Земетресения и вулкани — урок по география

1. Какво е земетресение

се движат с няколко сантиметра годишно (виж урока Тектоника на плочите), но по разломите между блоковете скалите се заклещват. Напрежението расте с години и векове, скалите се огъват като пружина, докато не се разкъсат изведнъж. Натрупаната енергия се освобождава за секунди като – това е .

О

Огнище и епицентър

Хипоцентър (огнище) – мястото в дълбочина, където започва разкъсването. Епицентър – точката от повърхността точно над него. Повечето земетресения са плитки (до 70 km), но по границите, където плоча потъва в мантията, огнищата стигат до около 700 km.

Над е , където трусът обикновено е най-силен. След голямо земетресение седмици и месеци наред следват по-слаби – скалите около разлома се „нагласят“ към новото положение.

2. Сеизмограф и намиране на епицентъра

е тежест, окачена на пружина или : когато земята под него се разклати, тежестта остава почти неподвижна и уредът записва разликата. Записът е сеизмограма. Първи пристигат бързите надлъжни , после по-бавните напречни , а накрая – повърхностните вълни, които обикновено причиняват най-много разрушения. Какви са тези вълни и какво показват за вътрешността на Земята, е обяснено в урока Строежът на Земята; за вълните изобщо – в урока по физика Вълни.

Т

Разстояние до огнището

P и S вълните тръгват заедно, но S изостава все повече. Ако в земната кора

v_P \approx 6

km/s и

v_S \approx 3{,}5

km/s:

d = \dfrac{v_P v_S}{v_P - v_S}(t_S - t_P) \approx 8\ \mathrm{km/s} \cdot (t_S - t_P)

.

Една станция дава само разстоянието – огнището е някъде по окръжност около нея. Окръжностите от три станции се пресичат в епицентъра – същата идея като при (виж урока Сателити, GPS и ГИС). Отчети разликите по сеизмограмите, изчисли разстоянията и намери епицентъра на картата.

Отчети разликата S − P на всяка сеизмограма, умножи по 8,4 km/s и щракни по картата там, където мислиш, че е епицентърът.

СофияS − P = ?БукурещS − P = ?СолунS − P = ?твоята грешкащракни по картата

При Вранча в Румъния огнищата са на около 90–150 km дълбочина. Тогава S − P дава разстоянието до огнището, а не до епицентъра, и окръжностите не се пресичат точно в една точка, а оставят малко „триъгълниче“. Затова дълбоките вранчански земетресения се усещат на много голяма площ – през 1977 г. трусът разрушава сгради и в Свищов.

Пример

P вълната пристига в станция в 10:15:20, а S вълната – в 10:15:44. На колко km е огнището и кога е станало земетресението?

$t_S - t_P = 24$ s, $d \approx 8{,}4 \cdot 24 \approx 202$ km.
P вълната е пътувала $\frac{202}{6} \approx 34$ s, значи земетресението е станало около 10:14:46.

3. Магнитуд и интензивност

Силата на земетресението се описва с две различни величини. е един за цялото земетресение – той мери освободената енергия. Предлага го Чарлз Рихтер през 1935 г. по на записа. Днес се използва моментният магнитуд, пресметнат от площта на разлома и приплъзването по него, но числата са близки до тези на Рихтер.

Т

Логаритмичната скала

Магнитуд по-голям с 1 означава 10 пъти по-голяма амплитуда на сеизмограмата и около

10^{1{,}5} \approx 32

пъти повече енергия. Енергията в джаули:

\lg E \approx 1{,}5\,M + 4{,}8

.

M₁5M₂7

разлика2,0амплитуда×100енергия×1000колко с M = 5,0 правят едно с M = 7,01000

е различна за всяко място: показва какво е въздействието на труса върху хора, сгради и терен. Определя се по наблюдения със скала от 12 степени (MSK-64 или новата европейска EMS-98):

Степен	Какво се случва
I–II	усеща се само от уредите и от малко хора в покой
III–IV	усеща се в сградите, звънтят прозорци и съдове
V–VI	будят се спящите, падат предмети, леки пукнатини
VII–VIII	повреди в много сгради, срутват се комини и стени
IX–X	много сгради са разрушени, земята се пропуква
XI–XII	почти пълно разрушение, променя се релефът

България е в един от сеизмично най-активните райони на Европа. Най-силното известно земетресение на нейна територия е Кресненското от 4 април 1904 г. – според съвременните оценки с магнитуд около 7,2 (по-старите оценки са и по-високи). През април 1928 г. само за няколко дни стават две силни земетресения – край Чирпан и край Пловдив, с магнитуд около 6,8–7. Те разрушават хиляди къщи в Пловдив и околните села.

