Имя Класс Дата

EARTH EXPLAINED · РАЗРАБОТКА УРОКА

Землетрясения 101

Почему трясётся земля

Видео 8:44Уровень 5–10 классы · Вводный университетский курс геологииСтандарты MS-ESS2-2, MS-ESS2-3, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1
Язык Русский

English · Español · Português · Français · Deutsch · Italiano · Русский · Türkçe · Bahasa Indonesia · Tiếng Việt · 中文 · 日本語 · 한국어 · हिन्दी · বাংলা · اردو · العربية

Смотреть надля школьных сетей, где YouTube заблокирован

Отчего трясётся земля, почему землетрясения происходят именно там, где происходят, как мы их измеряем и от чего зависит, сколько вреда они причиняют?

Около 5:12 утра 18 апреля 1906 года разлом Сан-Андреас сместился на протяжении примерно 296 миль (477 км) на севере Калифорнии, и Сан-Франциско трясло около минуты. Этот урок для начинающих начинается с этого события и по порядку отвечает на четыре вопроса. Отчего трясётся земля: плиты внешней оболочки Земли движутся на несколько сантиметров в год, их края сцепляются, порода изгибается и накапливает энергию, а затем рывком ломается вдоль разлома — это упругая отдача, которую описал Гарри Филдинг Рейд в 1910 году. Почему землетрясения происходят там, где происходят: вдоль краёв плит, где плиты расходятся, скользят друг мимо друга или давят друг на друга, причём самые сильные из всех происходят в зонах субдукции. Как мы их измеряем: сейсмометры записывают P-волны, S-волны и поверхностные волны; магнитуда измеряет высвободившуюся энергию — примерно в 32 раза больше на каждую ступень, — а интенсивность измеряет сотрясение в каждом месте. И что определяет вред: в 2010 году землетрясение магнитудой 7,0 унесло жизни более 100 000 человек на Гаити, а землетрясение магнитудой 8,8 в Чили, высвободившее примерно в 500 раз больше энергии, — около 500, потому что большинство зданий в Чили, построенных по строгим нормам, устояло. Урок завершается тем, что делать: быть готовыми, пригнуться, укрыться и держаться, а после сильных или продолжительных толчков на побережье уходить на возвышенность.

Субтитры (.vtt)Субтитры (.srt)
Субтитры ещё на 16 языках

Цели обучения После урока ученики смогут:

  1. Описать внешнюю оболочку Земли как движущиеся плиты и назвать их типичную скорость (несколько сантиметров в год).
  2. Объяснить упругую отдачу: как сцепленные края плит изгибаются, накапливают энергию и внезапно высвобождают её при смещении по разлому, используя свидетельства 1906 года.
  3. Назвать три способа, которыми встречаются плиты (расхождение, скольжение друг мимо друга, сближение с давлением друг на друга), и описать землетрясения, типичные для каждого из них, в том числе объяснить, почему самые сильные землетрясения происходят в зонах субдукции.
  4. Отличать место, где начинается землетрясение, от его эпицентра и расположить P-волны, S-волны и поверхностные волны в порядке их прихода.
  5. Объяснить, что измеряет магнитуда, и рассчитать, во сколько раз больше энергии высвобождает землетрясение на одну и на две ступени выше по шкале.
  6. Отличать магнитуду от интенсивности и объяснить, почему глубина и мягкий грунт меняют сотрясение в данном месте.
  7. На примере землетрясений 2010 года на Гаити и в Чили объяснить, почему здания во многом определяют вред от землетрясения, и описать, что делать до, во время и после землетрясения.

Перед просмотром

Ключевые понятия ★ дополнительные термины для старших учеников

Тектоническая плита
Один из гигантских жёстких фрагментов внешней оболочки Земли. Плиты движутся на несколько сантиметров в год — примерно с такой скоростью, с какой растут ногти.
Разлом
Трещина в горной породе, вдоль которой две стороны могут смещаться друг относительно друга. Землетрясение — это внезапное смещение по разлому.
Упругая отдача
Объяснение землетрясений, которое дал Гарри Филдинг Рейд в 1910 году: порода вдоль сцепленного разлома медленно изгибается, пока движутся плиты, накапливая энергию, а затем распрямляется рывком, когда по разлому происходит смещение.
Зона субдукции
Место, где одна плита погружается под другую, вниз в мантию. Плиты могут сцепиться на огромной площади, и все когда-либо измеренные землетрясения магнитудой 9 и выше произошли в таких зонах.
Эпицентр
Точка на поверхности Земли прямо над местом, где начинается землетрясение. Именно её отмечают точкой на карте землетрясений.
Гипоцентр (очаг)★
Место под землёй, где разлом разрывается впервые и начинается землетрясение. Большинство разрушительных землетрясений начинается в верхних нескольких десятках километров; многие — на глубине менее примерно 20 км (12 миль).
Сейсмометр
Прибор, который записывает движения земли. Его запись называется сейсмограммой.
P-волна
Самая быстрая сейсмическая волна, приходящая первой. Она сжимает и растягивает породу вдоль своего пути и обычно несильная.
S-волна
Волна, приходящая второй. Она раскачивает породу поперёк своего пути, вверх-вниз или из стороны в сторону, и вместе с поверхностными волнами приносит самые сильные толчки.
Поверхностная волна
Самые медленные сейсмические волны, катящиеся по поверхности земли; они приходят последними.
Магнитуда
Одно число, выражающее энергию, высвободившуюся при землетрясении. Каждая целая ступень вверх означает примерно в 32 раза больше энергии. Учёные используют шкалу моментной магнитуды (1979), которая заменила для сильных землетрясений шкалу Рихтера 1935 года.
Интенсивность
Насколько сильно тряслась земля в конкретном месте. У одного землетрясения одна магнитуда, но много значений интенсивности, которые измеряются по модифицированной шкале Меркалли.
Разжижение грунта
Явление, при котором от сотрясений рыхлый влажный грунт ведёт себя как жидкость, так что стоящие на нём здания проседают или кренятся.
Афтершок
Более слабое землетрясение, которое следует за сильным поблизости в течение недель или даже лет.
Раннее предупреждение о землетрясениях
Система, которая улавливает первые, быстрые P-волны и рассылает оповещение до прихода сильных толчков. Такие системы есть, например, в Японии и на Западном побережье США (ShakeAlert); есть они также в Мексике, на Тайване и в других местах.
Прогноз
Оценка вероятности землетрясения в регионе на много лет вперёд. В отличие от предсказания, прогноз не называет время, место и силу.

