Глава одиннадцатая Человек против землетрясений

Заглавие этой главы несколько ироническое, ведь чтобы высказаться против чего-нибудь, надо по крайней мере иметь возможность это сделать. Между тем еще в античные времена Сенека провозгласил: «Нет никакого средства против землетрясений»[66]. И далее автор «Вопросов естествознания» утверждал, что «землетрясение — это такое зло, которое распространяется вдоль и поперек земного шара. Оно неотвратимо, ненасытно и опасно для всех, так как не только поглощает отдельные дома, семьи и города, но и уничтожает целые народы и разрушает обширные области». В самом деле, некоторые бедствия всецело зависят от того, проявит ли человек достаточно мудрости или наоборот окажется неосмотрительным. К их числу относятся войны и несчастные случаи в дороге, но сейсмические катастрофы принадлежат к той категории бедствий, перед которой бессильна наша добрая или злая воля. К ним применимы слова Наполеона о любви: «Единственный способ ее победить — это бегство, если только оно возможно». Но можно ли дать совет жителям Эльзаса или Лотарингии под страхом нового нашествия бежать из своей страны и поселиться где-нибудь на чужбине? Точно так же нельзя требовать от населения сейсмических зон, чтобы оно покинуло родные места. «Где родился, там и пригодился», — говорит народная пословица. Раз землетрясения неотвратимы, единственное, что мы можем им противопоставить, — это ограничение числа жертв и масштабов ущерба.

Что же, это не так уж мало, и думается, что читатель согласится с нами, вспомнив первые главы книги. Он ведь уже знает, что при почти равной магнитуде последствия землетрясений бывают далеко не одинаковые. Вспомним, что в Сан-Франциско было только 700 убитых, а материальный ущерб оказался совсем ничтожным, тогда как в Мессине и в Японии число человеческих жертв превысило 100 тысяч и почти все строения оказались разрушенными. Задуматься над причиной подобных контрастов полезно, но нужно поставить перед собой более практическую задачу: как свести последствия землетрясений до того уровня, какой мы наблюдали в Калифорнии?

Короче, теперь мы хотим выяснить, почему же при одном землетрясении больше жертв, чем при другом, почему сооружения в одном случае пострадали сильнее, чем в другом. Итальянские власти после землетрясений 1783 и 1908 годов пытались дать населению сейсмических районов советы, как спастись самим и как уберечь сооружения. Мы последуем их примеру. Скажем сразу же, что число человеческих жертв во многих случаях зависит от прочности строений и что чаще всего смерть несут обломки зданий и пожары, особенно когда пожарные команды бессильны что-либо предпринять, ибо нечем наполнить шланги.

Один ответ на вопросы, которые мы ставим в этой главе, уже напрашивается: если исключить пожар, то свыше 90 процентов человеческих жертв и больше 50 процентов материального ущерба причиняются разрушением строений из-за недостаточной их прочности. Чем же объясняется хрупкость строений? Да тем, что они часто сооружаются из материала низкого качества и без учета требований сейсмостойкости.

Размер ущерба зависит от методов строительства

Вспомним о широком разнообразии используемых строительных материалов или о хижинах отставших в своем развитии народов и даже о традиционных японских домиках из бамбука и бумаги. Такие домики не рушатся при землетрясениях, а просто распадаются. Опасность возникала, только если хозяин имел неосторожность покрыть свой домик тяжелой крышей: ее обвала приходилось бояться.

Далее вспомним суррогаты камня, которые так широко применяются при строительстве, например совсем необожженный или обожженный только солнцем кирпич, используемый в Южной Америке и даже на юго-западе США; глинобитные хижины Ближнего Востока. А сколько еще других не подходящих для строительства материалов! Лед в Гренландии, ил на Тайване, лёсс в Китае. При первом подземном толчке все это рушится или оседает, погребая людей.

В памяти возникают и массивные сооружения античного мира — храмы, дворцы. Их строили из тяжелых каменных глыб, и они обязаны своей прочностью не столько скрепляющему известковому раствору, сколько самой тяжести материала. Масса позволяет таким строениям выдержать колебания небольшой амплитуды, но берегитесь трещин в стене и молниеносного обвала при сильном толчке!

Впрочем, оставим эти уходящие в прошлое способы строительства и ограничимся поведением при землетрясении современных зданий. Здесь немало примеров дают нам катастрофы в Сан-Франциско, Мессине и Японии. Строения там сооружались из камня, скрепленного известковым раствором, но мы уже говорили, что причиной чудовищных разрушений было низкое качество работ и плохие строительные материалы. Добавим к этому и мертвую хватку традиций: жители некоторых областей Италии даже в 1930 году строили новые дома по способу, который Малле считал преступным еще в 1857 году. Рихтер пишет: «В Калифорнии часто использовали настолько слабый раствор, что после нескольких разрушительных землетрясений оказалось выгодным собирать кирпичи разрушенных зданий, смывать с них остатки старого раствора и вновь продавать»[67].

…И от строения поверхности

Разумеется, размеры ущерба зависят главным образом от интенсивности сотрясений, а последняя в свою очередь от строения поверхности. Строить жилища близко от разлома — это поистине искушать судьбу! Нет сомнения, что рантье, которому пришло бы в голову построить взлелеянную в мечтах виллу на краю разлома Сан-Андреас, недолго наслаждался бы ею. И вряд ли нашлась бы компания, которая согласилась бы ее застраховать.

