Влияние землетрясений на режим подземных вод
Области активного проявления землетрясений на земном шаре образуют два крупных пояса — Средиземноморский, который прослеживается далее на юго-восток в Центральную и Юго-Восточную Азию, и Тихоокеанский, приуроченный к западному побережью Американского материка и к восточному побережью Азиатского, преимущественно к его островным дугам.
Воздействие землетрясений чаще всего сказывается в появлении резких колебаний уровней напорных вод. Ведущиеся во многих странах мира наблюдения за подземными водами показали, что возникающие при землетрясениях упругие колебания в земной коре сопровождаются не только нарушением равновесия между отдельными блоками литосферы, но и влияют на изменение режима подземных вод, причем эти изменения в зависимости от силы землетрясения могут охватывать огромные площади.
27 марта 1964 г. на Аляске произошло сильнейшее за последние 100 лет землетрясение, эпицентр которого располагался в проливе Принца Уильяма. Наблюдения за уровнем подземных вод в 48 колодцах провинции Альберта зарегистрировали колебания его с амплитудой до 1,5 м при наименьшем значении 3 мм. Изменения уровня наблюдались главным образом в колодцах, заложенных в дочетвертичных породах. Дж. Скотт и Ф. Рендер (1965 г.) указывают, что при этом землетрясении наблюдения за уровнем подземных вод велись в районе Виннипега и Оттавы (Канада), удаленных от эпицентра соответственно на 3219 и 4828 км. Амплитуда колебаний уровня водоносного горизонта, залегающего в трещиноватых известняках ордовика, составляла 15,2 и 22, 5 см.
Р. Ворхис, обобщивший данные наблюдений за поведением подземных вод во время Аляскинского землетрясения и после него, отмечает, что оно было зарегистрировано во всем мире. Колебания уровней подземных вод (преимущественно напорных) под влиянием данного землетрясения были отмечены во Флориде (до 4,6 м), в Пуэрто-Рико (1 м), Австралии (60 см), Бельгии (35 см), Великобритании (28 см), Южной Африке (18 см), Филиппинах (14 см), Египте (7 см), Ленинграде (3 см).
В течение двух недель после землетрясения в Хебген Лейк (США) в 1959 г. кристально чистая вода источников превратилась в коричневую мутную, а в одной из нефтяных скважин глубиной около 90 м вода стала молочно-белого цвета. Дебиты многих источников возросли в 3 раза, другие — прекратили свое существование на несколько недель. Некоторые скважины, вода в которых располагалась на глубине до 20 м, в течении 3 ч извергали фонтаны воды с песком, уровни во многих колодцах снизились на 2—3,5 м.
16 июня 1964 г. в г. Накано и его окрестностях (округ Ниигата, Япония) произошло разрушительное землетрясение, сопровождавшееся образованием многочисленных разломов, оседанием земной поверхности и значительными деформациями обсадных труб артезианских скважин, расположенных в долине р. Тайнан, Уровень воды в последних существенно поднялся, дебиты возросли. Снижение уровней и дебитов началось через несколько месяцев после землетрясения. От этого же землетрясения в скважинах с природным газом, находящихся в том же округе, уровень подземных вод поднялся в среднем на 13—15 м.
Землетрясение, происшедшее в августе 1965 г. в префектуре Нагано (Япония), характеризовалось в отдельных случаях необратимым подъемом уровня подземных вод и резким повышением пластового давления, сопровождавшимся самоизливом воды из скважин, причем последний продолжался до сентября 1966 г. Зафиксировано несколько волн затухающих колебаний уровня грунтовых вод. Под влиянием землетрясения изменился химический состав воды, увеличилось содержание взвешенных механических частиц.
В Новой Зеландии землетрясение силой 7 баллов, происшедшее 24 мая 1968 г. вблизи г. Инангахуа, также вызвало значительное колебание уровня подземных вод. При этом наблюдалось повышение уровня речных вод сразу же за подземными толчками, уровень же подземных вод в это время падал. Это позволило предположить, что землетрясение вызвало резкие и интенсивные «разрядки» пластовой энергии водонапорной системы, подземные воды которой в это время интенсивно дренировались рекой, что и приводило к подъему уровня воды в ней.
14 октября 1969 г. в Западной Австралии произошло землетрясение силой 6,9 балла по шкале Рихтера с эпицентром, расположенным на глубине 8 км у г. Мекеринг (в 132 км восточнее г. Перта). За 1,5 часа до этого в наблюдательных скважинах глубиной 36,5 м в районе Гнангара (в 19 км севернее Перта) зафиксирован внезапный подъем уровня подземных вод на 29,2 мм. Во время землетрясения уровень подземных вод в скважинах понизился, а затем снова начал повышаться.