Главы Выберите время, чтобы смотреть с этого места

0:005:12 утра

Около 5:12 утра 18 апреля 1906 года земля под Сан-Франциско заходила волнами. Сильные толчки длились примерно от 45 до 60 секунд; рушились здания, лопались газопроводы, а пожары бушевали три дня. Где-то на Земле примерно каждые пять минут происходит землетрясение, которое могут почувствовать люди (около 100 000 в год). Лекция задаёт четыре вопроса и по порядку на них отвечает.

0:48Сцепление, затем рывок

Внешняя оболочка Земли расколота на плиты, которые движутся на несколько сантиметров в год. Там, где плиты сходятся, их края сцепляются, а сами плиты продолжают двигаться, поэтому порода изгибается и накапливает энергию. Когда она больше не выдерживает, она ломается вдоль разлома, и две стороны рывком смещаются относительно друг друга: это землетрясение. В 1906 году разлом Сан-Андреас сместился на протяжении около 296 миль (477 км), сдвинув дороги и заборы на величину до примерно 20 футов (6 м). Гарри Филдинг Рейд сравнил геодезические съёмки местности, сделанные до и после землетрясения, и объяснил его упругой отдачей (1910).

2:13Где они происходят

На карте землетрясения обрисовывают края плит, и больше всего их вокруг Тихого океана (Огненное кольцо). Там, где плиты расходятся, как в Исландии, кора растягивается, а блоки опускаются: землетрясения обычно неглубокие и более слабые. Там, где плиты скользят друг мимо друга, большинство таких разломов лежит под морем, но на суше, как Сан-Андреас, они проходят рядом с городами. Там, где плиты давят друг на друга, одна обычно погружается под другую в зоне субдукции — там произошли все когда-либо измеренные землетрясения магнитудой 9 и выше; там, где сталкиваются два континента, как в Гималаях, кора сминается в горы. Некоторые сильные землетрясения происходят далеко от краёв плит, как у Нью-Мадрида в штате Миссури в 1811–1812 годах.

3:44Как измерить сотрясение

Землетрясение начинается в одной точке под землёй, часто на глубине менее 20 км, и разрыв стремительно распространяется вдоль разлома; эпицентр — это точка на поверхности над местом начала. Сейсмометры записывают сначала P-волны, затем S-волны, затем поверхностные волны; самые сильные толчки приносят S-волны и поверхностные волны. Магнитуда измеряет энергию: каждая ступень — это примерно в 32 раза больше, поэтому землетрясение магнитудой 7 высвобождает примерно в 1000 раз больше энергии, чем магнитудой 5. Интенсивность измеряет сотрясение в каждом месте: оно сильнее всего у разлома, сильнее при менее глубоких землетрясениях той же силы и гораздо сильнее на мягком грунте, как в районе Марина в Сан-Франциско в 1989 году.

5:40Здания, а не землетрясения

12 января 2010 года землетрясение магнитудой 7,0 произошло совсем рядом с Порт-о-Пренсом на Гаити; плохо построенные здания из бетона и кирпича обрушились, и погибли более 100 000 человек. 27 февраля 2010 года землетрясение магнитудой 8,8, высвободившее примерно в 500 раз больше энергии, произошло у самого побережья Чили. Толчки были сильными, но в Чили действовали строгие строительные нормы, и большинство зданий устояло; погибли около 500 человек. Системы раннего предупреждения могут дать несколько секунд, но не в непосредственной близости от разлома. Будьте готовы (закрепите тяжёлую мебель); во время толчков — пригнитесь, укройтесь, держитесь; на побережье сильные или продолжительные толчки означают, что нужно уходить на возвышенность. Никому ещё не удавалось надёжно предсказать крупное землетрясение; вместо этого учёные прогнозируют вероятность.