Пример

Колко земетресения с магнитуд 5 освобождават толкова енергия, колкото едно с магнитуд 7?

$\frac{E_7}{E_5} = 10^{1{,}5 \cdot 2} = 10^3 = 1000$ .
Затова многото слаби трусове не „изпускат пара“ достатъчно, за да предотвратят силното земетресение.

4. Сеизмичен риск и защита

Земетресенията още не могат да се предскажат точно – никой не може да каже деня и часа. Но може да се оцени къде и колко силни трусове са вероятни. Затова картите на сеизмичното райониране определят колко здрави трябва да са сградите на всяко място. Антисеизмичното строителство използва стоманобетонни скелети, гъвкави връзки и дори „възглавници“ под основите, които поемат трептенията. Повечето жертви при земетресения са от срутени сгради, а не от самия трус.

По време на труса: залегни, покрий главата си и се хвани за нещо здраво – под маса или до вътрешна стена, далеч от прозорци. Не тичай по стълбите и не използвай асансьора.

5. Цунами

Когато земетресение под океана рязко повдигне или смъкне дъното, то измества целия воден стълб над него. Така се ражда – поредица от вълни с дължина стотици километри. В открития океан височината им е под метър и корабите не ги усещат, но скоростта им е като на самолет.

Т

Скорост на цунамито

v = \sqrt{g h}

, където

h

е дълбочината. При

h = 4000

m:

v \approx 198

m/s

\approx 713

km/h. В плитчините вълната се забавя, скъсява се и расте на височина – приблизително

H \sim h^{-1/4}

.

t, min60

изминала727 kmдълбочина3962 mскорост709 km/hвисочина0,50 mдо брега235 min

Цунамито от земетресението край Суматра на 26 декември 2004 г. достига Шри Ланка и Индия след около два часа и отнема живота на около 230 000 души в много държави. Тогава в Индийския океан няма система за предупреждение; днес има. При земетресението в Япония през 2011 г. вълните заливат брега на места с над 10 m височина и повреждат атомната електроцентрала „Фукушима“. Ако морето внезапно се отдръпне от брега, това е знак за опасност – трябва веднага да се отиде на високо място.

6. Вулкани

е място, където разтопена скала излиза на повърхността. Под земята тя е – смес от разтопени , кристали и разтворени газове (най-вече водна пара, въглероден диоксид и серни газове). Магмата се събира в магмено огнище и по комина излиза през кратера. Изляла се на повърхността и загубила газовете си, тя е . Колко бурно изригва вулканът, зависи главно от това колко силициев диоксид има в магмата: повече силициев диоксид – по-гъста магма, газовете не излизат лесно и накрая се освобождават с взрив.

Магма	SiO₂	Температура	Поведение
базалтова	≈ 50%	≈ 1100–1200 °C	течна; спокойни изливания – щитови вулкани (Хаваите, Исландия)
андезитова	≈ 60%	≈ 900–1000 °C	гъста; редуват се лава и взривове – стратовулкани (Етна, Везувий, Фуджи)
риолитова	≈ 70%	≈ 700–850 °C	много гъста, с много газове; силни взривове, пепел и пемза

От течна базалтова лава се изграждат широки и полегати – като Мауна Лоа на Хаваите. От редуващи се слоеве лава и пепел растат стръмните конуси на – Етна, Везувий, Фуджи. Най-опасни са : лавина от гореща пепел, камъни и газове с температура стотици градуси, която се носи надолу по склона със скорост над 100 km/h. Такива потоци от Везувий заличават Помпей и Херкулан през 79 г.

О

Индекс на вулканичната експлозивност (VEI)

Скала от 0 до 8 според обема на изхвърления материал и височината на облака. Всяка степен е около 10 пъти повече материал: VEI 5 – поне 1 km³ (Сейнт Хелънс, 1980), VEI 6 – Пинатубо (1991), VEI 7 – поне 100 km³ (Тамбора, 1815).

