VIVOS VOCO евич і сотр, Вплив штормових вібрацій на землетруси
ВПЛИВ ШТОРМОВИХ ВІБРАЦІЙ НА ЗЕМЛЕТРЯСИ
В.Н.Табулевич, кандидат фізико-математичних наук Є.Н.Чорних, кандидат геолого-мінералогічних наук В.А.Потапов, доктор геолого-мінералогічних наук >Н.Н.Дреннова Інститут земної кори СО РАН Іркутськ
Товчання, хвилі, що біжать, і мікросейсми
Рис.1.Комплекс явищ, що виникає від стоячих водяних хвиль, в атмо-і гідросферах та земній корі.
Мікросейсми, викликані стоячими водяними хвилями циклонів, що рухаються, поширюються на великі відстані. Їх записують усі сейсмічні станції світу, які працюють у безперервному режимі очікування землетрусів. Наприклад, мікросейсми від атлантичних циклонів фіксують не тільки станції, розташовані на європейському континенті, а й азіатські (в Ташкенті та Ашхабаді), сибірські (в Іркутську та Новосибірську) та багато інших. На противагу хвилям, що рідко виникають, під дією односпрямованого вітру завжди існують хвилі, що біжать. Тур Хейєрдал на своєму плоті "Кон-Тікі" зміг перетнути Тихий океан завдяки стійкому вітру, що дме головним чином зі сходу на захід, і хвилям, що біжать, що підганяли пліт. Але подібні хвилі, що виникають від односпрямованого вітру, не мають властивості "накачувати" змінний тиск на дно океану. Навіть їхні удари об берег (прибій), створюючи некогерентні (не синфазні) коливання землі, швидко згасають з відстанню [4, 5]. Слабкі мікросейсми від хвиль, що біжать, виникають локально. Їх можна знайти на невеликих (кілька десятків кілометрів) відстанях від берега.
Енергія землетрусів та штормові вібрації
Завдяки систематичним спостереженням глобальних штормових мікросейсмів, виконаних мережею з 65 сейсмічних станцій колишнього СРСР, з'явиласяможливість зіставити дію вібрації (мікросейсми) та енергію землетрусів.
Оцінюючи енергію (Е) і потужність (W) мікросейсмічних коливань, передані земній корі, та енергію слабких землетрусів, ми виявили, що ці величини мають один і той самий порядок. Потужність мікросейсм у максимальній фазі шторму на океанах досягає 1010-1011 Дж/с, на малих водоймах типу оз.Байкал - 107-109 Дж/с. Якщо врахувати тривалість (t) діючих процесів, їх енергіяE=Wтdtдля малих водойм буде приблизно 10 8 —10 11 Дж, а океанів — 10 11 —10 13 Дж. Вона можна порівняти з енергією землетрусів класів 8—13, що дорівнює 10 8 —10 13 Дж, тобто. по порядку величин дорівнює енергії мікросейсм [6]. У сейсмології силу дії землетрусів прийнято характеризувати двома величинами: класом енергії (K) та величиною магнітуди (М):М= 0.56K- 2.22 [6]. Класи землетрусів 8-13 відповідають магнітуди 2.3-5.1.
Неодноразово висловлювалася думка, що, оскільки землетруси викликані раптовим скиданням механічних напруг, що поступово накопичуються в земній корі, повинна існувати можливість штучно “потрясти” конкретну ділянку за допомогою якогось вібратора, щоб зняти ці напруги, поки вони не стали причиною катастрофічних явищ. Подивимося, чи існують у природі такі механізми?
Ми вивчали вплив вібрацій від штормів на сейсмічність у двох різних регіонах – у районі Курильської гряди та на оз. Байкал.
У північно-західній області Тихого океану переміщаються численні циклони та тайфуни. Одні з них, формуючись на далекій Атлантиці, рухаються від континенту на схід, інші, утворюючись у південних широтах Північної півкулі, описують хитромудрі траєкторії над Китайським, Японським і Охотським морями, а потімзміщуються на північний схід, у Тихий океан. Таким чином, на дно акваторії в районі Курильських островів діють інтенсивні вібрації від циклонів і тайфунів. З 1968 по 1982 р. ми спостерігали за штормами і землетрусами з K і 9 (М і 2.8) на південь від Камчатського півострова і землетрусами з епіцентрами під океаном, що межують з Північною Японією (рис. 2).