Земля не везде одинаково прочна, даже если в ней нет трещин. Ее прочность зависит от слагающих пород. Если рельеф сложен компактными и стойкими породами, например гранитами, то поверхность вибрирует, подвижки происходят целыми глыбами, которые не деформируются… Чтобы построенные на таком грунте дома сразу же обрушились, нужен внезапный и достаточно интенсивный толчок. Наоборот, на рыхлом грунте, скажем на песчаном или глинистом, сопротивляемость толчкам не везде одинакова, и, следовательно, деформация тоже оказывается неодинаковой в разных местах. Достаточно небольшого толчка, чтобы разрушить дома, построенные на таком грунте: они деформируются неравномерно и испытывают воздействие сил, нажимающих на них в разных направлениях. Положение становится особенно угрожающим на стыке жестких пород с наносами: даже слабого толчка достаточно, чтобы все превратить в развалины.

Как будто единственная возможность избежать разрушения зданий, воздвигнутых в таких местах или на любом другом рыхлом грунте, — это строить жилища легкими и эластичными, чтобы они плотно примыкали к грунту и могли приспособиться к его деформациям. Именно так уже издавна строят в Японии. Вспомним описания старого Токио с его жилищами из раскрашенной бумаги, которые послушно изгибались при землетрясении, а затем так же легко принимали первоначальную форму. Тростник победил дуб и на этот раз!

Фримен, поборник сейсмостойких строений

Потребовалось землетрясение 1923 года, чтобы обнаружить, что тростник подвел.

Уже землетрясение 1906 года в Сан-Франциско заставило призадуматься инженеров и архитекторов. Оно показало, что обычные каменные строения разрушались, причиняя гибель, деревянные домишки тоже разваливались, правда не нанося такого вреда, и только высокие здания с металлическим каркасом победоносно выдержали натиск. События 1923 года в Токио и Иокогаме подтвердили превосходство массивных строений над легкими. После катастрофы тяжелые монолиты из бетона, непоколебимые и невоспламеняющиеся, возвышались среди развалин, красноречиво доказывая, что подземные толчки не имеют над ними власти.

После этого строители впервые призадумались, не пора ли заняться исследованием проблем сейсмостойкости архитектурных сооружений не эмпирически, а теоретически. Первый сигнал тревоги дал американский инженер Фримен, о котором мы уже упоминали.

«Как в нашей стране, страдающей от землетрясений, архитекторы смеют заниматься строительством, не учитывая возможности сейсмических возмущений! — негодовал этот поборник сейсмостойкой архитектуры. — Сейсмология остается теоретической наукой, и никто не пытается сделать из нее практические выводы! Возмутительно, что курсы лекций, читаемых в высших школах, и техническая литература не отводят ни одной строки сейсмическим явлениям и не учат будущих инженеров, как бороться с ними».

Когда Фримен бросил первый камень в болото косности, когда он начал кричать, бушевать, требовать пересмотра учебных программ, конструирования измерительных приборов, сбора статистических данных, проведения экспериментов, только тогда зашевелились власти в его стране. Проблема была поставлена на обсуждение конгресса, который проголосовал за выделение соответствующих ассигнований. Измерительные приборы, которых требовал Фримен, были изобретены, сконструированы и распределены по сейсмическим районам США. Тогда идея об усилении жесткости конструкций получила всеобщую поддержку. Стало очевидным, что, если здание состоит из нескольких слабо связанных частей, землетрясение может отразиться на каждой из них по-разному, так что каждая линия контакта станет неизбежно линией разрыва. В частности, на рыхлом грунте рекомендовалось возводить только монолитные здания, и те, кто последовал этому совету, добились поразительных результатов.

Здания, столь же жесткие, как стальные кубы, остались нетронутыми на растрескавшейся и смятой в складки земле. Были и такие строения, которые наклонялись от толчков, но не растрескались, и их удалось выпрямить домкратом. Научились придавать жесткость не только самим зданиям, но и их внутреннему оборудованию. Если закрепление мебели посредством металлической арматуры и оказалось неосуществимым, то по крайней мере удалось прочно закрепить дверные коробки и оконные рамы, канализационные и водопроводные трубы, нагревательные приборы, осветительную аппаратуру, не говоря уже о штукатурке потолков, один квадратный метр которой, согласно одному американскому докладу, может весить до 39 килограммов.

Единственная трудность, которую не удалось преодолеть сторонникам сейсмостойкой архитектуры, заключалась в следующем: исследования, начатые в Германии в 1930 году и продолженные в США, показали, что у грунта могут быть свои собственные периоды колебаний. Если у здания оказываются случайно точно такие же периоды колебаний, то может возникнуть явление резонанса, способное свалить самое прочное сооружение. Объясним, в чем тут дело. Все знают, что качели при данной длине веревок имеют совершенно определенный период колебаний. Можно увеличить или уменьшить амплитуду, но нельзя изменить продолжительность ьтих колебаний. Если раскачивать качели в одном темпе, то есть сообщить им импульс, отвечающий периоду их собственных колебаний, то амплитуда этих колебаний все больше и больше увеличивается. В этом случае говорят, что качели «резонируют». Явление резонанса имеет очень важное значение и может даже привести к катастрофе. В 1850 году около Анжера полк, не нарушая размеренного шага, вступил на подвесной мост. Период шагов совпал с периодом колебаний моста. И тут произошло то же, что случается с качелями: мост начал раскачиваться все сильнее и сильнее, пока его колебания не стали столь значительными, что тросы лопнули и солдаты очутились в воде.

