Жер титирөөлөрдүн физикалык түшүндүрмөсү
Жер титирөөлөр адам жашоосуна олуттуу таасирин тийгизгендиктен, алар эң көп талкууланган жаратылыш кубулуштарынын бири болуп саналат. Физикалык көз караштан алганда, жер титирөөлөр жөн гана "жер титирөө" эмес, тескерисинче, Жер кыртышынын ичинде топтолгон серпилгич энергиянын бөлүнүп чыгышынын натыйжасы. Бул макалада жер титирөөлөр жеткиликтүү тилде талкууланат, ошол эле учурда чыңалуу, деформация, серпилгичтик, толкундар, резонанс жана энергиянын чачырашы сыяктуу физикалык түшүнүктөргө негизделген.
1. Жер динамикалык механикалык система катары
Физикалык жактан алганда, Жерди катмарлардан турган гиганттык механикалык система катары кароого болот: ядро, мантия жана жер кыртышы. Жердин кыртышы тектоникалык плиталарга бөлүнгөн, алар мантиянын пластикалык үстүнкү катмарында (астеносферада) "калкып жүрөт". Бул плиталар жай кыймылдайт — адатта жылына бир нече сантиметр гана — бирок бул жай кыймыл плиталардын массасына жана чоң тийүү аянтына байланыштуу эбегейсиз зор күчтөрдү пайда кылат.
Тектоникалык плиталардын кыймылы плиталардын чектеринде же жер кыртышынын жаракаларында чыңалуунун топтолушун шарттайт. Топтолгон чыңалуу тектердин каршылыгынан ашып кеткенде, күтүүсүздөн жарылуу же жылышуу пайда болот. Бул күтүүсүз жылышууну биз жер титирөө катары сезебиз.
2. Стресс, деформация жана серпилгичтик энергиясы
Жер титирөөлөрдү түшүнүү үчүн абдан маанилүү болгон эки негизги физикалык түшүнүк - бул чыңалуу жана деформация.
– Чыңалуу – бул материалга таасир этүүчү бирдик аянтка туура келген күч, анын бирдиги Паскаль (Па).
– Деформация – бул чыңалуудан улам форманын же узундуктун салыштырмалуу өзгөрүшү (бирдиктерсиз).
Жер кыртышынын тектери убакыттын өтүшү менен серпилгич болушу мүмкүн: күч колдонулганда алар деформацияланат жана күч алынып салынганда жарым-жартылай өзгөрөт. Плиталар жылганда, жаракалардын айланасындагы тектер деформацияга дуушар болушат. Механикалык энергия чоюлган резина же кысылган пружина сыяктуу эле серпилгич энергия катары сакталат.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, сакталган серпилгичтик энергия деформациянын жогорулашы менен көбөйөт. Тоо тектеринин серпилгичтик чегинен ашып кеткенде, ал мындан ары күчкө туруштук бере албайт; жарака тегиздиги боюнча жарака (сынуу) же тайгалануу пайда болот. Ошол учурда серпилгичтик энергия күтүүсүздөн сейсмикалык толкундар, сүрүлүү жылуулук жана туруктуу деформация түрүндө бөлүнүп чыгат.
3. Жаракалар, сүрүлүү күчтөрү жана "таякча-тайгалануу" модели
Жер титирөөлөрдү түшүндүрүү үчүн көп колдонулган физикалык моделдердин бири - таякча-тайгалануу. Эки блоктун бири-бирине сүрүлүү менен басылып жатканын элестетиңиз. Акырын түртүлгөндө, блоктор дароо кыймылдабайт, анткени алар статикалык сүрүлүү (таякча) менен кармалып турат. Түртүү күчү максималдуу статикалык сүрүлүү чегинен ашып кеткенге чейин көбөйө берет , андан кийин блоктор тез тайгаланып (тайгаланып), термелүүлөрдү пайда кылат.