7:53Три вещи

Землетрясение — это внезапное смещение по разлому, высвобождающее напряжение, которое медленно накапливалось, пока двигались плиты. Большинство землетрясений происходит там, где сходятся плиты, а самые сильные — там, где одна плита погружается под другую. Магнитуда измеряет землетрясение, интенсивность — сотрясение, а здания решают, сколько вреда оно причинит. Лекция «Землетрясения 201» идёт глубже: внутрь разлома, сквозь ядро планеты и в прогнозирование.

Распространённые заблуждения Для учителя

ЗаблуждениеСамое безопасное место во время землетрясения — дверной проём.

Что показывают данныеВ современных домах дверной проём не прочнее любой другой части дома и не защищает от падающих или летящих предметов. Опуститесь на четвереньки, прикройте голову и шею (под прочным столом, если он рядом) и держитесь, пока тряска не прекратится.

ЗаблуждениеКак только начинаются толчки, нужно выбегать на улицу.

Что показывают данныеМногие травмы получают люди, которые передвигаются во время толчков: при падениях и от стекла и обломков, падающих со зданий. Оставайтесь на месте: пригнитесь, укройтесь, держитесь; выходите на улицу только после того, как толчки прекратятся, если это безопасно.

ЗаблуждениеУчёные умеют предсказывать землетрясения.

Что показывают данныеЕщё никому не удавалось надёжно предсказать время, место и силу крупного землетрясения. Вместо этого учёные прогнозируют вероятность на годы и десятилетия вперёд: например, вероятность более 99% землетрясения магнитудой 6,7 или выше где-либо в Калифорнии в течение 30 лет (UCERF3, 2015).

ЗаблуждениеЗемлетрясение магнитудой 7 лишь немного сильнее землетрясения магнитудой 6.

Что показывают данныеКаждая целая ступень вверх по шкале магнитуд означает примерно в 32 раза больше энергии, поэтому землетрясение магнитудой 7 высвобождает примерно в 32 раза больше энергии, чем магнитудой 6, и примерно в 1000 раз больше, чем магнитудой 5.

ЗаблуждениеЧем больше магнитуда, тем больше людей погибает.

Что показывают данныеВред зависит от того, где происходит землетрясение, на какой глубине оно начинается, от грунта и прежде всего от зданий. Землетрясение магнитудой 7,0 на Гаити в 2010 году унесло жизни более 100 000 человек; землетрясение магнитудой 8,8 в Чили шесть недель спустя, высвободившее примерно в 500 раз больше энергии, — около 500.

Вопросы для обсуждения

  1. Плиты движутся всего на несколько сантиметров в год. Как такое медленное движение может вызвать землетрясение, которое длится меньше минуты, но сдвигает землю на несколько метров?
  2. Посмотрите на карту землетрясений. Какие края плит самые активные? Почему на краях Тихого океана могут происходить самые сильные землетрясения?
  3. Как вы думаете, почему землетрясения в районе Нью-Мадрида 1811–1812 годов удивляют учёных? Что их существование говорит о границах закономерности, связанной с краями плит?
  4. В 2010 году и на Гаити, и в Чили произошли сильные землетрясения, но их последствия очень различались. Какие ещё различия, кроме строительных норм, могут иметь значение?
  5. Раннее предупреждение может дать несколько секунд. Составьте список того, что город, школа или семья могли бы сделать за десять секунд, чтобы уменьшить вред.
  6. Если учёные не могут предсказывать землетрясения, чем полезен прогноз? Кому следует пользоваться 30-летним прогнозом для Калифорнии и как?

Тест Выберите ответ — он проверится сам

1.Согласно уроку, примерно с какой скоростью движутся плиты Земли?

2.Что такое упругая отдача?

3.Где происходит больше всего землетрясений?

4.Где произошли все когда-либо измеренные землетрясения магнитудой 9 и выше?

5.Что такое эпицентр землетрясения?

6.В каком порядке сейсмические волны приходят к сейсмометру?

7.Примерно во сколько раз больше энергии высвобождает землетрясение магнитудой 7, чем магнитудой 5?

8.Чем отличается магнитуда от интенсивности?

9.Почему при землетрясении магнитудой 8,8 в Чили погибло гораздо меньше людей, чем при землетрясении магнитудой 7,0 на Гаити, если оба произошли в 2010 году?

10.Вы находитесь у побережья, и толчки сильные или длятся долго. Что нужно сделать, как только они прекратятся?

Письменный ответ

1. Используя представление об упругой отдаче, объясните, как плиты, которые движутся всего на несколько сантиметров в год, могут вызвать внезапное землетрясение. Приведите в ответе свидетельства 1906 года.

Что включает хороший ответ

Плиты движутся равномерно, но их края сцеплены трением, поэтому порода вдоль разлома не проскальзывает, а изгибается и накапливает энергию десятилетиями или столетиями. Когда накопленное напряжение превышает то, что может выдержать разлом, по разлому происходит внезапное смещение, и изогнутая порода распрямляется рывком. В 1906 году разлом Сан-Андреас сместился на протяжении около 296 миль (477 км), и пересекавшие его дороги и заборы сдвинулись на величину до примерно 20 футов (6 м). Рейд сравнил геодезические съёмки местности, сделанные до и после землетрясения, которые показали медленный изгиб и распрямление, и опубликовал теорию в 1910 году.