Ну так вот, исследования периодов колебаний, проводившиеся в США в 1935–1940 годах, показали, что вибрации «резонирующего» здания при повторных импульсах могут привести к его разлому. Как бороться с этой угрозой, еще не найдено. К счастью, в действительности к периоду колебаний здания присовокупляются колебания различных его элементов — каркаса, балок, полов и т. д., — и они взаимно погашаются.

Как сейсмические толчки разрушают строения

Не думайте, что удовлетворение такого требования, как жесткость здания, совсем уж простая проблема. В самом деле, исследования, связанные с сейсмостойкостью, сопровождались не только опытами, но и потоком математических и инженерных выкладок. Ученые обнаружили, что эту проблему надо решать не только в статике, но и в динамике и что подземный толчок — сам по себе явление значительно более сложное, чем думали раньше.

Разумеется, мы не станем здесь излагать все детали математических вычислений и сложных анализов и ограничимся лишь теми выводами, к которым пришли специалисты. Теперь эти выводы кладутся в основу проектирования всех сейсмостойких сооружений.

Прежде всего отметим, что сейсмостойкое сооружение должно проектироваться совсем не так, как обычное. Последнее несет главным образом вертикальные нагрузки. Идет ли здесь речь о жилом доме, мосте или водонапорной башне, жесткость должна с особенной тщательностью обеспечиваться по вертикальной компоненте. Надо рассчитать так, чтобы пол десятого этажа не рухнул, если на него поставят рояль или несгораемый шкаф. Что касается горизонтального сопротивления, то здесь не приходится бояться ни перегрузки, ни ударов, разве только давления сильных ветров. В данном случае вместо каменной стены можно обойтись цементной, прикрепленной к металлическому каркасу.

Между тем при землетрясении разрушительной бывает именно горизонтальная компонента удара. Она измеряется ускорением, то есть сантиметрами на секунду в квадрате. Этим показателем пользуются для оценки сейсмостойкости строений. Мы не будем вдаваться в эти малозанимательные сухие подробности, но скажем все же, что именно ускорение толчка в данном месте определяет интенсивность землетрясения. Например, землетрясение с интенсивностью V соответствует ускорению, равному 0,015 ускорения силы тяжести (то есть 0,015 g); с интенсивностью X — 0,7 g, а с интенсивностью XII — 3 g.

Остается выяснить, к каким практическим выводам могут прийти архитекторы после таких вычислений? В первую очередь потребовалось конечно, создать приборы для измерения ускорений. Конструкторы использовали небольшие сейсмографы с очень малым периодом (0,1 секунды). Затем они преобразовали эти приборы в акселографы, которые дают на ленте фотографической бумаги графическое изображение ускорений. Акселографы были установлены на различных этажах жилых зданий.

Посредством приборов установили, что ускорение гораздо сильнее на верхних этажах, чем внизу (хотя в этом не сомневались и раньше), причем в среднем оно составляло 0,05–0,25 ускорения силы тяжести.

Отсюда вывели правило, согласно которому горизонтальное сопротивление, которое следует придать строению, должно равняться 0,1 его веса. Подтвердилось, что железобетон, позволяющий строить исключительно прочные здания, следует признать лучшим строительным материалом. И действительно, построенные из железобетона дома выдерживали толчки с интенсивностью VIII и даже IX. Это, впрочем, не означает, что можно возводить небоскребы в районе сильных сейсмических возмущений. Такое строительство было бы неоправданным прежде всего потому, что еще не умеют рассчитать все последствия толчка интенсивностью более X. Кроме того, сильная сейсмическая активность свойственна районам, сложенным нестойкими породами, где, за исключением зданий с очень глубоко заложенным фундаментом, сооружения не могут безнаказанно выдержать большого сотрясения.

Но как же поступать, если нельзя строить из железобетона? В этом случае самым безопасным материалом будет дерево. Надо только возводить прочные стены и потолок и уменьшить размеры дверей и окон. Необходимо также изолировать дымоходы от крыш, с тем чтобы они при сотрясениях раскачивались, не задевая кровлю, наподобие астатического маятника.

При соблюдении этих строительных правил здание можно считать сейсмостойким, но не несгораемым. Впрочем, нам уже известно, что несгораемых сооружений нет.

Страховка от землетрясений

Судя по последним страницам, наша книга как будто меняет направление. Вместо того чтобы ограничиться сферой чистой наук», гордо пренебрегающей житейскими заботами, мы вдруг занялись такими вопросами, как строительство, каменная кладка и качество строительных материалов.

«Как мы отвлеклись от теоретической геофизик» и как печально, что белоснежное одеяние науки пачкается от соприкосновения с известкой», — может быть, вздохнет кто-нибудь из читателей. Пусть не обижаются на нас защитники «башни из слоновой кости», если мы решительно заявляем, что именно сейсмология — характерный прототип современной науки. Весьма желательно, чтобы наука неустанно преследовала неуловимую истину, но во сто крат увеличатся ее заслуги, если она снизойдет со своей высоты, задумается над жизнью человека и смиренно займется улучшением его участи!

И ученые это понимают: геологи, математики и физики, исследовавшие недра земного шара, стали одновременно консультантами, дающими советы инженерам, строителям и архитекторам. Такая их роль может показаться второстепенной тем, кто проживает в привилегированных несейсмических странах. Но как неизмеримо возрастает значение этой деятельности в глазах японцев, чилийцев или жителей некоторых средиземноморских стран. Будьте уверены, что ученые не теряют их уважения, когда рассуждают о сейсмостойких сооружениях, определяют границы опасных зон или пытаются предугадать землетрясения.

