Серія потужних землетрусів у Туреччині сколихнула хвилю зацікавленості до «прикладної сейсмології». Українці почали згадувати землетруси 1977, 1986, 1990 та 2004 р., які відчувалися навіть у центральній Україні. Але виявились, що багато хто, особливо наші ЗМІ та «лідери думок», не розуміють різниці між оцінюванням землетрусу згідно зі шкалою інтенсивності та вимірюванням сили землетрусів за величиною магнітуди. Те, що і перших, і других шкал декілька й різні країни використовують різні стандарти, вносить додаткову плутанину. Розбираємося!

Інтенсивність землетрусу

Інтенсивність землетрусу – це оціночна сила явища, яка «вимірюється» його впливом на поверхню землі, людей та споруди. Інтенсивність оцінюється за наслідками візуально або/та за опитуванням очевидців. Це оціночна і неточна шкала і саме її найчастіше використовують звичайні ЗМІ.

Наприклад, якщо прив’язуватися до Європейської макросейсмічної шкали (EMS-98), яка була ухвалена в 1998 році, то якщо влада та мешканці сповіщають про легкі пошкодження будівель, тобто тріщини у штукатурці та падіння невеликих предметів – це землетрус у 6 балів. А ось якщо більшість предметів падає з полиць, на стінах невеликі тріщини, а частина димових труб розвалюється – це вже 7 балів. Але розмір тріщин або кількість предметів, що впали – це відносні величини, кожен сприймає їх особисто. Що для одного маленька тріщина у штукатурці, для іншого вже великі пошкодження його затишної оселі.

У Європейській макросейсмічній шкалі – 12 балів. По ній нещодавній землетрус у Туреччині тягне на 9 балів, це руйнівний землетрус – пам’ятники і колони падають; багато будівель частково зруйновані, деякі – повністю.

We are working with multiple organizations to provide them with #satelliteimagery of the recent #earthquake that has devastated #Turkey & #Syria. Seen here are before (Oct 4, 2022) & after (Feb 7, 2023) images of #Islahiye, Turkey, showing collapsed buildings & rescue operations. pic.twitter.com/3c69oZFYmu

— Maxar Technologies (@Maxar) February 7, 2023

У СРСР використовували шкалу Медведєва-Шпонхоєра-Карніка (MSK-64), прийняту у 1964 році. Вона теж оціночна і «українські» (лапки тут тому, що ці землетруси відбувалися за межами України, ми чули лише відгуки) землетруси 1977, 1986, 1990, а скоріш за все й 2004 р., оцінювалися саме по ній. Це теж 12-бальна і теж оціночна шкала.

Шкала Медведєва-Шпонхоєра-Карніка прив’язана до деяких застарілих понять, які сьогодні вже неактуальні. Наприклад, до зупинки маятника годинника на стіні чи на підлозі (у когось ще є такий годинник?), до викривлення дерев’яних будинків (реалії СРСР/Росії), викривлення залізничних рейок тощо. Усі російськомовні ЗМІ, навіть в Україні, продовжують користуватися цією застарілою шкалою. За шкалою Медведєва-Шпонхоєра-Карніка землетрус у Туреччині – щось середнє між 9 та 10 балами. Спустошливий або знищувальний землетрус.

Власна шкала оцінки інтенсивності землетрусу, шкала Меркаллі, є і у США. Вона теж 12-бальна, була запроваджена у 1902 р., зараз використовується її модифікований варіант. Наприклад, 8 балів за Меркаллі, це: «незначні пошкодження в спеціально розроблених конструкціях; значні пошкодження звичайних будівель із частковим обвалом; великі пошкодження в погано побудованих структурах; падіння димових труб, фабричних штабелів, колон, пам’ятників, стін; перекинуті важкі меблі…». Але тут виникає питання до визначення звичайних та погано побудованих будівель, тобто оцінка може відрізнятися в залежності від спостерігача. Землетрус у Туреччині по цій шкалі – 9 балів.

