Катастрофы в природе: землетрясения

Считается, что закачка воды на месторождении Приз Холл при добыче сланцевого газа близ Блэкпула в Англии стала причиной землетрясений с М = 2,3 и 1,5 в апреле и мае 2011 года. Пробная добыча, начатая британской газовой компанией Cuadrilla, но была остановлена после этих землетрясений. Комиссия экспертов, назначенных департаментом энергетики и климатической безопасности страны, пришла к выводу, что подземные толчки будут продолжаться, но их энергия слишком мала для причинения серьезного ущерба. Поэтому комиссия разрешила продолжение работ с мониторингом состояния недр.

В США почти 20% землетрясений происходивших в штате Оклахома имеют отношение добычи газа методом гидроразрыва. Специалисты Корнелльского университета пришли к выводу, что пятая часть происходящих юго-восточнее города Оклахома-Сити землетрясений связана с четырьмя скважинами по добыче газа. По их данным промысловая деятельность способна вызывать подземные толчки в радиусе до 35 километров от места их расположения скважин.

Зачастую обычные землетрясения относят к спровоцированным фрекингом. Так, в Германии 13 февраля 2012 года произошло землетрясение недалеко от города Нойенкирхен-Тевель магнитудой три в районе газового месторождения. Последний гидроразрыв здесь был произведён за два года до него, а в 2004 году здесь уже случалось землетрясение с магнитудой 4,5. Поэтому новое землетрясение скорей всего с газодобычей не связано.

В Голландии и Нижней Саксонии регистрировались подземные толчки связанные с добычей природного газа, но они произошли до использования технологии фрекинга. То же самое можно сказать о тех сейсмоактивных районах, где подобные технологии еще не применялись.

Возникновение землетрясений в местах добычи сланцевого газа происходят редко и, скорей всего, обусловлены особенностями строения недр в местах разработок.

Мегалоземлетрясения

Это почти планетарного масштаба тектонические события. Их магнитуда может составлять от 8,5 до 9 по шкале Рихтера, но для более точного описания необходимо использовать специальные энергетические шкалы. Мегалоземлетрясения возникают не часто – всего несколько штук за столетие и именно они отвечают за основной расход сейсмической энергии на планете. Сила их такова, что они способны вызвать собственные колебания Земли и повлиять на скорость её вращения.

Несмотря на масштаб энергии таких землетрясений в XIX веке около половины произошедших на планете подземных ударов магнитудой более 8,5 не были учтены. Сейсмических станций на тот период времени ещё не было, а учёт землетрясений был не совершенен, как из-за качества информационных коммуникаций, так и недостатка знаний необходимых для точной их классификации. Одним из подобных примеров является землетрясение на Камчатке 1841 года. Другой пример, это подземные толчки на Малых Антильских островах в 1843 году.

Мегалоземлетрясениям прошлого обязана своим ликом наша планета. Так, после землетрясения и крупнейшего на Земле оползня-обвала образовалось озеро Сеймерре в Иране. В Азербайджане озеро Гёйгёль (Голубое озеро) возникло после сильного землетрясения, произошедшего близ Гянджи 30 сентября 1139 года. Тогда вершина горы Кяпаз обрушилась в ущелье реки Ахсу.

«В месяце Арег, на 18-й день месяца, в течение ночи с пятницы на субботу, в день праздника святого Георга, ярость господнего гнева обрушилась на мир; неистовство земли и сильное разрушение двинулись ужасными толчками и достигли этой страны Албании. Этим землетрясением много было разрушено во многих местах в областях Парисос и Хачен, как на полях, так и в горах. В результате его столица Ганджак также была швырнута в ад, поглотив своих жителей. И во всех концах своей поверхности земля держала их в своих объятиях, а в горных районах многие крепости и деревни были разрушены вместе с монастырями и церквами, которые обрушились на головы их жителей, и бесчисленное множество людей было убито разрушенными зданиями и башнями» (Очевидец, уроженец и житель Гянджи Мхитар Гош).

При землетрясении 1958 года дно заливов Криллон и Джильберт на Аляске по тектоническому разлому резко сдвинулось почти на семь и приподнялось более чем на шесть метров. Со склонов гор в воду обрушилось более 36 миллионов кубометров горных пород.