Предугадать землетрясения! Ниже мы покажем, как обстоит дело с этой задачей, но вы, вероятно, уже догадались, что она еще далеко не разрешена. Если теория сейсмостойкости сооружений в основном разработана, то на практике она далеко не обеспечена. Это достижение будет реализовано только тогда, когда население сейсмических районов получит возможность жить в домах, построенных в стиле XXI века, которым не страшны ни землетрясения, ни пожары. Невежество и бедность — вот что до сих пор не позволяло уберечься от опасности землетрясения. Почему до сих пор не страхуются от землетрясений? Ведь страхуются же от штормов, и. страховые компании готовы в этих случаях трезво оценивать риск. К сожалению, иное отношение проявляется к землетрясениям. Условия страхования и сумму страховой премии можно уточнить лишь тогда, когда статистические данные позволяют дать точную количественную оценку вероятности ущерба. Что касается страхования жизни, то всем известно, какими точными стали статистические данные по этому вопросу, достоверность которых проверена в течение трех столетий на миллионах случаев. Но статистика землетрясений ведется менее 200 лет и учитывает множество слабых толчков. Когда нужно застраховаться от разрушительных землетрясений, все подсчеты оказываются несостоятельными.

Вот почему в 1906 году страховые компании, которые согласились оплатить ущерб, нанесенный землетрясением в Сан-Франциско, сели на мель. То же самое произошло в 1925 году, когда им пришлось выплатить 666 265 долларов после катастрофы в Санта-Барбаре. Вот почему в наши дни такой риск обычно не находит отражения в полисах, а только в особых договорах. Не трудно догадаться, что и пожары, как следствие землетрясения, тоже не учитываются в обычных полисах страхования от огня.

Если бы можно было предсказывать землетрясения

Для ученых землетрясения — это интересное и даже захватывающее геологическое явление. Подземные толчки подают геофизикам сигнал из недр земного шара и позволяют определить его внутреннее строение. В тиши своих кабинетов одни сейсмологи расшифровывают бесконечные ленты сейсмограмм, в то время как другие посредством обоснованных гипотез пытаются объяснить нам строение Земли на глубине 1000 или 5000 километров.

Но мы не должны забывать, что для сотен миллионов людей землетрясение — это постоянная угроза, которая висит над головой всю жизнь. В любой час их подстерегают разрушения или смерть. В декабре 1960 года Лаклавер, генеральный секретарь Международного союза по геодезии и геофизике, сообщил, что землетрясения истребляют в среднем до 15 тысяч человек в год и что с 1948 по 1957 год, то есть за 10 лет, от катастрофических стихийных бедствий (землетрясений, извержений, циклонов, наводнений) погибло более 1 миллиона человек. Одновременно Синна Ломниц, директор Чилийского сейсмологического института заявил, что после 1906 года Чили, Марокко и Иран не знавали таких смертоносных катастроф, как те, которые произошли в 1960 году.

Легко понять, что в этих странах сейсмологию не считают чистой наукой и что простые смертные, несчастные лесорубы и крестьяне, с упованием ждут наступления того дня, когда сейсмологи смогут предугадывать землетрясения.

«Не произойдет ли в этом году разрушительное землетрясение в Японии? Когда разлом Сан-Андреас породит следующее чудовищное землетрясение? Будет ли моя дочь в безопасности, если поедет этим летом в Сан-Франциско? Не угрожают ли Нью-Йорку или Чикаго такое же землетрясение, которое разрушило Чарлстон в 1886 году или долину Миссисипи в 1811 году?» Вот те вопросы, с которыми, по словам Массельуэйна, ежедневно обращаются к сейсмологам. Бедные сейсмологи! Их разъяснения неизбежно вызывают насмешки: «Вы начинаете говорить о землетрясениях только после того, как они разразятся! Наступит ли время, когда вы сможете их предсказывать!»

Прогнозы землетрясений! Никто не сомневается в их огромном значении. Ведь это позволит не только ежегодно спасать от гибели 15 тысяч человек, но и предотвращать огромный материальный ущерб. Сколько миллиардов можно будет сэкономить! Но не только пытливые умы издавна искали способы прогноза землетрясений. Этим соблазнялись и шарлатаны, которые не прочь поживиться на доверчивости простаков, пожиная богатые плоды на невежестве.

Ведь задолго до того, как ученые поставили перед собой эту задачу, астрологи и другие проходимцы уже заявили, что «решили» ее, и неплохо на этом зарабатывали. Но зачем писать в прошедшем времени? Даже в 1960–1961 годах, отмеченных такими блестящими победами науки, астрологи размножались и процветали, предвещая с одинаковой невозмутимостью землетрясения, войны и заключение браков между представителями царствующих династий. Рихтер рассказывает, что некий итальянец, по имени Граффиакане[68], специализировался на предсказаниях землетрясений во времена фашизма. Этот невежественный сапожник добился своеобразной известности, посылая в газеты свои гороскопы. Пресса разоблачила Граффиакане, когда он занялся прогнозами землетрясений, которые не оправдались. Крупный сейсмолог Агаменнон публично обвинил астролога в шарлатанстве, но это только усилило его популярность. Она достигла апогея, когда, чтобы блеснуть своей астрологической эрудицией, Граффиакане «открыл» новую планету, которую назвал «Дуче» в честь Муссолини.