А ось Японія, яка, до речі, потерпає від землетрусів більш ніж Європа, СРСР чи США, використовує власну 10-бальну шкалу сейсмічної інтенсивності Японського Метеорологічного Агентства (JMA), але граничне значення в ній 7 балів, тому що починається вона з 0 балів, і містить ще 5- балів, 5+ балів, 6- та 6+. Тобто якщо в Європі 7 балів – це «багато людей налякані і вибігають з будівель», то 7 балів в Японії – це тотальна руйнація. За шкалою JMA турецький землетрус – це 6-/6+ балів, чіткої аналогії немає.

В Україні використовується 12-бальна шкала сейсмічної інтенсивності за ДСТУ Б В.1.1-28:2010. Ця сейсмічна шкала розроблена у зв’язку зі скасуванням в Україні шкали MSK-64 і необхідністю адаптації до Європейської макросейсмічної шкали EMS-98. Впроваджена у 2011 році.

Спростимо. Якщо ви бачите слово «бали» – це оціночна шкала інтенсивності землетрусу, вона дуже приблизна, в ній нема і не може бути дрібних цифр, лише цілі, і така шкала прив’язана до конкретної країни або регіону.

Так, з оціночними шкалами інтенсивності землетрусу розібралися. Перейдемо до вимірювань.

Шкали магнітуд

Шкали магнітуд використовуються для наукового вимірювання сили землетрусу за величиною магнітуди, яка характеризує енергетичну потужність цього природного явища. Це вже не оглядання руйнації та опитування очевидців, а точні вимірювання… але є нюанси.

По-перше, існує декілька видів магнітуд і, сюрприз, сюрприз!, декілька магнітудних шкал: локальна магнітуда (найбільш відома як шкала Ріхтера), магнітуда поверхневих хвиль, магнітуда об’ємних хвиль, моментна магнітуда (шкала Канаморі). Усі шкали магнітуд – логарифмічні, тобто тут нема ніяких величин, навіть балів. Це просто цифри.

Нагадаємо, логарифмічна шкала є зручною для відображення дуже великих діапазонів значень величин, крім того, для багатьох органів чуття величина відчуття є пропорційною логарифму впливу. Наприклад, у експозицій у фотографії логарифмічна шкала, рівень pH та потужності звуку – теж.

Шкала локальної магнітуди Ріхтера найбільш відома, але… вже застаріла. По-перше, вона була запропонована ще у 1935 році. По-друге, Чарльз Ріхтер навмання обрав величину землетрусу 0, щоб уникнути негативних значень, але сучасні, більш чутливі сейсмографи легко реєструють землетруси негативної величини. По-третє, вона прив’язана до конкретної моделі – торсійного сейсмографа Вуда-Андерсона, який, своєю чергою, теж є застарілим. Через конструктивне обмеження сейсмограф Вуда-Андерсона не може реєструвати події величиною понад 6,8. Але головне – шкалу Ріхтера важко співвіднести з фізичними характеристиками землетрусу.

Локальна магнітуда дорівнює десятковому логарифму переміщення A (у мікрометрах) голки стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, розташованого на відстані не більшій за 600 км від епіцентру землетрусу плюс коригувальна функція, що визначається по таблиці залежно від відстані до епіцентру. Тобто враховуючи приблизну функцію з коригувальної таблиці і обмеження на відстань – це не найточніше вимірювання.

Тим не менш, уточнену шкалу Ріхтера, яка містить вже увесь діапазон вимірювань, використовують і досі. І саме її, без додавання слова бали, використовують серйозні західні ЗМІ, але не завжди.

Замість локальної магнітуди Ріхтера сейсмологи пропонують використовувати, особливо для потужних землетрусів, моментну магнітуду, яка базується на понятті сейсмічного моменту. Її у 1977 році запропонував сейсмолог Хіро Канаморі з Каліфорнійського технологічного інституту.