Жаракада тектердин беттери оройлуктан жана эбегейсиз чоң кадимки чыңалуулардан улам бири-бирине бекитилет. Плиталар кыймылдай берет, бирок жарака ондогон, жүздөгөн жылдар бою "бекитилбей" калышы мүмкүн. Акыры ал бошонгондо, бир нече секунданын ичинде же бир нече мүнөттүн ичинде тез жылышуу болот. Бул тез жылышуу энергияны сейсмикалык толкундар катары нурлантат.
4. Фокус, эпицентр жана сейсмикалык момент
Энергиянын бөлүнүп чыгышынын баштапкы жайгашкан жери гипоборбор же фокус деп аталат, ал жер бетинин астындагы, жарака кыймылдай баштаган чекит. Фокустун үстүндөгү Жер бетиндеги чекит эпицентр деп аталат. Эпицентр жаңылыктарда көп айтылса да, фокус физикалык жактан маанилүүрөөк, анткени фокустун тереңдиги энергиянын бөлүштүрүлүшүнө жана зыяндын көлөмүнө таасир этет.
Жер титирөөнүн "өлчөмүн" физикалык жактан өлчөө үчүн окумуштуулар сейсмикалык момент түшүнүгүн колдонушат, ал төмөнкүлөргө байланыштуу:
– жылып кеткен жарака тегиздигинин аянты,
– орточо жылышуу (тайгалануу)
– таштын катуулугу.
Сейсмикалык момент заманбап чоңдук шкалаларынын (мисалы, Mw) негизин түзөт. Негизинен, чоңдук жөн гана "канчалык сезилет" дегенди билдирбейт, тескерисинче, жарылуу процессинде канча механикалык энергия катышаарын билдирет.
5. Сейсмикалык толкундар: P, S жана жер үстүндөгү толкундар
Жер титирөө энергиясы сейсмикалык толкундар катары таралат. Толкун физикасында булар серпилгич чөйрөдөгү толкундарга окшош, бирок тектин үч өлчөмдүү мүнөзүнө байланыштуу түрү боюнча айырмачылыктар бар.
1. Р толкуну (Баштапкы толкун)
Бул толкундар узунунан (кысылуу-кеңейүү), мисалы үн толкундарыАл эң ылдам жүрөт жана ошондуктан сейсмографка биринчи жетет. Р толкундары катуу жана суюк заттар аркылуу өтө алат.
2. S толкуну (Экинчи толкун)
Туурасынан кеткен (кыйыш) толкундар P толкундарына караганда жайыраак. S толкундары катуу заттар аркылуу гана өтөт, анткени суюктуктар кыйыш күчүнө натыйжалуу туруштук бере албайт. Бул факт Жердин сырткы ядросу суюк экенин далилдөөдө абдан маанилүү.
3. Беттик толкундар (Лав жана Рейли)
Бул толкундар Жер бетине жакын тарайт жана көп учурда эң көп зыян келтирет, анткени алардын амплитудасы жогору жана узактыгы узак болушу мүмкүн. Беттик толкундар татаал жер кыймылдарын пайда кылышы мүмкүн: капталга, көтөрүлүүгө жана тоголонууга.
Толкундун ылдамдыгы чөйрөнүн касиеттерине: тыгыздыгына, серпилгичтик модулуна жана геологиялык түзүлүшүнө жараша болот. Ошондуктан, эпицентрден бирдей аралыкта жайгашкан эки башка жерде ар кандай силкинүүлөр болушу мүмкүн.
6. Резонанс жана имараттар эмне үчүн кулап түшүшү мүмкүн
Физикада системанын табигый жыштыгы бар. Имараттар да ошондой. Жер титирөө толкундары имараттын табигый жыштыгына жакын жыштыкта келгенде, резонанс пайда болушу мүмкүн, бул термелүү амплитудасынын бир кыйла жогорулашына алып келет. Бул резонанс, айрыкча, жер титирөөгө туруштук берүүгө ылайыкташтырылбаган имараттарда, зыянды күчөтүшү мүмкүн.
Резонанстан тышкары, башка маанилүү факторлор төмөнкүлөр:
– жер титирөөнүн узактыгы (ал канчалык узак болсо, курулушка кирген энергия ошончолук көп болот),
– жердеги максималдуу ылдамдануу,
– материалдын сапаты жана конструкциялык дизайны (мисалы, кесилүүчү дубалдардын, моменттик алкактардын, негиз изоляторлорунун болушу),
- топурактын шарттары.