2. Нарисуйте разрез землетрясения: разлом, точку, где оно начинается, эпицентр и расходящиеся волны. Затем объясните, почему удалённый сейсмометр записывает P-волны раньше S-волн и поверхностных волн и как это использует раннее предупреждение.

Что включает хороший ответ

На рисунке показан разлом, уходящий вглубь земли, точка на нём, где начинается разрыв (гипоцентр), эпицентр прямо над ней на поверхности и кольца, расходящиеся от места начала. P-волны распространяются быстрее всех, поэтому достигают удалённого сейсмометра первыми; S-волны медленнее и приходят следом, а поверхностные волны, самые медленные, приходят последними. Системы раннего предупреждения улавливают первые P-волны вблизи разлома и рассылают оповещение, которое может опередить более медленные и сильные толчки, давая несколько секунд местам подальше, но не местам в непосредственной близости от разлома.

3. Сравните землетрясения 2010 года на Гаити (магнитуда 7,0) и в Чили (магнитуда 8,8). Рассчитайте, примерно во сколько раз больше энергии высвободило землетрясение в Чили, и объясните, почему число погибших там было настолько меньше.

Что включает хороший ответ

Разница составляет 1,8 ступени магнитуды. Каждая ступень — это примерно в 32 раза больше энергии (10^1.5), поэтому 1,8 ступени — это примерно 10^(1.5 × 1.8) = 10^2.7 ≈ 500 раз. И всё же в Чили погибли около 500 человек, а на Гаити — более 100 000. Землетрясение на Гаити произошло совсем рядом со столицей, под плохо построенными зданиями из бетона и кирпича со слишком малым количеством стали, которые обрушились. Землетрясение в Чили произошло у самого побережья и сильно тряхнуло города, но в стране действовали строгие строительные нормы, выработанные на опыте многих смертоносных землетрясений, и большинство зданий устояло. Большую часть разницы определили здания.

Углублённо Вуз и профильные старшие классы

Как измеряют магнитуду

Моментная магнитуда основана на сейсмическом моменте M₀ = μ·A·D: жёсткость породы (μ, около 3 × 10¹⁰ паскалей для пород земной коры), умноженная на площадь сместившейся части разлома (A) и на среднее смещение (D). Hanks и Kanamori (1979) определили Mw = (2/3)log₁₀M₀ − 10.7, где M₀ выражается в дин-сантиметрах; если M₀ выражать в ньютон-метрах, стандартная форма — Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1). Если преобразовать формулу, M₀ = 101.5 Mw + 9.1, так что каждая целая ступень умножает момент, а приблизительно и излучённую энергию, на 101.5 ≈ 32. Шкала Рихтера 1935 года основывалась на наибольшем размахе колебаний, записанном стандартным сейсмометром Wood-Anderson на юге Калифорнии; для очень сильных землетрясений она перестаёт расти (насыщается), поэтому её и заменила моментная магнитуда.

Как сейсмологи определяют место землетрясения

В земной коре P-волны распространяются со скоростью примерно 6 км/с, а S-волны — примерно 3,5 км/с. Чем больше промежуток между приходом P-волн и S-волн на станцию, тем дальше землетрясение: по эмпирическому правилу, на каждую секунду разницы S минус P приходится около 8 км расстояния. Если известно расстояние от трёх или более станций, окружности, проведённые вокруг каждой станции, пересекаются в эпицентре. Современные сети используют сотни станций и время прихода многих волн одновременно, а также определяют глубину. В лекции «Землетрясения 201» эта тема развивается дальше.

Почему сотрясение зависит от грунта

Сейсмические волны замедляются, когда переходят из твёрдой породы в мягкие осадки. Чтобы переносить ту же энергию, они становятся выше, поэтому мягкий грунт трясёт сильнее: в 1989 году участки на иле залива и искусственном насыпном грунте района Марина в Сан-Франциско тряслись гораздо сильнее, чем соседние участки на скальном основании. Если мягкий грунт рыхлый, песчаный и насыщен водой, сотрясения могут раздвинуть зёрна так, что вес будет нести вода: это разжижение грунта. Строительные нормы теперь учитывают грунт, а карты ShakeMaps от USGS оценивают сотрясение в каждом месте с учётом как самого землетрясения, так и местного грунта.

Землетрясения вдали от краёв плит

Землетрясения в районе Нью-Мадрида с декабря 1811 по февраль 1812 года произошли в середине Северо-Американской плиты, вдоль рифта Рилфут — древней ослабленной зоны земной коры. Подобные старые разломы могут активизироваться под действием напряжений, которые плиты передают через свою внутреннюю часть. Поскольку кора центральной и восточной части Северной Америки старая, холодная и твёрдая, волны распространяются в ней далеко с небольшими потерями, поэтому землетрясения там ощущаются на гораздо больших площадях, чем землетрясения той же магнитуды на западе.