Мегалоземлетрясениям предшествует активизация сейсмической активности на больших территориях. Их афтершоковые последовательности продолжаются многие годы. Сами по себе они бывают очень опасными, поскольку возникают на большой площади и далеко от места главного удара. В прошлом веке мегалоземлетрясениями были Чилийское 1960 года и Аляскинское 1964 года с очагами под морским дном.

При Чилийском землетрясении 1960 года многочисленные обвалы и оползни привели в движение массу горной породы объемом в сотни миллионов кубометров. Только в районе озера Риниту пять миллионов кубометров горной породы переместилось почти на километр по долине реки Сан-Педро. В зоне набольших сотрясений продолжительность сейсмических колебаний составила около 200 секунд. Землетрясение превратило Андийские Кордильеры в громадный «вибрационный стол» на котором горные массы приобретали необычную подвижность и обрушивались вниз.

Землетрясение 1964 года на Аляске спровоцировало грандиозный оползень Шерман. Сместилось 30 миллионов кубометров горной породы, и только слабая заселенность этих мест свела к минимуму человеческие потери.

Сильнейшие землетрясения в истории США произошли в 1811 и 1812 годах. Они были такой силы, что изменили русло реки Миссисипи. Толчки ощущались от южной Канады до Мексиканского залива, от Атлантического побережья США до Скалистых гор.

Мегалоземлетрясение с магнитудой более восьми по шкале Рихтера произошло 12 июня 1897 года в северо-восточной Бенгалии. Оно изменило рельеф земной поверхности в эпицентральной зоне.

Места возникновения сильнейших землетрясений XX века.

Сильные землетрясения начала XXI возникли в 2004 и 2005 годах в Юго-восточной Азии. Первое из них сопровождалось разрушительным цунами и гибелью более двухсот тысяч человек. Второе причинило значительный ущерб острову Ниас, расположенному неподалеку от западного побережья Суматры и унесло жизни нескольких тысяч человек. Третье землетрясение произошло в Пакистане, и вызвало гибель 73 тысяч человек. Четвертое возникло в Японии, и вызвало разрушение АЭС «Факусима». Таким образом, почти несколькими сотнями тысяч смертей открыта летопись сейсмических катастроф нового века.

Благодаря мегалоземлетрясениям доказано существование собственных колебаний Земли. Так, любое упругое тело после удара подобно колоколу совершает колебания. В 1911 году английский математик профессор Огастес Эдвард Хаф Ляв (Лав) вычислил период собственных колебания стального шара размером с Землю. Оказалось, что он будет равен одному часу. Первые собственные колебания Земли с периодом 57 минут обнаружены Беньоффом в 1952 году после землетрясения на Камчатке. После чилийского землетрясения в 1960 году были зарегистрированы колебания Земли с периодом 54 минуты.

Собственные колебания это лучший тест для оценки верности принятой модели Земли. Определённые теоретически они получают подтверждение путём наблюдения за последствиями мегалоземлетрясений. Сопоставление теоретических и наблюдательных данных решает вопрос о правильности или ошибочности принятых представлений о планете.

Мегалоземлетрясения всегда сопровождаются уникальными природными явлениями – извержениями вулканов, громадными обвалами, оползнями, цунами, снежными лавинами, протяженными разрывами земной поверхности и многим другим. Они приводят к изменению продолжительности земных суток. Так, землетрясение 2004 года на Суматре сократило земные сутки на 6,8 микросекунды, землетрясение 2010 года в Чили на 1,26 микросекунды, а землетрясение 2011 года в Японии на 1,8 микросекунды.

Отметим, оценивать величину землетрясений исходя из размеров принесённого ущерба неверно. Энергия землетрясения и потери от него чаще всего не адекватны друг другу. Суммарные человеческие потери от двух мегалоземлетрясений прошлого века не превысили десяти тысяч человек. Намного уступающие им по энергии землетрясения в Ашхабаде, Спитаке и других местах унесли в несколько раз больше жизней.

Крупный оползень в результате небольшого землетрясения сошел 18 февраля 1911 года на Памире – 2,2 миллиарда кубометров. Был завален кишлак Усой со всеми его жителями, их имуществом и домашним скотом. Скальные породы перегородили долину реки Мургаб с поперечником в 4 – 5 километров и высотой более 700 метров. Возникло новое озеро Памира – Сарезское. Оно стало быстро расти, и затопило кишлаки Сарез, Нисор-Дашт и Ирхт.