Дело Граффиакане имеет двадцатилетнюю давность, но и на наших глазах безнаказанно продолжается надувательство легковерных людей. Разве не опубликовал в 1960 году немецкий журнал «Натур» статью проф. Томашека, в которой тот утверждал, что в последних катастрофических землетрясениях повинна планета Уран? Многое изменилось со времен шумерийцев, кроме бесстыдства астрологов и наивности, чтобы не сказать резче, тех, кто им верит.

О некоторых попытках прогнозировать землетрясения

Как же ставит перед собой задачу прогноза землетрясения рациональная наука? Можно сказать, отдавая ей должное уважение, что в этом отношении она пока бродит в потемках и не знает даже, с чего начать… Ученые еще не в состоянии ответить на такие вопросы, как где произойдет в ближайшее время стихийное бедствие и когда разразится следующее землетрясение в Сицилии. Впрочем, есть все основания надеяться, что в ближайшем будущем сейсмологи смогут дать положительный или отрицательный ответ на вопрос о том, угрожает ли землетрясение данному району.

В самом деле, землетрясение в общих чертах — результат напряжения, доводящего горную породу до разрыва. Если бы удалось обнаруживать и измерять напряжения в земной коре, то можно было бы установить, приближается ли оно к роковому пределу. При положительном ответе на этот вопрос будет правомерно утверждать, что данному району грозит землетрясение.

Итак, суть проблемы заключается в том, чтобы научиться измерять напряжения. Можно ли сконструировать соответствующий прибор? Говорят, что советским ученым недавно это удалось[69]. Пока еще нам не известны его принципы и полученные результаты. Признаемся, что до сих пор единственным способом обнаруживать напряжения в земной коре были наблюдения за разломами или медленными подвижками, которые могут быть предвестниками землетрясений. Известно, что первый способ применяется в США, где ведутся наблюдения за поведением разлома Сан-Андреас: столбы, вбитые в грунт со всех сторон точно в соответствии с указаниями геодезистов, должны показать возможные смещения. В Японии, где несколько раз (в 1793, 1802, 1872 годах) перед землетрясением отмечались вспучивания грунта, применяют уклономеры, которые беспрерывно отмечают необычные изменения уклона поверхности.

Несомненно, такие способы весьма примитивны и ученые не напрасно напрягают свои усилия и все свое воображение для разработки надежного метода прогнозирования землетрясений.

Не поможет ли в данном случае земной магнетизм?

Мы благоразумно воздержимся здесь от пространного изложения этой проблемы. О природе земного магнетизма было много дискуссий на последнем конгрессе Международного союза по геодезии и геофизике (Хельсинки, 1960 год). Не заключен ли он в ядре земного шара, которое работает, как гигантская динамо-машина? Современная наука склоняется к такой гипотезе.

Но не в этом дело! Важно, что землетрясения часто сопровождаются магнитными возмущениями, например внезапными изменениями магнитного склонения и наклонения. Это неоднократно наблюдалось в Японии, а также во Франции при землетрясении на Лазурном береге 23 февраля 1887 года. Еще более характерное совпадение было отмечено 3 октября 1933 года. В этот день произошло небольшое землетрясение в Парижском бассейне. Ротэ обнаружил, что ось сейсмической зоны полностью совпадала с оcью области постоянной магнитной аномалии, имеющей овальную форму. Эта область с центром в Орлеане простирается до Лез-Андели.

Какая же связь наблюдается между магнитными и сейсмическими возмущениями? Многие исследователи рассматривают их как два различных проявления одного и того же процесса, последней фазой которого является землетрясение. По мнению этих ученых, магнитные возмущения предшествуют сейсмическим сотрясениям и, обнаружив первые, можно сделать вывод о неизбежности вторых. Геофизик Нодон (Бордо) отстаивал эту гипотезу с 1907 года, и по его указаниям Наваррет, директор обсерватории в Сантьяго (Чили), даже сконструировал особый магнетограф для предсказания землетрясений. Какая же судьба постигла эту теорию? К сожалению, она не прогрессировала и, видимо, привела к многим ошибочным вычислениям. Ведь одни землетрясения сопровождаются магнитными возмущениями, а другие нет…

Пойдут лb исследователи далее по пути измерения напряжений или наблюдения за земным магнетизмом, перспективы прогнозирования землетрясения пока еще не слишком утешительны. Будет ли достигнут положительный результат? Читатель, вероятно, крайне удивится, узнав, что многие сейсмологи склонны ответить «нет».

Рихтер, например, пишет: «Еще не известно, будет ли возможным такое предсказание в будущем, ибо условия разрешения проблемы чрезвычайно сложные»[70]. Заметим, правда, что Рихтера, считающего Дейвисона мечтателем и фантазером, нельзя отнести к этой категории. Рихтера можно скорее упрекнуть в том, что он несколько узко смотрит на некоторые проблемы. Должен же все-таки быть другой путь, который приведет к желанной цели!

Оговоримся сразу же, что другой путь подрезает крылья нашим честолюбивым мечтам Он означает, что если нельзя заранее объявить: «Землетрясение произойдет там-то, такого-то числа», то можно будет хотя бы сказать более неопределенно: «Внимание! Предстоящий год будет отмечен землетрясениями». Такое предостережение заставит все же жителей сейсмических районов быть начеку, но при условии, конечно, что оно оправдается. А как обстоит дело в настоящее время? Можно ли предусмотреть рецидивы сейсмической активности, такой, какая наблюдалась в 1906 и в 1960 годах? Статистические данные показывают, что сейсмическая активность меняется из года в год. Но не позволяют ли они выявить какую-нибудь закономерность или аномалии?