Интересные данные о влиянии землетрясений на изменение свойств пород опубликовал Ч. Кондо по наблюдениям в зоне нефтяных месторождений Тегата и Акита, в Японии. Им было установлено увеличение плотности водоносных пород и уменьшение их водопроницаемости, а также повышение уровня грунтовых вод в результате землетрясения. Изменения в химическом составе последних выразились в увеличении pH и снижении окислительно-восстановительного потенциала.
Наблюдения за колебанием уровня подземных вод во время подземных толчков с помощью регистрирующих уровнемеров производились также в одном из районов г. Канадзавы (Япония). Установлено, что амплитуда колебания уровня подземных вод связана с амплитудой сейсмических колебаний, причем с максимальными амплитудами толчков связаны максимальные изменения уровня. Последние, кроме того, зависят от продолжительности толчков. Непосредственно перед толчком часто отмечается повышение уровня, во многих случаях соответствующее наибольшей амплитуде его колебаний.
Таким образом, из изложенного следует, что землетрясения оказывают весьма разнообразное влияние на подземные воды и вмещающие их породы. Оно выражается в нарушениях сплошности последних, сопровождающихся образованием разломов, в оседании поверхности земли и в колебательных движениях ее, а также в уплотнении пород, влияющем па уменьшение их фильтрационных свойств. Кроме того, все землетрясения, независимо от их силы, непосредственно воздействуют на подземные воды, в одних случаях (чаще всего) вызывая повышение их уровней, в других — понижение. Амплитуда колебания уровней подземных вод определяется силой землетрясения и удаленностью пункта наблюдений от эпицентра. Как отмечалось выше, она варьирует от долей метра до нескольких метров.
Повышение или понижение уровня подземных вод иногда изменяет динамику их истечения. При резком повышении пластового давления ранее спокойные скважины начинают фонтанировать, при понижении давления — свободное истечение воды из них прекращается. Нарушения в режиме подземных вод во время землетрясений бывают настолько существенными, что они изменяют режим питания рек подземными водами и вызывают подъемы уровней воды в реке при отсутствии дождей.
Резкие повышения или понижения уровня подземных вод иногда предшествуют землетрясениям, что в сейсмически активных районах может быть использовано для их прогноза.
По данным X. Окутсу, подъемы уровней подземных вод перед землетрясениями в районе г. Сендай (о. Хонсю) начинаются за 20 ч.
Одновременно с изменением положения уровня подземных вод отмечается изменение их химического состава, выражающееся в увеличении pH и уменьшении окислительно-восстановительного потенциала, в повышении минерализации воды и появлении в ней значительного количества взвешенных механических частиц, в увеличении содержания радона, гелия и других микрокомпонентов.
В Калифорнии было отмечено повышение содержания радона в подземных водах за 40—45 дней до землетрясения. Это позволяет использовать данное явление для предсказания землетрясений. На возможности подобного прогноза указывают и японские гидрогеологи, ссылаясь на аналогичные наблюдения при Ташкентском землетрясении в 1966 г., в Китае в 1968 г. и в некоторых провинциях Японии в 1975 г.
Следует указать также, что изменения, аналогичные влиянию землетрясений на подземные воды, отмечались и при ведении сейсмических работ.
Источник
Землетрясения
Землетрясения — это подземные толчки, сопровождающиеся колебаниями земной поверхности.
Ежегодно на планете происходят сотни тысяч землетрясений. Однако бóльшая их часть имеет незначительную интенсивность и остается практически незамеченной. Действительно сильные землетрясения, чреватые значительными разрушениями, происходят на Земле в среднем раз в две недели. Нас спасает лишь то, что случаются они преимущественно на дне океанов. Хотя землетрясения мощнее семи баллов могут навредить даже оттуда, порождая гигантские волны-цунами, которые сеют опустошение и смерть в прибрежных районах.
Но наибольшую опасность людям несут, конечно же, мощные землетрясения на суше. Они чреваты значительными разрушениями и многочисленными человеческими жертвами. Материальный ущерб от каждого из таких катаклизмов может составить сотни миллионов долларов.
Причины и виды
Землетрясения бывают тектоническими, вулканическими и обвальными.
Тектонические землетрясения возникают из-за резких смещений горных плит или в результате ухода океанической платформы под материк. Ведь поверхность земли состоит из материковых и океанических платформ, которые, в свою очередь, состоят из отдельных блоков. Когда блоки находят друг на друга, то они могут подняться вверх, и образуются горы, или опустятся вниз, и образуются впадины, или одна из плит уйдёт под другую. Все эти процессы сопровождаются колебаниями или сотрясениями земли.