Относительно слабое Гиссарское землетрясение 23 января 1989 года с эпицентром в тридцати километрах юго-западнее столицы Таджикистана Душанбе с М=5,3 привело в движение лёссовидные толщи на горных склонах. Положение усугубило то, что из-за дождей произошло их сильное обводнение. Возник крупный оползень, заваливший поселок Шарора и погубивший более двухсот человек.

Вывод очевиден. Даже не очень сильное землетрясение там, где к нему не готовы, приносит несоизмеримый ущерб в сравнение с его энергией и тогда его называют катастрофическим.

Катастрофические землетрясения

Определение «катастрофическое» употребляется по отношению ко всем землетрясениям, независимо от их энергии повлекшим за собой обширные разрушения и многочисленные человеческие жертвы. Такие землетрясения могут привести к социальным потрясениям, вызвать нарушение естественных функций природного комплекса с неблагоприятными экологическими последствиями.

Сан-Франциско в огне, 1906 год (Public Domain).

Уже отмечалось, насколько судьбоносными для древних сообществ оказывались стихийные бедствия. Приходили в расстройство целые государства, уничтожалась их инфраструктура, возникали эпидемии и голод. В наши дни ситуация изменилась, природа тектонических землетрясений в целом понятна, а накопленные знания позволяют строить надежные дома и находить наиболее безопасные для их расположения места. Тем не менее, потери от стихийных бедствий растут пропорционально масштабам городских поселений, численности людей и определяются невозможностью большинства людей иметь безопасное жилье.

Особенностью катастрофических землетрясений является их каскадность. Иными словами, подземные удары влекут за собой новые беды, которые бывают опаснее самого землетрясения. Так произошло в США в 1906 году и в Италии в 1908 году, в Японии в 1923 году, когда убытки от пожаров намного превысили ущерб от самих землетрясений.

Землетрясение в Сицилии и Южной Калабрии, 28 декабря 1908 год (Public Domain).

Сильное землетрясение и даже относительно слабое в горной местности во время затяжных дождей (частое явление на южно-американском континенте) или сильного снегопада (как это бывает в Афганистане) могут иметь дополнительные жертвы, а то и определить масштабы всего ущерба от них.

В апреле 1983 года в Колумбии землетрясение пришлось на период затяжных дождей от которых началось наводнение. Всего за 18 секунд административные и жилые здания в городе Папайян превратились в груду развалин.

13 января 2001 года морское землетрясение с магнитудой 7,6 по шкале Рихтера нанесло огромный ущерб Сальвадору. Хотя очаг располагался в Тихом океане на удалении в сто километров от побережья, землетрясение привело к многочисленным жертвам. Более тысячи человек оказались погребёнными под грязевым потоком в столице страны Сан-Сальвадор. Он накрыл около 400 домов не оставив никаких шансов на спасение людям.

На фоне тропических дождей в июне 1983 года произошло землетрясение на Тайване. С начала двадцатого столетия подобных дождей история острова не знала. Переувлажнение стало причиной возникновения гигантских земляных оползней, которые вместе с потоками воды унесли жизни многих людей.

В 1983 году на северо-востоке Турции подземный толчок совпал по времени с ненастной погодой. Обвалы и оползни в горах затруднили спасательные работы. Погибло и без вести пропало более 3,5 тысяч человек, а 120 тысяч осталось без крова.

С 1970 по 2013 годы по всему миру произошло 8835 стихийных бедствий с 1,9 миллионами человеческих жертв и экономическими потерями в 2,4 триллиона долларов (UN, 2014). Большинство жертв пришлось на бедные и развивающиеся страны.

17 августа 1999 года землетрясение произошло вблизи турецкого города Измит. Погибло около 17 тысяч человек, а общие убытки составили 8,5 миллиарда долларов США. Ситуацию усугубил мощный циклон. В черноморской провинции Самсун его скорость достигала 105 км/час. У многих домов были снесены крыши, оборваны линии электропередачи. Удар стихии чувствительно сказался на тех, кто пострадал от разрушительного землетрясения и жил во временных жилищах.