Шторми та його локація [4, 5] оцінювалися за даними тихоокеанських сейсмічних станцій. Для отримання узагальненої оцінки інтенсивності штормів мікросейсми індексувались за двійковим кодом [4]. Підсумовування класифікаційних ознак дало можливість одержати усереднену величину штормових вібрацій кожного місяця. Нарис.3показана інтенсивність штормів (SI) та число землетрусів (SN) класів 9ЈK
Мал. 3.Залежність кількості землетрусів (S N) малих енергій (K = 9—11) за 1974—1975 рр.від інтенсивності штормів ( S I).
Кількість землетрусів з 9 до 11 класу (2.8
Подібна картина спостерігається і на Байкалі, облямованому гірськими хребтами зі сніговими вершинами. Слідуючи своїм шляхом, атлантичний циклон зустрічає на своєму шляху перешкоду з гірських пагорбів і, перетинаючи їх, обрушується своїми повітряними масами на Байкал. Циклон, падаючи своєю тиловою частиною на акваторію, зустрічає хвилі хиби. Тут починають виникати та розвиватися стоячі водяні хвилі, створюються вібрації дна – мікросейсми. Їх записує мережа сейсмічних станцій, що оточує озеро (рис.5). Однак у тихі зимові місяці вся поверхня озера покрита метровим льодом, і штормові мікросейсми не можуть виникнути (SI= 0). Контрастну картину є восени, коли на озері розвиваються потужні штормові процеси і виявляються максимальні вібрації. З гір падають вітри із швидкостями понад 35 м/с. При перетині циклонами акваторії Байкалу відбувається взаємодія багатометрових хвиль хибу із зустрічним гірським вітром. Створюються умови виникнення стоячих водяних хвиль та мікросейсм земної кори. У періоди “тиші” кількість землетрусів (8 K
Ми показали, що вібрації, що діють на дно озера, скорочують кількість землетрусів із гіпоцентрами, що лежать безпосередньопід акваторією. Чи зменшуватиме подібний вібратор сейсмічність на деякій відстані від центру докладання вертикальних сил, викликаних стоячими водяними хвилями? Наші спостереження в береговій зоні Байкалу [9] на різних відстанях від природного віратора (байкальських хвиль) ми обмежили коридорами, що обрамляють озеро по периметру 0-10 км (I), 10-20 км (II) і 20-50 км (III) . Порівняння кількості землетрусів проводилося між тихим зимовим часом та бурхливими осінніми штормовими місяцями. Позначимо через n відношення числа землетрусів під час “тиші” (SNт) до землетрусів, що сталися під час штормів (SNш):
Виходить, що для землетрусів з 6 по 9 клас для I, II і III коридорів n = 1.8, 1.3, 2.7 відповідно, а для 9 і 10 класу — 4, 3 і 2. У береговій зоні в тихий час сейсмічність збільшується в середньому 2.4 рази проти штормовим періодом (рис.6).
SI— кількість штормів одного місяця,SN— кількість землетрусів різних енергетичних класів за 1983—1988 рр.1- 6 Ј K Ј 9;2- 9
* * * Отже, ми отримали незалежні підтвердження впливу вібрацій на сейсмічність для двох різних регіонів: оз.Байкал та північно-західної області Тихого океану, на схід від Курильських островів. З отриманих результатів найбільш очевидним вважатимуться зменшення кількості землетрусів K
1.Bonington P.Quest for Adventure. N.Y., 1990.
2.Longuet-Higgins M.S.// Trans. Phil. Roy. Soc. 1950. V.243A. P.35.
3.Табулевич В.М., Пономарьов Є.А., Сорокін А.Г., Дреннова Н.М.// Ізв. РАН. Фізика атмосфери та океану. 2001. №2. С.235-244.
4.Табулевич В.Н.Комплексні дослідження мікросейсмічних коливань.Новосибірськ, 1986.
5.TABUlevich V.N.Microseismic and Infrasound Waves. Heidelberg, 1992.
6.Потапов В.А., Табулевич В.М., Чорних Є.М.// Геологія та геофізика. 1997. Т.38. №8. С.1411-1419.
7.Різніченко Ю.В.Проблеми сейсмології. М., 1985.
8.Табулевич В.М.// Изв. АН СРСР. Сер. геофіз. 1963. №11. С.1667-1675.
9.Табулевич В.М., Дреннова Н.М., Потапов В.А., Чорних Є.М.// Геологія та геофізика. 2001. Т.42. №8. С.1271-1278.
10.Соболєв Г.А.Основи прогнозу землетрусів. М., 1993.