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
По земному шару землетрясения распределяются весьма неравномерно. Они приурочены к определенным зонам — поясам сейсмичности. Основными из них можно считать два: 1) Тихоокеанский и 2) Средиземноморско-Транс-азиатский. К второстепенным относятся Арктико-Атлантический, пояс западной части Индийского океана и др. Все они, в свою очередь, делятся на небольшие (по сравнению с сейсмическими поясами) сейсмические зоны.
Тихоокеанский пояс охватывает побережье почти всех стран Тихоокеанского бассейна. Здесь происходит почти 80 % всех землетрясений Земли. И если учесть, что этот сейсмический пояс одновременно богат еще и действующими вулканами, то станет ясно, почему нередко образно его называют «Огненным кольцом».
Средиземноморско-Трансазиатскпй пояс простирается широкой полосой, включая побережье стран Средиземного моря, Карпаты, Турцию, Иран, Кавказ, Среднеазиатские республики Советского Союза, Северную Индию, Алтай, северную часть Китая, Монголию, Прибайкалье, северо-восточную часть Китая и Приморский край, выходя к Сахалину. Захватывая немалую часть территории СССР, этот пояс, пожалуй, более всего доставляет забот и хлопот сейсмологам, строителям и населению этих районов.
Арктико-Атлантический — проходит примерно от устья р. Лены через подводный хребет Ломоносова под Северным Ледовитым океаном в направлении Исландии и, далее, по акватории Атлантического океана.
Пояс Индийского океана начинается от Аравийского полуострова и идет по поднятию дна и его средней части в направлении к Антарктиде.
Измерение сотрясений
Как и всякое физическое явление, сотрясение необходимо измерять. Что же является единицей измерения? Характеристиками сотрясения служат скорость движения частиц Земли, ускорение, отклонение от первоначального положения частиц (амплитуда смещения) и величина его, частота колебаний и т. д. Важно, чтобы в той или иной степени в такой единице измерения участвовали и отражались все указанные параметры. Было условно принято единицу измерения сотрясения называть баллом. Естественно, была дана оценка и самому слабому сотрясению, регистрируемому только приборами и не ощущаемому Человеком, в один балл. Что касается самого сильного, fro оно оценивалось в различных странах по-разному. Так, в Европе довольно долго применялась шкала Росси — Фореля, а затем несколько улучшенная шкала Меркалли, максимальное сотрясение по которой оценивалось в 10 баллов. В Японии и сейчас используется шкала, по которой максимальное сотрясение оценивается как семибалльное. В Советском Союзе с 1952 г. до последнего времени применялась 12-балльная сейсмическая шкала Института физики Земли Академии наук СССР, составленная С. В. Медведевым. По этой шкале сотрясение, возникающее в эпицентральной области при самом сильном землетрясении, оценивается в 12 баллов.
Существуют и другие шкалы. Такое разнообрази^ и разнотипность шкал создают большое неудобство для единой международной оценки сотрясаемости от землетрясений, возникающих на территориях различных стран, тем более что на земном шаре ежегодно происходит не так уж мало значительных по силе землетрясений. В среднем за год на Земле регистрируется 10–15 9-балльных землетрясений, 50—100 8-балльных, 300–500 7-балльных.
В течение последних 10–15 лет сейсмологи разных стран стремились выработать единую шкалу для измерения интенсивности сотрясений. На основе существовавших до 1964 г. различных шкал, дополненных материалами полевого изучения последствий землетрясений, была выработана временная шкала MSК-64 (см. Приложение). Межправительственное совещание ЮHЕСКО по сейсмологии и сейсмостойкому строительству в 1964 г. в Париже признало важность создания единой международной шкалы интенсивности и рекомендовало всем странам временное использование в этих целях выработанной шкалы MSK-64. Шкала дополнена соответствующими более подробными пояснениями и таблицами по каждому баллу. От применявшейся в СССР шкалы, составленной С. В. Медведевым, она отличается очень незначительно.
Понятно, что не только указанными признаками можно характеризовать силу землетрясения. Для более широкого ознакомления интересующиеся могут воспользоваться специальной сейсмологической литературой.
Оценка энергии землетрясений
Естественно, что от одного и того же землетрясения на различных расстояниях от эпицентра сотрясения на поверхности Земли не будут одинаковыми, так же как не бывает одинаковой величина предмета, рассматриваемого с различного расстояния. Не будут одинаковыми сотрясения и в том случае, если очаги равных по силе землетрясений располагаются на различной глубине.
Для оценки количества энергии, выделяющейся при землетрясении, или для объективной оценки силы землетрясения применяется другая шкала, носящая название шкалы магнитуд (коротко принято обозначать буквой М). В ней использована изменяющаяся от эпицентрального расстояния по определенному закону величина смещения почвы при землетрясении в поверхностных волнах. Шкала рассчитана таким образом, что разница магнитуд на единицу соответствует разнице амплитуд смещения почвы приблизительно в 10 раз.
За нулевой уровень магнитуды (М = 0) выбран энергетический уровень землетрясения столь низкой интенсивности, чтобы только сделать положительными магнитуды самых слабых из записанных землетрясений.
За максимально большой уровень магнитуды принята энергия возможного сильнейшего землетрясения, соответствующая величине, приблизительно равной 1025 эрг, что, в свою очередь, соответствует энергии разрыва самых прочных пород земной коры при землетрясении с нормальной глубиной очага. По шкале магнитуд это означает приблизительно М=9.
Ниже приводится табл. 3, показывающая, сколько в среднем землетрясений разной энергии происходит на Земле за год.
Существование поясов сейсмичности показывает, что землетрясения происходят далеко не по всей поверхности земного шара. Кроме того, в одном и том же месте очень сильные, особенно катастрофические, землетрясения случаются все-таки довольно редко. Однако, несмотря на это, ежегодно от землетрясений в мире гибнет не одна тысяча человек, не говоря уже о материальных потерях и колоссальных разрушениях, вызываемых ими.
Приведем в очень кратком изложении ряд наиболее характерных примеров таких землетрясений, происшедших на суше с 1887 по 1957 г.