Цунамигентные землетрясения

Слово «цунами» произошло от японского слова «тсунамис». Это морские волны, возникающие при сдвиге вверх или вниз крупных участков дна при сильных морских землетрясениях и вулканических извержениях. Опускание дна приводит к резкому понижению уровня моря. Вода устремляется в образовавшийся провал, где потоки воды сталкиваются. Над местом провала образуется водяной холм. Затем происходит его опускание, ниже начального уровня и вокруг провала формируется концентрический водяной вал. Согласно законам гравитации и инерции место провала становится своеобразным генератором расходящихся и во все стороны и постепенно затухающих концентрических водяных валов. Это и есть цунами.

Волна цунами движется по водной поверхности со скоростью зависящей от её длины и периода. Если длина волны равна 100 км, а период равен 10 мин, то скорость движения такой волны около 600 км/час. Отмечены скорости движения цунами около 1000 км/час. В открытом море они практически незаметны, с приближением к пологому берегу, в заливах и бухтах, из-за уменьшения глубин, высота волн начинает расти. Формируется крутая водяная стена которая с колоссальной силой обрушивается на берег. Около 80% всех цунами возникает на периферии Тихого океана.

В России, США и Японии созданы службы предупреждения о цунами. Для извещения населения они используют тот факт, что скорость цунами намного меньше скорости сейсмических волн в земной коре. Поэтому, зарегистрировав морское землетрясение на сейсмической станции, можно успеть дать сигнал об опасности цунами.

Мощные цунами возникали в далёком прошлом из-за землетрясений, обвалов, падения метеоритов и др. В конце Ледникового периода, примерно десять тысяч лет назад, прорыв ледяной перемычки огромного озера Агассиз существовавшего на месте современной Канады привёл к возникновению мегацунами. По объему это озеро превышало все современные озера, включая Каспий и Байкал. Потепление или землетрясение разрушили ледяную дамбу между Агассиз и океаном. С площади более полумиллиона квадратных километров произошел быстрый слив воды в океан. Это мегацунами изменило направление океанических течений и климат на всей планете.

В XII веке до нашей эры сильное землетрясение, сопровождаемое разрушительным цунами и пожаром, уничтожило государство Угарит. Эта цивилизация сошла с исторической сцены.

Между 1660 и 1600 годами до нашей эры взорвался вулкан Стронгиле в архипелаге Санторин. Он буквально потряс всё Эгейское море. Вулканический остров взлетел в воздух. Выброс был таким, что облако пыли и пепла достигло Китая и Гренландии, и даже западного побережья США. По всему Средиземноморью прокатилась сизигийная волна – цунами. Её скорость достигала 566 км/ч, а высота составляла от 12 до 35 метров.

Руины дворца в Закро на острове Крит красноречиво говорят о буйстве стихии. Огромные куски массивных каменных стен были отброшены далеко от своих мест. На побережье каменные стены волной мегацунами были отброшены вглубь острова на 60 метров. Сильным разрушениям подверглись дворцы Кносса, Маллии, Феста, многие города, виллы и села. После этих событий торговые порты были заброшены, а минойская цивилизация пришла в упадок и ее остатки не смогли сопротивляться нашествию варваров.

После Лиссабонского землетрясения 1755 года возникло цунами. Примерно через час после главного удара море отступило, обнажив приливную полосу. Спустя некоторое время водные массы устремились назад и обрушились на берег несколькими волнами высотой от 5 до 7 метров. Они прокатились по улицам Лиссабона, неся смерть и разрушение.

В 1883 году заснувший в 1680 году вулкан Кракатау находился на плодородном, но малонаселённым острове. В начале июня расположенный на западном побережье Явы городок Аньер несколько дней сотрясали подземные толчки, которые не вызвали беспокойства у привыкших к землетрясениям индонезийцев. В конце июня природа предупредила людей в последний раз.

С покрытого толстым слоем вулканического пепла острова начали вздыматься две колонны дыма, а в бурлящей воде вокруг него плавали такие большие куски пемзы способные выдержать вес человека. Путешественники из Батавии (ныне Джакарта) сообщали: «Яростное пурпурное свечение, появлявшееся ненадолго каждые 5—10 минут, которое обрушивало во все стороны огненный дождь».

После полудня 26 августа остров Кракатау взорвался. Около двадцати кубических километров породы было выброшено в воздух на высоту до 80 километров. На площади диаметром 150 километров день превратился в ночь, а затем облако пыли окутало весь земной шар. Воды Зондского пролива обрушились в образовавшуюся гигантскую впадину и мгновенно испаряясь, вызвали новые взрывы.