Немногие из грозных явлений природы могут сравниться по разрушительной силе и опасности с землетрясениями. Их летопись насчитывает миллионы жертв, сотни погибших городов и поселков, поврежденных и уничтоженных сооружений.
Во время землетрясения человек испытывает неприятные ощущения, порой панический страх. Привычная опора, земная твердь под ногами вдруг начинает дрожать, словно нечто живое, неустойчивое. В домах раскачиваются люстры, падают предметы, трескаются стены, рушатся потолки, в земле разверзаются глубокие трещины, подчас заметно преображается рельеф местности, меняется облик рек и озер.
О землетрясениях люди знают с давних пор. Фантастические рассказы о них встречаются в сказках и легендах. Так, в древней Америке у народа киче существовала легенда о бунте вещей, восставших против человека, о том, как сами собой рушились дома и без ветра раскачивались деревья. Нередки упоминания о землетрясениях в исторических документах, хрониках. Русские летописи, например, сообщают о «трясениях по всей Русской земле» в 1231 г. и в другие годы. Правда, для Русской равнины не характерны подземные удары. Наиболее распространены землетрясения в горных или предгорных районах.
Для людей и строений опасны не только сами по себе колебания земли. Нередки более грозные спутники землетрясений—вызванные ими стихийные явления: разрушительные, таранные морские волны (цунами), крупные оползни и обвалы, провалы земной поверхности, грязе-каменные потоки (сели). В 1755 г. сильное землетрясение и сопровождавшие его прибойные волны разрушили г. Лиссабон. Погибло 50 тыс. человек. Эта катастрофа потрясла Европу. Многие люди впервые задумались над могучим явлением природы, ученые начали внимательно изучать его. Было высказано немало предположений о причинах колебаний земли. М. В. Ломоносов, например, ссылался на силу жара, господствующего «в земной утробе». Но, несмотря на все усилия, причины землетрясений оставались загадкой.
Для наблюдений за колебаниями земли стали применяться сейсмические приборы (по-гречески «сейсмос» — «землетрясение»). Выяснилось, что сейсмические волны бывают двух типов: продольные и поперечные.
Продольные волны распространяются . подобно волнам на воде. Они особенно опасны. Они раскалывают строения, встряхивая их так, что рушатся даже прочные стены.
В результате землетрясений в подземные сооружения—трубы городах не только разрушаются канализаций и водопроводов, здания, но и страдают также электрические кабели.
Принципиальная схема сейсмографа. Неподвижный маятник подвешен на пружине к металлическому кронштейну , закрепленному в твердой горной породе. Луч света из маятника падает на вращающийся барабан , обтянутый фотобумагой. Барабан с помощью станины тоже закреплен в породе и при землетрясении колеблется вместе с ней, в результате чего лучом света на фотобумаге вычерчивается волнистая линия — сейсмограмма.
Кроме продольных волн от очага землетрясения расходятся поперечные, действующие по принципу пружины или гармоники (чередуются волны сжатия и растяжения). Подчас они подбрасывают сооружение. Бывали случаи, когда от подземных толчков люди подлетали так высоко, что, падая, разбивались насмерть. К счастью, столь мощные удары поперечных волн случаются очень редко. Чаще всего их действие ограничивается порчей коммуникаций, строений.
Землетрясения длятся обычно несколько секунд или минут. В подавляющем большинстве случаев они слабы и не причиняют людям вреда. Очень слабые землетрясения неощутимы и фиксируются только сейсмографами. Отзвуки сильных прокатываются по всему земному шару и регистрируются на многих сейсмических станциях, расположенных в разных странах. Сопоставляя показатели станций и характеристики волн, ученые могут судить о строении глубоких земных недр, обнаруживают слои разной плотности, очаги расплавленной магмы и т. д. Ежегодно на Земле происходят тысячи слабых толчков, сотни ощутимых, десятки сильных и одно в среднем катастрофическое.
Место, где возникают подземные удары, называется очагом землетрясения. Его центральная часть — гипоцентр; точка на поверхности Земли над гипоцентром — эпицентр («гипо» по-гречески означает «под», «эпи» — «на»). Подавляющее число очагов землетрясений расположено в пределах литосферы. С глубиной количество их резко уменьшается. Например, в Крыму они располагаются на глубинах от 5 до 40 км, преимущественно в интервале 15—30 км. На Кавказе очаги землетрясений также неглубоки и в единичных случаях достигают 100 км, а на Карпатах они распространяются до 200-километровых глубин. Наиболее глубокие очаги (до 600—700 км) — на побережьях Тихого океана.
