Читаем Цунами полностью

Исходя из этого полагают, что так происходит при большинстве сильных землетрясений, и именно этим объясняется результат разрушений. В действительности положение дел обстоит не совсем так. Видимые проявления сильных землетрясений на поверхности Земли (трещины, провалы, смещение отдельных участков Земли друг относительно друга и т. п.) лишь косвенно связаны с глубинными, тектоническими процессами, где происходят разломы и разрушения. И главная опасность при землетрясении — это не трещины и провалы, а очень сильные сотрясения верхних слоев грунта, вызванные пришедшей из сейсмического очага упругой волной.

Когда в Земле возникает землетрясение или происходит взрыв, часть высвобождающейся энергии превращается в упругие волны, которые распространяются в горных породах с различной скоростью, зависящей от плотности и упругости пород. Различают два вида упругих волн: объемные и поверхностные. Объемные волны пронизывают все тело, весь объем Земли и бывают двух типов: 1) сжатия и разрежения, называющиеся продольными, или волнами Р; 2) поперечных смещений, называющиеся поперечными, или волнами S. Поверхностные образуются сложным взаимодействием продольных и поперечных волн с земной поверхностью и распространяются только в поверхностных слоях Земли.

Таким образом, при сильном землетрясении сейсмические волны, идущие по всему земному шару, могут быть обнаружены в любой точке его поверхности специальными высокочувствительными приборами — сейсмографами, служащими для записи землетрясений.

Обычно принимают, что упругие волны, возникающие при землетрясении, исходят из одной точки. Это допустимо, когда расстояние до' источника много больше размеров самого источника — очага землетрясения. В действительности, очаг имеет значительную протяженность, по крайней мере 10 км, а чаще больше (иногда даже более 100 км). Это зависит от энергии землетрясения. И если расстояние от источника до места регистрации землетрясения становится соизмеримым, то такое допущение нельзя считать правомерным.

Объемные продольные и поперечные волны возникают одновременно и распространяются независимо друг от друга, причем скорость продольных волн почти вдвое больше скорости поперечных, тем более поверхностных, распространяющихся еще медленнее, чем поперечные. Поэтому продольные волны, проходя через глубины Земли и достигая ее поверхности первыми, приносят информацию о происшедшем землетрясении. Основные параметры, характеризующие сейсмические волны, — это амплитуда колебания, период и скорость.

Если бы вещество Земли, где происходят сейсмические процессы, являлось идеально упругой и однородной средой, то волновая картина, возникающая при землетрясении, была бы значительно проще. В действительности же вследствие слоистости, неоднородности коры, а также в зависимости от гидрологических условий и значительной неровности земной поверхности сейсмические волны, отражаясь, преломляясь, рассеиваясь и поглощаясь, приобретают исключительно сложный характер распространения. В результате запись движения почвы при землетрясениях представляется в виде очень сложной кривой.

Сейсмические колебания по-разному проявляются в земных породах различной плотности и упругости. Энергия, которую несет сейсмическая волна и которая проявляется на поверхности Земли, зависит от произведения трех величин (квадрат скорости колебаний V, плотность пород р и скорость сейсмической волны С) в виде Е~?CV². Произведение ?С принято называть сейсмической жесткостью земных пород. Устойчивость построек к разрушению в значительной степени зависит от сейсмической жесткости грунта.

Действительно, при постоянной энергии колебаний их скорость должна быть тем большей, чем меньше сейсмическая жесткость грунта. В свою очередь, чем больше скорость колебаний, тем вероятнее разрушение стоящей на нем постройки.

С. В. Медведевым и Н. В. Шебалиным составлена таблица, в которой указаны интервалы скорости распространения волн, плотности и сейсмической жесткости для основных категорий грунтов (табл. 2).

Из таблицы видна зависимость сейсмической жесткости от типа грунта.

Таким образом, в силу неоднородности земной коры под действием сейсмических волн, особенно поверхностных, колебания недостаточно жесткого слоя (плывуны, песчаник, торфяник, искусственные насыпи и т. п.) происходят с большими амплитудами по сравнению с твердыми породами, поэтому на них возникают более опасные условия для любых построек.

Можно привести нижеследующее сравнение в виде соотношений между величинами амплитуд для различных грунтов при сильных землетрясениях: сейсмическая волна, вызывающая колебания грунта на скальных породах в 2–5 мм, создает колебания в землистых уже до 25 мм, а в насыпях и неустойчивых почвах даже до 100 мм и более.

Приведенный пример дает достаточно ясное представление об опасности строительства объектов на рыхлых грунтах.

Пояса разрушений