Моментна магнітуда характеризує кількість енергії, яка виділилася у епіцентрі землетрусу і пропорційна до логарифму максимальної амплітуди зміщення частинок ґрунту, що фіксуються сейсмічними станціями. Математично це 2/3 від різниці логарифму сейсмічного моменту (модуль зсуву гірських порід (величина порядку 30 ГПа) на площу, на якій були зафіксовані геологічні розломи, на середнє зміщення уздовж розломів) і коефіцієнта 9,05. Максимальна магнітуда землетрусу становить близько 10,6, що відповідає енергії в 10 у 19 ступені Дж. При такій магнітуді земна кора повинна розвалитися на друзки і усі ми помремо.

З 2002 року Геологічна служба США використовує саме моментну магнітуду для оцінювання потужних землетрусів.

Існує формула перерахунку моментної магнітуди землетрусу у тротиловий еквівалент. Наприклад, нещодавній землетрус у Туреччині, магнітудою 7,9, мав енергію як вибух приблизно 15 млн тон TNT, або 1 200 ядерних бомб, скинутих на Хіросіму у 1945 р. Але, нагадаємо, це енергія в епіцентрі землетрусу, під землею, вона має досить відносну кореляцію до того, як поведуть себе ці та інші конкретні будівлі на поверхні.

Спростимо. Якщо не бачите слова «бали» і бачите дробову частину – це виміряна сила землетрусу, його магнітуда. А ось по Ріхтеру чи по Канаморі – це вже сказати складніше. Скоріш за все, якщо магнітуда до 5 балів – це Ріхтер, вище – Канаморі. Але це не точно.

Землетруси

Кожного дня відбуваються сотні та й сотні землетрусів. Той самий турецький землетрус – це декілька сотень поштовхів різної магнітуди. Вважається, що щодня відбувається близько 10 000 землетрусів магнітудою від 2 до 2,9 (ні, не балів, забудьте про бали). Навіть помітних землетрусів з магнітудою до 6 (знову не балів) за рік буває десь 1 000–1 500. Сильних землетрусів, магнітудою до 7 – 100–150 на рік. Від 7 до 7,9 – десь 10–20 на рік. Землетруси від 8 до 8,9 бувають майже щороку. Землетруси магнітудою більше 9 – це вже справжнє лихо, яке відбувається раз на 10-50 років.

Магнітуда землетрусу не завжди відповідає його руйнівній силі та кількості жертв. Тут дуже багато факторів, починаючи від глибини епіцентру до гірських порід, населеності місцевості, глибини водойм тощо.

Так, найпотужніший за весь час спостережень землетрус – Великий чилійський або Вальдивійський землетрус 1960 року, мав магнітуду 9,4–9,6 за шкалою Канаморі. Вважається, що від наслідків цього землетрусу загинуло від 1 000 до 6 000 людей. Цунамі зруйнувало навіть узбережжя Японії та Гаваїв, вбивши людей за тисячі кілометрів від епіцентру. Серед наслідків були виверження вулкану, зсуви, повені тощо.

Але найбільш смертоносним вважається набагато слабкіший землетрус у Таншані (Китай) 1976 р., магнітуда якого була лише 7,6. Землетрус вразив густонаселені райони Китаю, і лише за офіційними даними вбив 242 769 людей, ще 164 851 отримали поранення. За незалежними даними, могло загинути до 655 тис. людей.

227 898 людей загинуло під час землетрусу в Індійському океані у 2004 році, більшість вбило нищівне цунамі. Магнітуда цього землетрусу становила 9,1 за шкалою Канаморі.

А ось Великий Аляскинський землетрус 1964 р., найсильніший землетрус у США та другий за потужністю за всю історію спостережень, мав магнітуду у 9,2, але вбив лише 131 людину. Знову ж таки майже усіх, крім 9 що загинули саме від поштовхів, забрало цунамі. Якби такий самий землетрус стався, наприклад, в Нью-Йорку, кількість жертв склала би сотні тисяч осіб.

Один з найвідоміших землетрусів, у Сан-Франциско у 1906 р., мав магнітуду 7,9 за шкалою Канаморі, таку саму, як щойно в Туреччині, вбив від 700 до більш ніж 3 000 людей і вщент зруйнував місто.

А що Україна?