Вулканические землетрясения происходят из-за того, что потоки раскалённой лавы и газов давят снизу на поверхность Земли и таким образом заставляют почувствовать, что земля уходит из-под ног. Вулканические землетрясения обычно не очень сильные, но могут длиться довольно долго, иногда несколько недель. Часто такие землетрясения предупреждают о скором извержении вулкана, что является даже более опасным, чем само землетрясение.
Иногда под землёй образуются пустоты, например, под воздействием грунтовых вод или подземных рек, размывающих землю. В этих местах земля не выдерживает собственной тяжести и обрушивается, вызывая небольшое сотрясение. Это называется обвальным землетрясением.
Самыми разрушительными и страшными являются тектонические землетрясения.
Место, в котором происходит столкновение плит или мощный взрыв, связанный с выходом накопившейся в земле энергии, называется очагом землетрясения, или гипоцентром. Когда взрыв произошёл, ударная волна со скоростью более 5 км/с (в зависимости от мощности взрыва) начинает распространяться во все стороны, доходит до поверхности земли (эту область на поверхности называют эпицентром, и расположена она непосредственно над гипоцентром) и расходится в стороны по окружности. В эпицентре происходят самые сильные разрушения, а на окраинах области, затронутой землетрясением, люди могут даже ничего не почувствовать.
Сейсмические волны
Сейсмические волны, которые возникают при землетрясении, делятся на несколько типов.
- P-волны. Это волны сжатия, или первичные волны. Они инициируют колебания частиц пород вдоль направления своего распространения, порождая чередующиеся участки сжатия и разрежения. Их скорость в 1,7 раза превышает скорость волн сдвига. Именно эти волны в первую очередь регистрируют сейсмостанции. Скорость P-волны соответствует скорости звука в конкретной горной породе. Если же частота такой волны превышает 15 Гц, она может быть воспринята на слух как подземный гул или грохот.
- S-волны — это волны сдвига, или вторичные поперечные сейсмические волны. Они инициируют колебания частиц пород перпендикулярно направлению распространения волны.
- L-волны — поверхностные, или длинные, волны. Вызывают наиболее сильные разрушения.
Подобно звуковым, сейсмические волны распространяются во все стороны от очага землетрясения со скоростью до 8 км/с.
Глубина очага, как правило, не превышает 100 км, однако в отдельных случаях может достигать и 700 км. Временами очаг землетрясения может находиться у самой поверхности земли. По глубине расположения очага землетрясения классифицируют:
- нормальные — с глубиной 70–80 км;
- промежуточные — в пределах 80–300 км;
- глубокие — свыше 300 км.
География явления
Распределение землетрясений на планете достаточно неравномерно. Определяется оно главным образом взаимодействием и перемещением литосферных плит.
Основной сейсмический пояс, где выделяется около 80% всей сейсмической энергии, находится в Тихом океане. Здесь, в районах глубоководных желобов, происходят подвижки литосферных плит под континент. Остальная часть энергии выделяется в Евроазиатском складчатом поясе. Это происходит в местах столкновения Евроазиатской плиты с Индийской и Африканской плитами, а также в районах срединно-океанических хребтов.
Сейсмология
Землетрясения изучает наука сейсмология. В разных странах мира ученые проводят наблюдения за поведением земной коры. В этом им помогают специальные приборы — сейсмографы. Они измеряют и автоматически записывают малейшие сотрясения, происходящие в любой точке земного шара. При колебаниях земной поверхности основная часть сейсмографа — подвесной груз — вследствие инерции приходит в движение относительно основания прибора, и самописец фиксирует сейсмический сигнал, передаваемый маркеру.
Важной задачей сейсмологии является прогноз землетрясений. К сожалению, современная наука еще не может точно их предвидеть. Сейсмологи могут более-менее достоверно определить район и силу землетрясения, но его начало спрогнозировать очень сложно.
Сила землетрясений
Для оценки силы землетрясения используют шкалу магнитуд и шкалу интенсивности.
Первая различает землетрясения по величине магнитуды — энергетической характеристики землетрясения (меры его энергии). Наиболее популярная шкала, оценивающая энергию землетрясения, — шкала магнитуд Рихтера.
Значение магнитуды лежит в пределах от 1 до 9. Эту шкалу нередко путают с 12-балльной шкалой интенсивности землетрясения, которая оценивает внешние проявления подземного толчка (воздействие на строения, людей, природные объекты). Когда случается землетрясение, то поначалу становится известна его магнитуда, определяемая по сейсмограммам, а интенсивность может быть выяснена лишь спустя время после получения достаточно полной информации о последствиях.
9,5 — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше.
