Провісники землетрусів
Спостерігаючи за зміною різних властивостей Землі, сейсмологи сподіваються встановити кореляцію між цими змінами та виникненням землетрусів. Ті властивості Землі, значення яких регулярно змінюються перед землетрусами, називають провісниками, а самі відхилення від нормальних значень – аномаліями.
Нижче буде описано основні (вважають, що їх понад 200) провісники землетрусів, що вивчаються в даний час.
Сейсмічність. Положення і число землетрусів різної магнітуди може бути важливим індикатором сильного землетрусу, що наближається. Наприклад, сильний землетрус часто випереджається роєм слабких поштовхів. Виявлення та підрахунок землетрусів потребує великої кількості сейсмографів та відповідних пристроїв для обробки даних.
Рухи земної кори. Геофізичні мережі за допомогою тріангуляційної мережі на поверхні Землі та спостереження із супутників із космосу можуть виявити великомасштабні деформації (зміна форми) поверхні Землі. На поверхні Землі проводиться виключно точна зйомка лазерними джерелами світла. Повторні зйомки вимагають великих витрат часу та коштів, тому іноді між ними проходить кілька років і зміни на земній поверхні не будуть вчасно помічені та точно датовані. Проте подібні зміни є важливим індикатором деформацій у земній корі.
Опускання та підняття ділянок земної кори. Вертикальні рухи поверхні Землі можна виміряти за допомогою точних нівеліровок на суші або мареографів у морі. Оскільки мареографи встановлюються на грунті, а записують положення рівня моря, вони виявляють тривалі зміни середнього рівня води, які можна інтерпретувати як підняття та опускання суші.
Нахили земної поверхні. Для вимірювання кута нахилуземної поверхні було сконструйовано прилад, званий наклономіром. Наклономери зазвичай встановлюються близько розломів на глибині 1-2 м нижче поверхні землі та їх виміру вказують на виразні зміни нахилів незадовго до виникнення слабких землетрусів.
Деформація. Для вимірювання деформацій гірських порід бурять свердловини і встановлюють деформографи, що фіксують величину відносного зміщення двох точок. Після цього деформація визначається шляхом розподілу відносного усунення точок на відстань між ними. Ці прилади настільки чутливі, що вимірюють деформації в земній поверхні внаслідок земних припливів, спричинених гравітаційним тяжінням Місяця та Сонця. Земні припливи, що є рухом мас земної кори, схоже на морські припливи, викликають зміни висоти суші з амплітудою до 20 см. Крипометри подібні до деформографів і використовуються для вимірювання крипа, або повільного відносного руху крил розлому.
Швидкість сейсмічних хвиль. Швидкість сейсмічних хвиль залежить від напруженого стану гірських порід, якими хвилі поширюються. Зміна швидкості поздовжніх хвиль - спочатку її зниження (до 10%), а потім, перед землетрусом, - повернення до нормального значення, пояснюється зміною властивостей гірських порід при накопиченні напруги.
Геомагнітизм. Земне магнітне поле може зазнавати локальних змін через деформацію гірських порід і рух земної кори. З метою вимірювання малих варіацій магнітного поля розроблено спеціальні магнітометри. Такі зміни спостерігалися перед землетрусами у більшості районів, де було встановлено магнітометри.
Земна електрика. Зміни електроопору гірських порід можуть бути пов'язані із землетрусом. Вимірювання проводяться здопомогою електродів, поміщених у ґрунт на відстані кількох кілометрів один від одного. При цьому вимірюється електричний опір товщі землі між ними. Досліди, проведені сейсмологами Геологічної служби США, виявили деяку кореляцію цього параметра зі слабкими землетрусами.
Вміст радону у підземних водах. Радон – це радіоактивний газ, присутній у ґрунтових водах та у воді свердловин. Він постійно виділяється із Землі в атмосферу. Зміни змісту радону перед землетрусом вперше було помічено у Радянському Союзі, де десятирічне зростання кількості радону, розчиненого у воді глибоких свердловин, змінилося різким його падінням перед землетрусом Ташкентом 1966 року (магнітуда 5.3).
Рівень води в колодязях та свердловинах. Рівень ґрунтових вод перед землетрусами часто підвищується або знижується, як це було в Хайчен (Китай), мабуть через зміни напруженого стану гірських порід. Землетруси можуть прямо впливати на рівень води; вода у свердловинних може коливатися при проходженні сейсмічних хвиль, навіть якщо свердловина знаходиться далеко від епіцентру. Рівень води в свердловинах, що знаходяться поблизу епіцентру, часто зазнає стабільних змін: в одних свердловинах він стає вищим, в інших – нижчим.
Зміна температурного режиму приповерхневих шарів земних. Інфрачервона зйомка з космічної орбіти дозволяє “розглянути” своєрідне теплове покривало нашої планети – невидимий оку тонкий шар сантиметрів завтовшки, створюваний поблизу земної поверхні її тепловим випромінюванням. Наразі накопичено багато факторів, які говорять про зміну температурного режиму приповерхневих земних верств у періоди сейсмічної активізації.
Зміна хімічного складу вод та газів. Усі геодинамічно активнізони Землі відрізняються суттєвою тектонічною роздробленістю земної кори, високим тепловим потоком, вертикальним розвантаженням вод і газів найрябішого та нестабільного у часі хімічного та ізотопного складу. Це створює умови для вступу до підземних
Поведінка тварин. Протягом століть багаторазово повідомлялося про надзвичайну поведінку тварин перед землетрусом, хоча досі повідомлення про це завжди з'являлися після землетрусу, а не до нього. Не можна сказати, чи дійсно описана поведінка була пов'язана із землетрусом, чи це було просто звичайне явище, яке щодня трапляється десь в околицях; до того ж у повідомленнях згадуються як події, які начебто трапилися кілька хвилин до землетрусу, і ті, що сталися кілька днів.
Міграція провісників землетрусів
Значну складність щодо місця вогнища майбутнього землетрусу за спостереженнями за провісниками є великий ареал поширення останніх: відстані, у яких спостерігаються провісники, вдесятеро перевищують розміри розриву в осередку. При цьому короткострокові провісники спостерігаються на більших відстанях, ніж довгострокові, що підтверджує слабший їхній зв'язок з осередком.
Теорія, здатна пояснити деякі з провісників, заснована на лабораторних дослідах із зразками гірських порід при дуже високих тисках. Відома під назвою “теорія дилатансії”, вона вперше була висунута у 1960-х роках У.Брейсом з Массачусетського технологічного інституту та розвинена у 1972 році А.М. Нуром із Станфордського університету. У цій теорії дилатансія означає збільшення обсягу гірської породи при деформації. Коли відбуваються рухи земної кори, у породах зростають напруження іутворюються мікроскопічні тріщини. Ці тріщини змінюють фізичні властивості порід, наприклад, зменшуються швидкості сейсмічних хвиль, збільшується обсяг породи, змінюється електроопір (зростає у сухих породах і зменшується у вологих). Далі, у міру того, як у тріщини проникає вода, вони вже не можуть хлопатися; отже, породи збільшуються обсягом, і поверхню Землі може піднятися. В результаті вода поширюється по всій зані, що розширюється, підвищуючи поровий тиск в тріщинах і знижуючи міцність порід. Ці зміни можуть призвести до землетрусу. Землетрус вивільняє накопичені напруги, вода видавлюється з пір, і багато колишніх властивостей порід відновлюються.