Якщо подивитися на мапу найбільших землетрусів за останні 100 років, легко побачити, що їх епіцентри знаходяться на місцях стиків літосферних плит. Це логічно: де відбувається насування або підсування однієї плити під/на іншу, там і відбувається скид надлишкової напруги через землетруси.

І ось тут нам пощастило. Україна знаходиться на Євразійській літосферній плиті, найтовщій і майже найбільшій з усіх плит. Товщина земної кори на усій території України – близько 40 км, на відміну від 10 км у океанічних плит. Ба більше, в центрі нашої країни лежить Український кристалічний щит – брилове підняття кристалічного фундаменту Східноєвропейської платформи. Кристалічний щит характеризується зниженим тепловим потоком і підвищеною (до 150 км) потужністю літосфери.

Найближчі до нас плити, які зазвичай розглядають як складові Євразійської – Адріатична, Егейського моря та Анатолійська. Тобто це і є найближчі до нас потенційні зони потужних землетрусів. Взагалі-то найближчий до нас район, де фіксувалися великі землетруси – це Румунія. Землетруси в Криму зазвичай менш потужні й відбуваються досить зрідка.

Найбільшим на теренах України землетрусом вважаються Кримські землетруси 1927 року, які зазвичай об’єднують в одну сейсмічну подію. Відбулося щонайменше три потужних поштовхи з липня по вересень 1927 р. Найпотужніший, 11 вересня 1927 року, мав магнітуду 6,7. Відбулися численні обвали та зсуви у горах, руйнація будівель, у тому числі історичних пам’яток, у Алушті, Алупці, Севастополі та Сімферополі. Загинуло 12 осіб. Зауважимо, у той час Крим входив до складу РРФСР, при Україні такої фігні не було!

Сейсмоактивною є так звана Зона Вранча на ділянці стикування Південних та Східних Карпат. Найпотужніші з землетрусів у цій зоні відбулися на території Румунії – Карпатський землетрус 1940 року магнітудою 7,7 (65 000 будинків зруйновано, 1 671 особа загинула) та землетрус у Вранча 1977 року магнітудою 7,5 (1 700 загиблих). Останній землетрус відчувався навіть у Києві десь на рівні 4 балів по шкалі MSK-64.

Тобто ви напевне вже зрозуміли, Україна не є сейсмоактивною зоною, усе, що ми можемо відчувати, це відлуння та афтершоки від землетрусів в інших зонах, з найбільшою ймовірністю – у Румунії. Невеликі землетруси можуть бути й у Карпатах. Більш ймовірний землетрус у Криму, але останні 100 років ніяких великих тектонічних подій там не відбувалося. 4-5 балів за MSK-64 у Києві у 1977, 1986, 1990, 2004 роках – це або «Розпізнається по легкому деренчанню та коливанню предметів, посуду та шибок, скрипу дверей та стін» або «Загальний струс будівлі, коливання меблів; маятники годинника зупиняються; тріщини у шибках і штукатурці, грюкають двері». Тобто без руйнувань будівель.

Де слідкувати за землетрусами

Та хоч у Google! Якщо зробити пошуковий запит зі словом «землетрус», то пошук виведе поперед інших результатів окремі дані по нещодавнім найбільшим землетрусам. Якщо уточнити запит, наприклад, «землетрус в Туреччині» інформація буде більш детальною.

Як варіант можна подивитися на інтерактивну мапу Геологічної служби США, яка відображає усі останні землетруси магнітудою більше 2,5.

Є мапа землетрусів, до того ж з деталізацією по Європі, на сайті Європейського середземноморського сейсмологічного центру. Але вона трохи незручна і застаріла з точки зору UI.

І наостанок, ось вам відео 120 років землетрусів від Тихоокеанського центру попередження про цунамі. На відео є усі землетруси магнітудою більше 6,5 з 1901 по 2020 рік, ну і їх цунамі, звісно ж.

А ми сподіваємось, що ця стаття трохи заспокоїть громадян України і навчить їх відрізняти оціночну інтенсивність землетрусу від виміряної магнітуди землетрусу. Повірте, землетруси – не найбільша наша проблема саме зараз.

Залишайтесь в безпеці, вірте в ЗСУ!