Интенсивность землетрясений зависит как от глубины очага, так и от магнитуды. Она тем больше, чем ближе очаг располагается к поверхности. К примеру, если очаг землетрясения с магнитудой 8,0 расположен на глубине 10 км, то на поверхности земли его интенсивность составит 11–12 баллов. А при той же магнитуде, но в очаге, находящемся на глубине 40–50 км, воздействие на поверхности будет равно 9–10 баллам.
На данный момент в мире используют несколько шкал интенсивности. В Европе с 1996 г. применяют европейскую макросейсмическую шкалу (EMS). В Японии пользуются шкалой Японского метеорологического агентства (Shindo), в России и Соединенных Штатах — модифицированной шкалой Меркалли (MM).
Так, умеренное 4-балльное землетрясение по шкале Меркалли уже отмечается многими людьми; при 6-балльном могут возникнуть незначительные повреждения зданий.
Балльная шкала интенсивности землетрясения:
- 1 бал — Не ощущается. Отмечается только специальными приборами
- 2 бал — Очень слабое, отмечается только домашними животными и некоторыми людьми в верхних этажах зданий
- 3 бал — Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение при езде на грузовике
- 4 бал — Умеренное. Слышны скрип половиц, балок, звон посуды, дрожание мебели. Внутри здания сотрясения ощущаются большинством людей
- 5 бал — Довольно сильное. В комнатах чувствуются толчки как от падения тяжелых предметов. Лопаются оконные стекла, качаются люстры и мебель
- 6 бал — Сильное. Качается тяжелая мебель, бьется посуда, с полок падают книги, разрушаются только очень ветхие дома
- 7 бал — Очень сильное. Разрушаются старые дома. В крепких зданиях появляются трещины, осыпается штукатурка. В реках и озерах мутнеет вода
- 8 бал — Разрушительное. Деревья сильно раскачиваются, ломаются прочные ограды. Разрушаются многие крепкие здания. На почве появляются трещины
- 9 бал — Опустошительное. Разрушаются прочные строения. Появляются значительные трещины на почве
- 10 бал — Уничтожающее. Разрушаются даже крепкие здания и мосты. Возникают оползни и обвалы, трещины и изгибы в почве
- 11 бал — Катастрофа. Разрушаются почти все каменные постройки, дороги, плотины, мосты. На поверхности земли образуются трещины со сдвигами
- 12 бал — Сильная катастрофа. Разрушаются все сооружения, опустошается вся местность. Изменяются русла рек
Последствия землетрясений
Землетрясения являются одним из опаснейших стихийных природных явлений. Они приносят большие разрушения и бедствия, уничтожая не только материальные ценности, но и все живое, в том числе и людей.
Участки земной коры в месте разлома могут смещаться по вертикали либо даже наползать друг на друга. В тех местах, где земля опускается по одну сторону разлома прямо на пересечении речного русла, образуются водопады. Нередко после землетрясения опускаются и затапливаются водой значительные участки суши. Помимо этого, подземные толчки могут смещать со склонов рыхлые верхние слои почвы, инициируя оползни и обвалы. Резкое перемещение значительных массивов земной коры в очаге сопровождается ударом колоссальной силы. В течение года жители планеты в разных ее точках ощущают порядка 10 тыс. землетрясений, из которых около 100 в той или иной степени разрушительны.
Может ли от землетрясения закачать Землю?
В середине мая 1960 г. в Чили произошло одно из самых значительных и разрушительных землетрясений — Великое Чилийское Землетрясение. Несмотря на то, что основные колебания земли происходили в юго-западной части Южной Америки — эпицентр землетрясения располагался недалеко от г.Вальдивия — их «отголоски» достигали других территорий нашей планеты: в частности, Гавайских островов и Японии. Явление, при котором землетрясение, происшедшее в одной части земли, заставляет пульсировать и дрожать другие ее участки, даже расположенные за тысячи километров от эпицентра, называют «качанием» или «вибрацией» земли.
Землетрясение в Мессине 1908 г.
Сильнейшее в истории Европы землетрясение произошло 28 декабря 1908 г. в 5:20 в Мессинском проливе между Апеннинами и Сицилией. Несколько подземных толчков с магнитудой 7,5 вызвали огромные разрушения в более чем 20 населенных пунктах в прибрежной полосе Сицилии. После этого на побережье налетело три волны цунами, довершив содеянное землетрясением.
Количество погибших во время этой трагедии превысило 123 тыс. человек. По мнению некоторых исследователей, число жертв составило 200 тыс. человек. Наиболее сильно пострадал город Мессина, где погибло около 60 тыс. жителей при населении 150 тыс. человек.
Источник