Прогнозы и их пределы

Прогноз указывает вероятность землетрясений сильнее определённой величины в регионе за определённый промежуток времени. Третий прогноз Uniform California Earthquake Rupture Forecast (UCERF3, 2015; его подготовили USGS, California Geological Survey и Southern California Earthquake Center) объединил скорости смещения по разломам, историю прошлых землетрясений и геодезические измерения медленного движения земли и дал вероятность более 99% хотя бы одного землетрясения магнитудой 6,7 или выше в Калифорнии в течение 30 лет. В 1975 году эвакуация в Хайчэне (Китай), проведённая на основании серии форшоков, спасла много жизней, но заранее отличить форшоки от обычных землетрясений невозможно. На следующий год Таншаньское землетрясение (1976) произошло без форшоков и без предупреждения и унесло жизни около 240 000 человек. Пока ни один метод не позволяет надёжно предсказать время, место и силу крупного землетрясения.

Соответствие стандартам

Next Generation Science Standards (NGSS, США)

MS-ESS2-2

Построить основанное на доказательствах объяснение того, как геологические процессы изменяли поверхность Земли в разных временных и пространственных масштабах.

В этом выпуске: Медленное движение плит, накопленное как напряжение и высвобожденное за секунды; смещения 1906 года и упругая отдача.

MS-ESS2-3

Анализировать и интерпретировать данные о распространении окаменелостей и горных пород, очертаниях континентов и строении морского дна, чтобы получить свидетельства прошлых движений плит.

В этом выпуске: Дополнительно: карта землетрясений мира обрисовывает океанические желоба и срединно-океанические хребты, которые свидетельствуют о прошлых движениях плит.

MS-ESS3-2

Анализировать и интерпретировать данные о природных опасностях, чтобы прогнозировать будущие катастрофические события и обосновывать разработку технологий для смягчения их последствий.

В этом выпуске: Магнитуда и интенсивность, раннее предупреждение, строительные нормы (Гаити и Чили, 2010) и 30-летний прогноз для Калифорнии.

HS-ESS2-1

Разработать модель, показывающую, как внутренние и поверхностные процессы Земли действуют в разных пространственных и временных масштабах, формируя особенности рельефа континентов и океанского дна.

В этом выпуске: Модели плит, которые расходятся, скользят друг мимо друга и погружаются одна под другую, и столкновения континентов в Гималаях.

HS-ESS3-1

Построить основанное на доказательствах объяснение того, как доступность природных ресурсов, природные опасности и изменения климата влияли на деятельность человека.

В этом выпуске: Почему вред определяют здания; подготовка, «пригнитесь, укройтесь, держитесь» и естественное предупреждение о цунами.

HS-PS4-1

Использовать математические представления, чтобы обосновать утверждение о связи между частотой, длиной волны и скоростью волн, распространяющихся в различных средах.

В этом выпуске: P-волны, S-волны и поверхностные волны; их скорости и порядок прихода; волны, которые замедляются и растут в мягком грунте.

Advanced Placement (AP, США)

AP Environmental Science, Unit 4

Earth Systems and Resources (системы и ресурсы Земли): тектоника плит и землетрясения.

В этом выпуске: Границы плит, разломы и распределение землетрясений.

Университетские курсы

Introductory physical geology

Тектоника плит и землетрясения: разломы, упругая отдача, сейсмические волны, магнитуда и интенсивность, сейсмические опасности.

В этом выпуске: Урок охватывает темы первой недели вводного раздела о землетрясениях; определение места землетрясений и внутреннее строение Земли рассматриваются далее в «Землетрясениях 201».

Расшифровка Текст диктора на русском, как в субтитрах

0:005:12 утра

В пять часов 12 минут весенним утром 1906 года Сан-Франциско ещё спал. Затем без всякого предупреждения земля заходила волнами. Около минуты трясло весь город. Рушились здания, лопались газопроводы, а пожары бушевали три дня.

0:16То, что произошло под Сан-Франциско в то утро, происходит по всей планете. Где-то на Земле примерно каждые пять минут земля трясётся так сильно, что это чувствуют люди. Большинство этих землетрясений небольшие. Лишь немногие меняют историю.

0:30В этой лекции мы начнём с самого начала — с четырёх вопросов. Отчего трясётся земля? Почему землетрясения происходят именно там, где происходят? Как мы их измеряем? И от чего зависит, сколько вреда они причиняют?

0:48Сцепление, затем рывок

Чтобы понять то утро, начнём с самой земли. Внешняя оболочка Земли — не единый твёрдый кусок. Она расколота на гигантские плиты, которые прилегают друг к другу, как треснувшая яичная скорлупа. Плиты всё время движутся, но медленно — всего на несколько сантиметров в год. Примерно с такой скоростью растут ваши ногти.

1:06Там, где сходятся две плиты, их края не скользят плавно. Они цепляются друг за друга и застревают, а сами плиты продолжают двигаться. Горная порода вдоль края медленно изгибается, как линейка, на один конец которой давят. Год за годом она накапливает энергию.

1:20В конце концов порода больше не выдерживает. Она ломается вдоль трещины, которая называется разломом, и две стороны рывком смещаются относительно друг друга. Вся накопленная энергия вырывается наружу в виде волн, бегущих сквозь землю. Это внезапное смещение и есть землетрясение.

1:35Именно это произошло в 1906 году. Разлом Сан-Андреас сместился на протяжении почти 300 миль — около 480 километров. Дороги и заборы, пересекавшие его, были разорваны. Местами две стороны сдвинулись на целых 20 футов — около 6 метров.

