерно в 32 раза), так что толчок магнитудой 9 мощнее толчка магнитудой 7 примерно в тысячу раз. Для самых сильных событий сейчас используют моментную магнитуду, по ней и приведены значения на рисунке 1.

1.2 История развития сейсмологии

До XVIII века землетрясения объясняли по-разному: гневом богов, подземными ветрами (как Аристотель) или подземными пожарами. Поворотным моментом стало Лиссабонское землетрясение 1 ноября 1755 года. Город был почти полностью разрушен толчками, цунами и пожаром, погибли десятки тысяч человек. Премьер-министр Португалии маркиз де Помбал разослал по приходам анкету с вопросами о том, когда начались толчки, сколько они длились и что произошло с водой в колодцах. Ответы сохранились, и сейчас по ним учёные восстанавливают, где находился очаг этого землетрясения.

В 1857 году ирландский инженер Роберт Маллет изучил разрушения после землетрясения в Неаполитанском королевстве и по трещинам в домах пытался определить положение очага. Именно он ввёл в науку слова «сейсмология» и «эпицентр». В 1880-е годы англичанин Джон Милн, работавший в Японии, создал один из первых надёжных сейсмографов, а в 1906 году русский физик князь Борис Голицын построил электромагнитный сейсмограф, который был намного чувствительнее механических приборов.

Сейсмические волны помогли узнать строение Земли. В 1909 году хорватский учёный Андрия Мохоровичич обнаружил границу между земной корой и мантией, её называют границей Мохоровичича, или просто Мохо. А в 1936 году датская исследовательница Инге Леман по записям волн доказала, что внутри жидкого ядра Земли есть твёрдое внутреннее ядро.

В Советском Союзе сейсмология получила особое развитие после Ашхабадского землетрясения 1948 года и Ташкентского 1966 года. Был создан Институт физики Земли Академии наук, по всей стране строили сейсмические станции, а для городов в опасных районах составили карты сейсмического районирования. По ним и сейчас определяют, на сколько баллов должны быть рассчитаны новые здания, например в Иркутске или Петропавловске-Камчатском.