Мы честно предупреждаем читателя, что подошли сейчас к самой запутанной проблеме нашего времени, настолько противоречивой, что большинство сейсмологов¹ начисто отрицают ее существование.

Американские сейсмологи во главе с Рихтером не хотят о ней и слышать, а их европейские коллеги еще не набрались смелости, чтобы оспаривать такое вето. Они просто предоставляют фактам говорить самим за себя.

Микросейсмы как отражение солнечной активности

Начнем этот раздел с открытия, которое теперь никем не опровергается. Оно сделано Пьером Бернаром в 1938 году.

Готовясь к защите своей диссертации в Парижском институте физики земного шара, Бернар решил выявить средний годовой показатель микросейсмической деятельности по записям, имеющимся в обсерватории Сен-Морского парка с 1910 года. По этим данным он вычертил график (рис. 23) за 1910–1938 годы. На графике мы видим два отчетливо выраженных максимума. Один приходится на 1919/20 год, другой на 1929/30 год, то есть с интервалом в 10 лет. Не менее заметны и три минимума (1916/17, 1926/27 и 1937/38 годы), отделенные друг от друга интервалами в 10–11 лет.

Эта периодичность в наступлении подъемов и спадов микросейсмической активности через каждые 10–11 лет заставляет нас призадуматься. Разумеется, это не случайная регулярность. Такая цикличность с периодом 11 лет заставляет нас вспомнить о другой цикличности с тем же периодом. Она хорошо известна геофизикам и астрономам. Мы имеем в виду изменения солнечной активности.

Рис. 23. Сопоставление микросейсмической и солнечной активности.

^{Заметьте, что первая следует за второй с опозданием на два-три года.}

Отошлем читателя, который заинтересуется этой проблемой, к учебнику по астрономии, где он прочтет о солнечной активности. Здесь же скажем вкратце, что эта активность характеризуется солнечными пятнами, хромосферными вспышками, протуберанцами, число и интенсивность которых обнаруживают цикличность со средним периодом 11 лет. Поскольку эти явления поддаются количественной оценке (чаще всего пользуются Вольфовыми числами), то не представляет труда вычертить кривую солнечной активности. Рассмотрев ее на рис. 23, вы заметите, что она очень похожа на кривую микросейсмической активности. При этом солнечная активность опережает микросейсмическую примерно на два года.

Разумеется, па первый взгляд такой параллелизм нас поражает. Ведь мы уже знаем, что микросейсмические возмущения — это непрерывные колебания грунта. Они вызываются циклонами и передаются суше волнами, образующимися на поверхности морей. Посредством какого же таинственного механизма повторяемость и интенсивность этих атмосферных изменений связана с солнечной активностью? Если вы сомневаетесь в наличии такой связи, то лучшим доказательством, которое привел тот же Бернар, будет следующее: изменения в атмосфере земного шара происходят иногда одновременно с изменениями в атмосфере Марса, где они проявляются в виде туманности. Следовательно, должна быть какая-то общая причина, влияющая на обе планеты, которые находятся на расстоянии миллионов километров друг от друга. Естественно видеть эту причину в Солнце. Взаимосвязь покажется еще более убедительной, если вспомнить, что микросейсмические бури повторяются иногда через 27 суток. А 27 суток — это период вращения Солнца!

Прежде чем углубиться в рассмотрение того, как связь между микросейсмическими бурями и Солнцем поможет нам в предсказании землетрясений, подчеркнем практическое значение, которое она может иметь для метеорологии. Подробный анализ статистических данных показывает, что «годы с самыми интенсивными микросейсмическими возмущениями полностью совпадают с годами значительного ослабления солнечной активности», — заявляет в своей диссертации Бернар. Итак, изучив кривую солнечной активности, видимо, можно предсказать годы развития циклонов. Нетрудно догадаться, какую пользу могут извлечь из таких ценных прогнозов моряки и летчики.

Солнце управляет вращением Земли

«Хорошо, будем считать доказанным, что Солнце порождает циклоны и микросейсмические возмущения, — скажет нам читатель. — Теперь нам хотелось бы подробнее узнать об этом источнике возмущений, в частности о том, как Солнце может влиять на нашу планету».

В этом и кроется загадка, но астрономы начинают постепенно ее разгадывать. Теперь они знают, что Солнце не только излучает свет, — точнее, электромагнитные волны любой длины (лучи видимые, ультрафиолетовые, инфракрасные, радиоизлучение), которые доходят до нас минут за восемь, но еще и космические лучи, состоящие в основном из протонов (ядра атомов водорода). Эти лучи доходят до Земли менее чем за час. Особенный интерес представляют заряженные частицы — корпускулы, проходящие этот путь за 20–40 часов. Корпускулы вызывают полярные сияния, резкие колебания магнитной стрелки, создают помехи радиовещанию — или, короче, порождают магнитные бури, которые возмущают ионосферу Земли и нарушают радиосвязь.