1:53Геолог по имени Гарри Филдинг Рейд сравнил геодезические съёмки местности, сделанные до и после землетрясения. Они показали, что земля десятилетиями медленно изгибалась, а потом рывком распрямилась, как отпущенная пружина. Он назвал это упругой отдачей. Именно так учёные до сих пор объясняют землетрясения.

2:13Где они происходят

Нанесите все землетрясения на карту, и сразу бросится в глаза закономерность. Они выстраиваются вдоль краёв плит. Самый активный край опоясывает Тихий океан — это Огненное кольцо, которому посвящена отдельная лекция. Плиты встречаются тремя способами, и каждый из них по-своему сотрясает землю.

2:29Там, где плиты расходятся, как в Исландии, кора растягивается и трескается, а блоки горных пород опускаются вниз. Такие землетрясения обычно неглубокие и довольно слабые.

2:40Там, где плиты со скрежетом скользят боком друг мимо друга, земля рывками ходит из стороны в сторону. Большинство таких разломов лежит под морем. Но на суше, как Сан-Андреас, они могут быть очень опасны, потому что проходят рядом с городами.

2:54Там, где плиты давят друг на друга, одна обычно уходит под другую — в так называемой зоне субдукции. Две плиты могут сцепиться на огромной площади. Именно там происходят землетрясения-гиганты. Все когда-либо измеренные землетрясения магнитудой 9 и выше произошли в зонах субдукции.

3:11Там, где давят друг на друга два континента, ни один из них не погружается. Вместо этого кора сминается и поднимается горами, как Гималаи. Вдоль этого пояса, от Пакистана до Китая, произошли одни из самых смертоносных землетрясений на суше.

3:25Некоторые землетрясения происходят далеко от любого края плиты. Зимой 1811 и 1812 годов серия мощных землетрясений потрясла центр Соединённых Штатов в районе Нью-Мадрида в штате Миссури. Они редки, но показывают, что края плит объясняют не всё.

3:44Как измерить сотрясение

Каждое землетрясение начинается в одной точке под землёй, где разлом разрывается сначала, — часто на глубине менее 20 километров. Затем разрыв стремительно распространяется вдоль разлома. Точка на поверхности прямо над местом, где всё началось, — это эпицентр, та самая точка на карте землетрясений. Волны расходятся во все стороны, как рябь по пруду.

4:04Приборы, которые называются сейсмометрами, записывают эти волны, и они всегда приходят в одном и том же порядке. Первыми приходят P-волны, которые сжимают и растягивают породу. Они самые быстрые и обычно несильные. Затем S-волны раскачивают породу вверх-вниз или из стороны в сторону. Последними приходят поверхностные волны, катящиеся по земле. Самые сильные толчки приносят S-волны и поверхностные волны.

4:27Чтобы сравнивать землетрясения, учёные присваивают каждому магнитуду — одно число, показывающее, сколько энергии оно высвободило. Каждая ступень вверх по шкале означает примерно в 32 раза больше энергии. Так что землетрясение магнитудой 7 не просто немного больше, чем магнитудой пять. Оно высвобождает примерно в 1000 раз больше энергии.

4:45Возможно, вы слышали о шкале Рихтера — первой шкале магнитуд, созданной в 1935 году. Сейчас учёные используют более новую шкалу — шкалу моментной магнитуды, — которая работает даже для самых сильных землетрясений.

4:59Магнитуда описывает землетрясение. Интенсивность описывает сотрясение: насколько сильно двигалась земля в конкретном месте. У одного землетрясения одна магнитуда, но много уровней сотрясения: сильнее всего у разлома и слабее по мере удаления.

5:15Интенсивность зависит не только от расстояния. Из двух одинаковых по силе землетрясений то, что произошло на меньшей глубине, сотрясает поверхность сильнее. Мягкий грунт, например рыхлый песок или насыпная земля, может сделать сотрясения гораздо сильнее. Именно это произошло в 1989 году в районе Марина в Сан-Франциско — об этом рассказывает наша лекция о землетрясении Мировой серии.

5:40Здания, а не землетрясения

У инженеров есть поговорка: людей убивают не землетрясения, а здания. В январе 2010 года землетрясение магнитудой 7 произошло совсем рядом со столицей Гаити, Порт-о-Пренсом. Многие здания были плохо построены из бетона и кирпича, со слишком малым количеством стали, и они обрушились. Погибли более 100 000 человек.

5:59Примерно через шесть недель гораздо более сильное землетрясение произошло в Чили. Его магнитуда составила 8,8, и оно высвободило примерно в 500 раз больше энергии. Толчки были сильными, но в Чили действовали строгие строительные нормы, выработанные на опыте многих смертоносных землетрясений, и большинство зданий устояло. Погибли около 500 человек.

6:19Помочь могут и системы предупреждения. Поскольку P-волны приходят первыми, датчики вблизи разлома могут уловить их и разослать оповещение до прихода сильных толчков. Такие системы есть и в Японии, и на Западном побережье США. Предупреждение может прийти всего за секунды, но этого достаточно, чтобы замедлить поезда, открыть ворота пожарных депо и дать людям укрыться. Совсем рядом с разломом предупреждения может не быть вовсе.