Если очаг подземных толчков находится под океанами (морями), то образуются волны высотой до 20 м. Они распространяются с огромной скоростью (400—800 км/ч) и порой пересекают, например, Тихий океан. Приближаясь к берегу, они становятся круче и выше, приобретая страшную разрушительную силу, круша бетонные береговые сооружения и выбрасывая на сушу тяжелые стальные корабли. В нашей стране подобные волны (цунами) временами наблюдаются на Тихоокеанском побережье. Существует специальная служба оповещения, регистрирующая появление очагов моретрясений и заблаговременно предупреждающая жителей побережья о возможной опасности. Людям приходится покидать свои дома и подниматься на возвышенности, пережидая цунами.
Районы, подверженные землетрясениям, распределены на земном шаре неравномерно. Чтобы выявить сейсмоактивные районы, эпицентры землетрясений наносят на карту. На такой сейсмической карте выделяются зоны, где особенно часты подземные удары: прибрежные части Тихого океана (Тихоокеанское кольцо), острова Индонезии, горные сооружения Центральной и Малой Азии, а также Южной Европы, Исландия и Срединно-Атлантический подводный хребет. В нашей стране сейсмически активные районы: Карпаты, Крым, Кавказ, Средняя Азия, Прибайкалье, Забайкалье, Камчатка, Курильские острова. Землетрясения незначительной силы наблюдаются и во многих других районах. В сейсмически активных районах имеются асейсмичные участки, где практически не бывает землетрясений.
Чтобы выявить особо опасные территории, на сейсмические карты наносят изосейсты — линии, соединяющие точки (эпицентры), где бывают землетрясения одинаковой силы.
Оценка силы подземных ударов проводится двумя способами. Определяется энергия землетрясений, или относительное смещение от ударов частиц на земной поверхности (магнитуда).
Разрушительный эффект землетрясения зависит во многом от качества сооружений (существует особое искусство антисейсмического строительства), а также от многих других причин. Рыхлые или глинистые грунты усугубляют силу подземных ударов, а скальные и мерзлые, напротив, снижают. Имеет значение и то, откуда двигалась сейсмическая волна (стены, вытянутые по направлению волны, разрушаются особенно часто), а также качество грунтов, тектонические разломы земной коры, глубина залегания подземных вод.
Вопрос о причинах землетрясений не имеет полного и окончательного ответа. Учеными высказываются различные мнения. Безусловна связь сейсмической активности с движениями земной коры. Подземные удары наблюдаются на участках растяжения литосферы (например, в Байкальской зоне или в районе Сан-Франциско, в Срединно-Атлантическом хребте). Часты они и там, где отдельные участки (блоки) коры перемещаются вертикально.
Вызывают землетрясения тектонические силы, которые движут земную твердь, разряжающие свою энергию сравнительно неглубоко от поверхности. Прочные горные породы сопротивляются этим силам. В тот момент, когда достигнут предел прочности пород, они трескаются, раскалываются, разрушаются. Отзвуки этих могучих процессов доходят до земной поверхности в виде землетрясений. Иногда перемещения отдельных участков «расколовшейся» земной коры можно наблюдать по изменениям рельефа (образование уступов, разрывы террас и т. д.).
За последние десятилетия в числе причин землетрясений появился новый фактор: геологическая деятельность человека. Перемещая огромные массы грунтов при разработке полезных ископаемых, проводя подземные ядерные взрывы, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на отдельные блоки земной коры, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, человек, сам того не желая, может вызвать подземные удары (обычно небольшой силы и на небольших глубинах). Иногда это даже приводило к катастрофическим последствиям. Например, в Индии, Греции, Турции были разрушены плотины в районах, где до создания водохранилищ землетрясения не наблюдались.
Подобные случаи говорят о том, что имеется возможность не только искусственно вызывать землетрясения, но, самое главное, использовать их для борьбы с катастрофическими подземными толчками, снимая напряжения с отдельных блоков земной коры или какими-либо другими способами. Возможно, когда-нибудь в будущем человек научится использовать сейсмическую энергию.