Эмиссия корпускул Солнцем особенно усиливается во время хромосферных вспышек. Эти вспышки на Солнце из-за их молниеносной быстроты иногда ускользают из поля зрения астрономов, но так как вспышки сопровождаются всегда появлением крупных пятен и протуберанцев, то, наблюдая за этими явлениями, ученые догадываются, что в ионосфере сейчас же произойдут возмущения. Непрерывным наблюдением за Солнцем удается в настоящее время обеспечить постоянство и регулярность телевидения. Но поразительнее всего, что эти явления на Солнце оказывают влияние не только на ионосферу и радиосвязь. С интервалом в два года, то есть в 1958 и> в 1960 годах, Данжон, директор Парижской обсерватории, сообщил Академии наук о двух совершенно необычайных случаях. 23 февраля 1956 года на Солнце наблюдались хромосферные вспышки исключительной интенсивности, которые вызвали на Земле сери» северных сияний и магнитных бурь. Мало того, эти вспышки совпали с изменением скорости вращения Земли! Изменение было не очень значительным, всего 0,010 секунды. Однако ученых поразила не эта величина, но совершенно неожиданное открытие о влиянии солнечной активности на движение земного шара. 10, 14 и 16 июля 1959 года на Солнце наблюдались вспышки, не менее интенсивные, чем в 1956 году, причем и на этот раз они отразились на вращении Земли: к 21 июля оно резко замедлилось, а затем начало ускоряться, как и прежде.

Чем же объяснить эту странную связь? Для изменения скорости вращения Земли нужно, чтобы изменился момент инерции, поскольку масса земного шара остается неизменной. Возможно (как это частично допускал Стойко при выявлении причин других аномалий вращения Земли), что Солнце воздействует на пластичные толщи нашей планеты, вызывая их разрежение или сжатие.

Это могло бы служить объяснением, почему радиус Земли, а отсюда ее момент инерции и скорость вращения зависят от колебаний солнечной активности.

В свете этих предположений представляется правдоподобным, что такие возмущения, вызываемые Солнцем в пластичных толщах земного шара не обходится без катастроф. Понятно, что могут возникнуть чрезмерные напряжения и даже разломы, то есть землетрясения.

Именно такое предположение побудило Стойко задать себе в 1952 году следующий вопрос: «Имеется ли причинно-следственная связь между изменением скорости вращения земного шара и землетрясениями?» Этот выдающийся астроном, работающий в Парижской обсерватории, использовал свои собственные расчеты значений годовых изменений скорости вращения Земли и заимствовал из труда Гутенберга и Рихтера величины сейсмической энергии, высвобождающейся за год (см. кривую на рис. 11). Затем он применил обычные математические методы, чтобы выяснить, не существует ли между этими двумя явлениями какой-нибудь иной связи, кроме случайной. Стойко сообщил, что результаты расчетов показали «весьма четко выраженное согласие»[71]. Отсюда этот ученый заключил, что аномалии вращения земного шара и землетрясения были следствием одной и той же причины, которую после сообщений Данжона мы можем найти, только наблюдая за Солнцем. Итак, по их мнению, неравномерность солнечной активности — вот причина изменения скорости вращения Земли и ее сейсмичности.

Дает ли нам Солнце разгадку землетрясений?

Признаемся, что здесь мы имеем дело с еще одной весьма правдоподобной гипотезой, и воспользуемся случаем, чтобы привести несколько примеров любопытных совпадений.

1 сентября 1923 года великолепная группа солнечных пятен, которая заняла не менее 50 000 километров, пересекла центральный солнечный меридиан, и в тот же день газеты сообщили о сильном землетрясении в Японии[72].

4 февраля 1946 года еще более крупная группа пятен длиной 250 000 километров пересекла тот же солнечный меридиан. На Земле был отмечен поток рассеянных радиоизлучений и возмущения, а в Алжире разразилось землетрясение, унесшее 264 человеческих жизней и разрушившее 880 домов.

25 июля 1946 года астрономы обнаружили на Солнце не пятно, а грандиозную вспышку. Через два дня на различные районы земного шара обрушились магнитные бури с полярными сияниями и ливнями. А еще через несколько дней сильное землетрясение опустошило остров Доминика (Малые Антилы) и погубило около 80 человек.

В апреле 1947 года на Солнце появилось самое большое из когда-либо виденных пятен, растянувшееся в длину более чем на 300 000 километров. За этим явлением 10 апреля последовало землетрясение в США.

В первых числах ноября 1952 года возникло другое гигантское солнечное пятно длиной около 130 000 километров. Вслед за этим, 4 ноября, на Камчатке разразилось землетрясение с магнитудой 8,4; 7 ноября цунами обрушилось на берега Тихого океана, а 8 ноября буря небывалой силы пронеслась по Северо-Восточной Европе.

Декабрь 1957 года, особенно первая его половина, ознаменовался исключительной солнечной активностью. За это время астрономы насчитали 134 пятна, из них 116 новых. А 13 апреля землетрясение в Иране унесло 2000 жертв.

Мы могли бы привести много других примеров совпадений сейсмических возмущений с проявлениями солнечной активности. Но сознаемся, сохраняя объективность, что они ничего бы не доказали, ибо в качестве опровержения противники этой гипотезы могли бы привести другие примеры, когда исполинские пятна или чудовищные вспышки на Солнце не вызывали никаких отголосков на Земле, или, наоборот, случаи, когда разрушительные землетрясения не совпадали ни с какими необычайными проявлениями солнечной активности.

Можно проявить еще большую любознательность и задаться вопросом, не будут ли такие совпадения между явлениями, происходящими на Солнце, и сейсмической активностью простой случайностью или между ними наблюдается некая связь вроде той, которую обнаружил Стойко между землетрясениями и вращением земного шара.

Сообщим читателю, что бельгийский геофизик Ван-Жильс занялся этой проблемой в 1949 году. Прибегая, как и другие исследователи, к корреляционному анализу, он пытался обнаружить связь между солнечной активностью и числом землетрясений за год. Результаты его расчетов показали, что такой связи нет и что эти явления не зависят друг от друга.