6:45Подготовьтесь заранее: прикрепите высокую и тяжёлую мебель к стене. Когда начнутся толчки, опуститесь на четвереньки. Прикройте голову и шею — под прочным столом, если он рядом. Держитесь, пока тряска не прекратится. Не выбегайте на улицу и не вставайте в дверной проём: в современном доме он не прочнее любого другого места.

7:05Сильные толчки могут принести и другие опасности: оползни на крутых склонах, пожары из-за повреждённых газопроводов, а у побережья — цунами. Если вы находитесь у побережья и толчки сильные или длятся дольше примерно 20 секунд, сразу уходите на возвышенность или вглубь суши. Не ждите официального предупреждения. Само землетрясение может оказаться вашим единственным предупреждением.

7:27После сильного землетрясения следуют афтершоки — более слабые толчки поблизости, которые могут продолжаться неделями и даже годами. Ещё никому не удавалось надёжно предсказать время, место и силу крупного землетрясения. Вместо этого учёные прогнозируют вероятность. Официальный прогноз Калифорнии называет сильное землетрясение где-либо в штате в течение 30 лет практически несомненным.

7:53Три вещи

Итак, запомните три вещи. Первое: землетрясение — это внезапное смещение по разлому, высвобождающее напряжение, которое медленно накапливалось, пока двигались плиты. Второе: большинство землетрясений происходит там, где сходятся плиты, а самые сильные — там, где одна плита погружается под другую. И третье: магнитуда измеряет землетрясение, интенсивность — сотрясение, а здания решают, сколько вреда оно причинит.

8:16Земля под вами каждый год сдвигается на несколько сантиметров. Землетрясения — это моменты, когда она навёрстывает упущенное. В лекции «Землетрясения двести один» мы пойдём глубже: внутрь разлома, вниз сквозь ядро планеты и в науку о прогнозировании. Спасибо, что смотрели Earth Explained. Подпишитесь, чтобы не пропустить следующую лекцию, и наблюдайте за планетой в прямом эфире, круглосуточно, на EarthWatch 24-7.

Источники

  1. U.S. Geological Survey. The Great 1906 San Francisco Earthquake. Earthquake Hazards Program. earthquake.usgs.gov/earthquakes/events/1906calif/18aprilИспользовано для: Время, продолжительность толчков, длина разрыва, смещения, пожары
  2. Lawson, A. C., et al. (1908–1910). The California Earthquake of April 18, 1906: Report of the State Earthquake Investigation Commission. Carnegie Institution of Washington. Vol. 2: H. F. Reid, The Mechanics of the Earthquake (1910). archive.org/details/californiaearthq872caliИспользовано для: Упругая отдача по данным съёмок до и после землетрясения
  3. U.S. Geological Survey. Cool Earthquake Facts. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/cool-earthquake-factsИспользовано для: Около 100 000 ощутимых землетрясений в год; скорость движения по разлому Сан-Андреас в сравнении с ростом ногтей
  4. U.S. Geological Survey. 20 Largest Earthquakes in the World Since 1900. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/science/20-largest-earthquakes-world-1900Использовано для: Пять землетрясений магнитудой 9 и выше и их магнитуды
  5. U.S. Geological Survey. The 1811–1812 New Madrid, Missouri, Earthquakes. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/science/1811-1812-new-madrid-missouri-earthquakesИспользовано для: Землетрясения 1811–1812 годов
  6. U.S. Geological Survey. Earthquake Magnitude, Energy Release, and Shaking Intensity. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/earthquake-magnitude-energy-release-and-shaking-intensityИспользовано для: Магнитуда, примерно в 32 раза больше энергии на ступень, интенсивность
  7. Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research, 84(B5), 2348–2350. doi.org/10.1029/JB084iB05p02348Использовано для: Моментная магнитуда
  8. U.S. Geological Survey. ShakeMap: M 6.9 Loma Prieta, 1989. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/nc216859/shakemapИспользовано для: Интенсивность сотрясений сильнее всего у разлома и на мягком грунте
  9. U.S. Geological Survey. M 7.0 – Haiti, January 12, 2010. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp000h60hИспользовано для: Магнитуда, место и глубина землетрясения на Гаити
  10. U.S. Geological Survey. M 8.8 – 2010 Maule, Chile, February 27, 2010. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20100227063411530_30Использовано для: Магнитуда и место землетрясения в Чили
  11. Burkett, E. R., Given, D. D., & Jones, L. M. (2014, revised 2017). ShakeAlert—An earthquake early warning system for the United States West Coast. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2014–3083. pubs.usgs.gov/publication/fs20143083Использовано для: Раннее предупреждение и что оно может запускать
  12. Earthquake Country Alliance. Drop, Cover, and Hold On. The Great ShakeOut. www.shakeout.org/dropcoverholdonИспользовано для: Что делать во время толчков; миф о дверном проёме; закрепление мебели
  13. NOAA / National Weather Service. Tsunami Safety. www.weather.gov/safety/tsunami-duringИспользовано для: Естественные предупреждения: сильные или продолжительные толчки на побережье
  14. U.S. Geological Survey. Can you predict earthquakes? www.usgs.gov/faqs/can-you-predict-earthquakesИспользовано для: Предсказание и прогнозирование
  15. Field, E. H., et al. (2015). Long-Term Time-Dependent Probabilities for the Third Uniform California Earthquake Rupture Forecast (UCERF3). Bulletin of the Seismological Society of America, 105(2A), 511–543. doi.org/10.1785/0120140093Использовано для: Вероятность более 99% землетрясения M6.7+ в Калифорнии в течение 30 лет
  16. Field, E. H., & 2014 Working Group on California Earthquake Probabilities (2015). UCERF3: A New Earthquake Forecast for California's Complex Fault System. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2015–3009. pubs.usgs.gov/fs/2015/3009Использовано для: Вероятность более 99% землетрясения M6.7+ в Калифорнии в течение 30 лет (изложение простым языком)
  17. Wang, K., Chen, Q.-F., Sun, S., & Wang, A. (2006). Predicting the 1975 Haicheng earthquake. Bulletin of the Seismological Society of America, 96(3), 757–795. doi.org/10.1785/0120050191Использовано для: Хайчэн, 1975