напомня магнитуда – също е логаритмичен. Вулканите и земетресенията не са разпръснати случайно. Около три четвърти от действащите вулкани и повечето силни земетресения са по около Тихия океан, където океанските плочи потъват под съседните. Други са по (Исландия) и над (Хаваите).

В България днес няма действащи вулкани, но преди десетки милиони години в Родопите е имало силна вулканична дейност. От нея са останали скали като риолитите и вулканските туфи, от които е изваяла например Каменните гъби край село Бели пласт до Кърджали.

7. Тренажор

✅ Решени: 0🔥 Серия: 0🏆 Рекорд: 0

\mathrm{VEI}\ 2 \to \mathrm{VEI}\ 5

Колко пъти повече изхвърлен материал означава това (приблизително)?

8. Земетресенията и вулканите в живота

0 / 4

📈 Колко далеч е земетресението?

Станцията в София записва S вълната 12 s след P вълната. На около колко километра е огнището, ако на всяка секунда разлика отговарят около 8 km?

⚖️ Япония и Кресна

Земетресението в Япония през 2011 г. е с магнитуд около 9,1, а Кресненското от 1904 г. – около 7,2. Колко пъти повече енергия е освободило японското?

🌊 Цунами в Черно море

Средната дълбочина на Черно море е около 1250 m. С каква скорост (в km/h) би се движило цунами там и за колко минути би изминало 300 km? Приеми g = 9,8 m/s².

🌋 От VEI 5 до VEI 7

Изригването на Сейнт Хелънс в САЩ (1980 г.) е с индекс на вулканичната експлозивност 5, а на Тамбора в Индонезия (1815 г.) – 7. Всяка степен означава около 10 пъти повече изхвърлен материал. Колко пъти по-голямо е било изригването на Тамбора?

Зелено – решена сам(а), жълто – с решението. Десетичните числа може да пишеш със запетая.

9. ⚠️ Чести грешки

Магнитуд и интензивност

✗ Земетресението е с „интензивност 7 по Рихтер“.

✓ Магнитудът (по Рихтер) е един за земетресението; интензивността е в степени и е различна за всяко място.

Логаритмичната скала

✗ Магнитуд 8 е два пъти по-силно от 4.

✓ Разликата от 4 единици е $\displaystyle 10^4$ пъти по амплитуда и $\displaystyle 10^6$ пъти по енергия.

Хипоцентър и епицентър

✗ Епицентърът е огнището в дълбочина.

✓ Огнището е хипоцентърът; епицентърът е точката на повърхността над него.

Цунами в океана

✗ В открития океан цунамито е огромна вълна.

✓ Там е под метър висока, но много дълга и бърза; расте едва в плитчините.

Лава и магма

✗ Лавата е разтопената скала под земята.

✓ Под земята е магма; лава е, когато излезе на повърхността.

Опасността при вулканите

✗ Най-опасна е реката от лава.

✓ Лавата обикновено тече бавно; много по-опасни са пирокластичните потоци, пепелта и калните потоци.

10. 🎯 Бърз тест

1 / 8

✓ 0

Какво е епицентър?

Избери отговор (или натисни 1–4)

11. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

12. Обобщение

✓ Земетресението е внезапно разкъсване на скалите по разлом; огнището е хипоцентър, точката над него – епицентър
✓ По разликата S − P се намира разстоянието (около 8 km на секунда), а от три станции – епицентърът
✓ Магнитудът мери енергията: +1 е ×10 по амплитуда и ×≈32 по енергия; интензивността (12 степени) мери въздействието на място
✓ Цунамито се движи със скорост $\sqrt{gh}$ – стотици km/h в океана – и расте в плитчините
✓ Повече силициев диоксид – по-гъста магма и по-взривни изригвания; щитови вулкани и стратовулкани
✓ VEI е логаритмичен: всяка степен е ×10 материал; повечето вулкани и земетресения са по границите на плочите и по Огнения пръстен

💡 Интересен факт

Най-силното измерено земетресение е в Чили на 22 май 1960 г. – с магнитуд около 9,5. То освобождава повече енергия, отколкото обикновено освобождават всички земетресения в света, взети заедно, за много години. Земята трепти след него като камбана: сеизмографите по целия свят записват собствените ѝ трептения дни наред. Такива „тонове“ на планетата помагат на учените да проверят какво има в нейната вътрешност.