Но совершенно очевидно, что у Ван-Жильса не было оснований оценивать сейсмическую активность числом землетрясений. Мы уже знаем, что энергия, высвобождающаяся при множестве слабых землетрясений, не может идти в сравнение с той, которая характерна для небольшого числа сильных возмущений. Отсюда совершенно ясно, что единственным правильным критерием для оценки сейсмической активности должна быть энергия землетрясений, а не их количество. Сравнивая сейсмическую активность в 1906 и 1935 годах, мы получили бы о ней неправильное представление, если бы ограничились констатацией, что в эти годы число толчков было почти одинаковым. Ведь в 1935 году высвободившаяся энергия составила всего 6,1?10²⁶ эргов, а в 1906 году она достигла 64,7?10²⁶ эргов!

Рис. 24. Сопоставление сейсмической и солнечной активности в 1922–1952 годах.

^{На оси ординат отложены Вольфовы числа.}

Перенесем на график кривую сейсмической энергии с рис. 11 (по данным Гутенберга и Рихтера) и вычертим кривую солнечной активности, измеренную Вольфовыми числами. Мы получим тогда график, представленный на рис. 24, где кривая сейсмической активности вычерчена сплошной линией, а солнечной активности — штрихами. Хотя здесь сходство между кривыми менее отчетливо, чем на рис. 23, но все же оно имеется. Заметно отставание на несколько лет соответствующих фаз сейсмической активности от солнечной. Поэтому максимум сейсмической активности почти совпадает с минимумом солнечной. Это совпадение особенно бросается в глаза в отношении 1923 года. Думается, максимум солнечной активности, достигшей в 1957 году исключительной интенсивности, не случайно опережает на три года сейсмический максимум 1960 года, тоже крайне необычного.

* * *

Признаемся, что здесь меньше говорилось о достоверных закономерностях, чем о вероятностях и догадках. Еще в 1902 году Морэ отметил связь между солнечной активностью и землетрясениями. Он пришел к выводу, что сейсмические возмущения наблюдались главным образом в периоды ослабления солнечной активности. Многие геофизики в глубине души разделяют его убеждение. Ведь чем больше развивается их наука, тем глубже она вскрывает взаимосвязи между явлениями, происходящими на Земле и на Солнце. Что касается сейсмической активности, то здесь трудность состоит в отделении реальных связей от бесчисленного множества второстепенных и не имеющих отношения к делу фактов. Нельзя сетовать на ученых, что они пока еще отказываются дать определенный ответ и занимают позицию «подождем — увидим». Наступит время, когда все прояснится и в общих чертах взаимосвязи между Солнцем и Землей уже не будут гипотезой, а достоверной истиной.

Автор этой книги принадлежит к числу тех, кто видит в Солнце настоящего властителя судеб Земли, режиссера космических явлений, в которых мы еще полностью не разобрались. В наши дни специалисты по телевидению и геомагнетизму ежедневно консультируются с Солнцем. Возможно, что завтра астроном даст в руки сейсмолога средство прогнозирования землетрясений и коронограф станет помощником сейсмографа!

1. ЗЕМНАЯ КОРА. Кора Земли (ее называют также сиаль) имеет различную толщину: под океанами до 5 километров, а под материками — 30–70 километров. Сейчас советские и американские специалисты разработали проекты достижения мантии Земли путем бурения земной коры.

2. РАЗДЕЛ МОХОРОВИЧИЧА — пограничная зона между земной корой и мантией.

3. МАНТИЯ (ученые называют ее также сима) простирается от коры до земного ядра. Предполагают, что мантия — твердая и в то же время пластичная, раскаленная; состоит она из вещества, иного по составу и более плотного, чем земная кора. Плотность вещества мантии возрастает с глубиной.

4. ЗЕМНОЕ ЯДРО. Существует предположение, что ядро состоит из расплавленного железа. Гипотеза о жидком состоянии ядра Земли основана на том, что поперечные волны землетрясений через него не проходят.

5. ВНУТРЕННЕЕ ЯДРО, в жидком земном ядре предполагается существование твердого внутреннего ядра.

PIERRE ROUSSEAU

LFS TREMBLEMENTS DE TERRE

PARIS 1961

Пьер Руссо

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Перевод с французского В. М. НИКИТИНОЙ

Редактор О. И. ФЕЛЬДМАН

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПРОГРЕСС» МОСКВА 1966

В этой книге Пьер Руссо, известный во Франции писатель — популяризатор научных знаний, дает читателю всестороннее представление об одном из самых грозных и разрушительных стихийных бедствий, наносивших огромный ущерб человечеству на всем протяжении его истории.

Руссо популярно излагает теории происхождения землетрясений и обобщает опыт по применению различных методов прогнозирования сейсмических катастроф и ликвидации их последствий.

2-8-3

С6-66

РЕДАКЦИЯ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГЕОГРАФИИ

ПЬЕР РУССО

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Художественный редактор Л. Ф. Шканов

Технический редактор Н. А. Бульдяев

Корректор Л. Полянская

Сдано в производство 11/XII 1965 г. Подписано к печати 1/III 1966 г. 3⁷/₈ бум. л. 13,02 печ. л. Уч. — изд. л„12,71. Изд. № 11/1987 Цена 1 р. 50 к. Заказ № 579

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПРОГРЕСС»

Москва, Зубовский бульвар, 21

Московская типография № 20 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР Москва. 1-й Рижский пер., 2