Изображения в выпуске: USGS, NOAA и NASA (общественное достояние), карты NASA/USGS Landsat через NASA GIBS; анимация EarthWatch 24-7. Полный список: earthwatch247.com/credits.html.

Как цитировать урок

EarthWatch 24-7. (2026). Землетрясения 101: Почему трясётся земля [Видеоурок]. Earth Explained: Землетрясения 101. https://earthwatch247.com/learn/earthquakes-101/ru/

Ответы

  1. C. Плиты движутся равномерно, на несколько сантиметров в год (USGS). Землетрясение высвобождает сразу много лет этого медленного движения.
  2. A. Гарри Филдинг Рейд описал её в 1910 году, сравнив съёмки, сделанные до и после землетрясения 1906 года в Сан-Франциско.
  3. D. На карте землетрясения обрисовывают края плит, и больше всего их вокруг Тихого океана (Огненное кольцо).
  4. B. В зонах субдукции плиты могут сцепиться на огромной площади. Все пять таких землетрясений с 1900 года (Камчатка 1952, Чили 1960, Аляска 1964, Суматра 2004, Япония 2011) произошли в зонах субдукции (USGS).
  5. A. Землетрясение начинается в точке под землёй (гипоцентре, или очаге); эпицентр — это точка на поверхности над ней. Самые сильные толчки часто ощущаются вдоль всего разлома, а не только в эпицентре.
  6. C. P-волны самые быстрые и приходят первыми; следом идут S-волны; поверхностные волны самые медленные. Системы раннего предупреждения основаны на этом опережении.
  7. B. Каждая целая ступень — это примерно в 32 раза больше энергии, поэтому две ступени — примерно 32 × 32 ≈ 1000 раз.
  8. D. У одного землетрясения одна магнитуда, но много значений интенсивности: сильнее всего у разлома и слабее по мере удаления, а также сильнее на мягком грунте.
  9. C. Землетрясение в Чили высвободило примерно в 500 раз больше энергии и сильно тряхнуло города, но здания, построенные по строгим нормам, выработанным на опыте прежних землетрясений, в основном устояли. На Гаити плохо построенные здания из бетона и кирпича обрушились.
  10. A. Сильные или продолжительные толчки на побережье — это естественное предупреждение о цунами (NOAA). Само землетрясение может оказаться единственным предупреждением, которое вы получите.

Письменный ответ

  1. Плиты движутся равномерно, но их края сцеплены трением, поэтому порода вдоль разлома не проскальзывает, а изгибается и накапливает энергию десятилетиями или столетиями. Когда накопленное напряжение превышает то, что может выдержать разлом, по разлому происходит внезапное смещение, и изогнутая порода распрямляется рывком. В 1906 году разлом Сан-Андреас сместился на протяжении около 296 миль (477 км), и пересекавшие его дороги и заборы сдвинулись на величину до примерно 20 футов (6 м). Рейд сравнил геодезические съёмки местности, сделанные до и после землетрясения, которые показали медленный изгиб и распрямление, и опубликовал теорию в 1910 году.
  2. На рисунке показан разлом, уходящий вглубь земли, точка на нём, где начинается разрыв (гипоцентр), эпицентр прямо над ней на поверхности и кольца, расходящиеся от места начала. P-волны распространяются быстрее всех, поэтому достигают удалённого сейсмометра первыми; S-волны медленнее и приходят следом, а поверхностные волны, самые медленные, приходят последними. Системы раннего предупреждения улавливают первые P-волны вблизи разлома и рассылают оповещение, которое может опередить более медленные и сильные толчки, давая несколько секунд местам подальше, но не местам в непосредственной близости от разлома.
  3. Разница составляет 1,8 ступени магнитуды. Каждая ступень — это примерно в 32 раза больше энергии (10^1.5), поэтому 1,8 ступени — это примерно 10^(1.5 × 1.8) = 10^2.7 ≈ 500 раз. И всё же в Чили погибли около 500 человек, а на Гаити — более 100 000. Землетрясение на Гаити произошло совсем рядом со столицей, под плохо построенными зданиями из бетона и кирпича со слишком малым количеством стали, которые обрушились. Землетрясение в Чили произошло у самого побережья и сильно тряхнуло города, но в стране действовали строгие строительные нормы, выработанные на опыте многих смертоносных землетрясений, и большинство зданий устояло. Большую часть разницы определили здания.