Аллювий чөкмөлөрү сыяктуу жумшак топурактар толкундардын жайлап, амплитудасы жогорулаган сайын термелүүлөрдү күчөтүшү мүмкүн (жердин күчөшү). Бул суу толкундарынын тайыз сууга киргенде кандайча көтөрүлүшүнө окшош.
7. Суюлтуу: топурак "бекемдигин жоготкондо"
Суюлтуу гранулдуу материалдардын физикасы кандай роль ойногонун көрсөткөн кызыктуу мисал болуп саналат. Сууга каныккан кумдуу топуракта жер титирөөнүн термелүүсү тешикчелердин суунун басымын жогорулатып, кум бүртүкчөлөрүнүн бири-бири менен натыйжалуу байланышын жоготушуна алып келиши мүмкүн. Натыйжада, топурак суюктук сыяктуу иштейт: имараттар кыйшайып, чөгүп же жылып кетиши мүмкүн. Суюлтуу топурак сууга айлангандыктан эмес, бүртүкчөлөрдүн түзүлүшүн бириктирип турган натыйжалуу стресс азайгандыктан болот.
8. Суюктук механикасынын кесепети катары цунами
Айрым суу астындагы жер титирөөлөр деңиз түбүнүн вертикалдуу жылышына алып келсе, цунамилерди пайда кылышы мүмкүн. Физикалык жактан алганда, цунами - бул океандагы жүздөгөн километр толкун узундугу бар узун толкун. Терең океанда анын амплитудасы оңой аныктала тургандай кичинекей, бирок ылдамдыгы өтө жогору (жүздөгөн км/саат болушу мүмкүн). Жээкке жакындаган сайын тереңдик азаят, ылдамдык азаят жана энергия топтолот, бул толкундун бийиктигинин кескин жогорулашына алып келет.
9. Жер титирөөлөрдү өлчөө жана моделдөө: сейсмографтар жана инверсия физикасы
Жер титирөөлөр сейсмографтар, башкача айтканда, жердин термелүүсүн аныктоочу аспаптар менен катталат. Алардын иштөө принциби инерцияга негизделген: жер кыймылдаганда массалар кыймыл абалын сактап калууга жакын. Андан кийин сейсмографтын маалыматтары талданып, жер титирөөнүн жайгашкан жерин, тереңдигин, жарака механизмин жана магнитудасын баалоого болот.
Заманбап геофизикада инверсия ыкмалары колдонулат: окумуштуулар жаздырылган толкун сигналдарынан жер титирөө булактарын жана жер астындагы түзүлүштөрдү баалоо үчүн физикалык маселени "инверсиялашат". Бул толкун теңдемелерин, ийкемдүүлүк теориясын жана сандык эсептөөлөрдү айкалыштырат.
10. Корутунду: жер титирөөлөр энергия жана толкундар жөнүндө сабак катары
Физиканын көз карашынан алганда, жер титирөө – бул Жер кыртышынын деформациясынан улам топтолгон серпилгич энергиянын бөлүнүп чыгышы. Бул энергия ар кандай чөйрөлөр аркылуу тараган, геологиялык түзүлүштөр менен өз ара аракеттенген жана имараттарга титирөө, резонанс жана жердин ылдамдануусу аркылуу таасир эткен сейсмикалык толкундарга айланат. Жер титирөө физикасын түшүнүү жөн гана академиялык билим эмес: ал кырсыктардын кесепеттерин азайтуу, мейкиндикти пландаштыруу жана имараттарды коопсуз долбоорлоо үчүн маанилүү негиз болуп саналат.
Физика аркылуу биз жер титирөөлөрдүн алдын алууга болбой турганын, бирок алардын коркунучун азайтууга болорун түшүнөбүз. Жер энергияны кантип сактап жана бөлүп чыгарарын канчалык жакшы түшүнсөк, тынымсыз өзгөрүп турган планетанын динамикасы менен бирге жашоого ошончолук жакшы даярданабыз.
