Слушая пульс Земли

Слушая пульс Земли

Несколько более полувека тому назад русский ученый Борис Борисович Голицын написал: «Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, помогая тем самым рассмотреть то, что там происходит». Голицын изобрел и прибор, с помощью которого можно бы было «видеть» «освещенную» внутренность Земли, — сейсмограф, преобразующий механические колебания в электрические. Потомки изобретенного Голицыным прибора и сейчас работают здесь, у нас под ногами. Вход б подвал, где они установлены, находится под этим ковром…

Наш собеседник — известный геофизик, доктор физико-математических наук Евгений Федорович Саваренский — указал прямо на пол между нашими стульями. Оказывается, и ковер, покрывавший твердый кафельный пол, не был случайным в этой комнате. В ней все говорило о том, что ее обитателей интересует весь земной шар, что вся планета — объект их исследований. В углу стояли специальные часы с циферблатом, разбитым на двадцать четыре деления. Нет, они не отставали от наших наручных на четыре часа — они показывали время нулевого Гринвичского меридиана. На стене висела карта мира, отдельные ее области были испещрены черными точками — эпицентрами землетрясений. Рядом загадочно поблескивали циферблаты приборов, связанных с теми, что бессменно несли свою вахту в подвале.

— С этого изобретения, сделанного русским ученым, и начинается совершенно новый этап в изучении земного шара. С этого изобретения по существу и возникла сейсмология как точная наука, изучающая землетрясения, а также внутреннее строение Земли на основе наблюдений над упругими волнами, проходящими сквозь нее.

А для чего вообще нужна сейсмология? Может быть, только чистое любопытство ученых способна она питать своими открытиями?

Нет, это наука, имеющая самое непосредственное, самое практическое применение. Да к тому же, надо прямо сказать, бесполезных знаний нет. И знание того, что в центре нашей планеты имеется ядро с диаметром, равным примерно половине диаметра земного шара, и знание свойств этого ядра, фокусирующего лучи упругих волн, как лупа фокусирует лучи света, рано или поздно будет использовано наукой. История науки знает множество открытий, которые в течение десятилетий и даже столетий казались бесполезными, а потом становились краеугольным камнем целой отрасли техники. Вспомните хотя бы историю термоэлектрических явлений. В 1821 году немецкий ученый Г. Зеебек открыл возникновение электрического тока в термопаре — двух пластинках, спаянных с обоих концов и с одного спая подогреваемых. В 1834 году французский ученый Ж. Пельтье нашел обратный эффект — нагрев или охлаждение спаев при прохождении через них тока. А в наше время благодаря в значительной мере работам академика А. Ф. Иоффе эти явления широко применяются в электрогенераторах, служащих для прямого превращения тепла в электрический ток, холодильниках— самых экономичных из известных нам сегодня, и т. д.

Но я вовсе не хочу сказать, что сейсмология занимается только накапливанием фактов, которые можно будет использовать в отдаленном будущем. Нет, я хочу сказать, что в перечне ее открытий есть и такие, которые сможет использовать практика и недалекого будущего. В общем сейсмология — чисто практическая наука. Ее методы широко используют геологи, разведывающие залежи полезных ископаемых. По прохождению в слоях Земли упругих волн, вызванных специально осуществленными взрывами, удается сделать заключение о том, как простирается пласт полезного ископаемого, нефтяное месторождение.

А главная задача сейсмологии на сегодня — изучение землетрясений.

Жители Помпеи не погибли бы — нет! — если бы у подножия Везувия стояла сейсмическая станция. Они были бы предупреждены заблаговременно об ожидаемом извержении и сумели бы вовремя покинуть обреченный город. Ведь извержение вулкана, подобно зверю, который рычит и ощеривается, прежде чем броситься на жертву, начинается обычно с незаметных на слух подземных шумов и еле уловимых колебаний грунта. Этого иногда достаточно, чтобы понять, как развернутся события дальше. Вовремя покинуть дома, выйти по сигналу на открытое место — уйти из угрожаемого района — значит, избежать напрасных жертв.

Мы ведем гигантское по размаху строительство буквально во всех уголках нашей Родины. Бетонные корпуса заводов встают и в степях Западной Сибири и в горах Забайкалья, белые плотины электростанций ложатся в русла и прибалтийских и дальневосточных рек, шахты и скважины к подземным сокровищам пробивают и в заполярном Норильске и в знойных среднеазиатских республиках. Поднимаются стройными улицами многоэтажных зданий новые города. Представляете ли вы, как важно знать заранее, а не разорвет ли внезапный подземный катаклизм стену плотины, подпирающей искусственное море, и не вырвутся ли его воды яростно крушить постройки, смывать поля, губить человеческий труд, а может быть, и жизни? Не превратит ли подземная буря в руины новый прекрасный город?

Дать прогноз сейсмической опасности района того или иного строительства— одна из важнейших задач нашей науки. И с этой задачей сегодня она уже справляется неплохо.

Основное средство для этого — накопление наблюдений. Далеко не везде, не в каждой точке земного шара, можно ждать землетрясения. На картах, где мы наносили все центры землетрясений, есть гигантские области, которых не касается карандаш сейсмолога. Так, в нашей стране очаги всех крупных землетрясений сосредоточены вдоль ее южных и восточных границ. Крым, Кавказ, Средняя Азия, Камчатка, Курильские острова — вот области, наиболее подверженные землетрясениям.

Особенно важно заблаговременно узнать о возможных потрясениях земной коры в приморских районах. Тихий, но коварный океан проглотил в свою пучину во время таких потрясений не один остров со всеми обитателями. Но острова могут не только опускаться в результате подводной вулканической борьбы. Океан имеет в своем арсенале еще более неожиданные ловушки. Пожалуй, самая страшная из них — цунами. Случается иногда, что далеко в открытом океане вдруг лопается дно и одна сторона многокилометровой трещины падает, резко опускается на несколько метров, а то и десятков метров ниже другой. В тот же миг на поверхности океана возникает «провал», рождается гигантская, многокилометровая волна. Она страшнее знаменитого «девятого вала», потому что может стремительно пересечь океан и совершенно неожиданно, при отличной погоде, обрушиться на побережье, слизнуть с островов города, население, флот… В открытом море цунами почти не опасен. Он только плавно приподнимет корабль и прокатится под ним…

И все же «служба цунами», если она хорошо поставлена, успевает засечь рождение гигантского вала, определить его направление и поднять тревогу, чтобы за 15–20 минут жители поднялись от побережья в горы. Служба эта должна быть круглосуточной.

Для того чтобы осуществить этот непрерывный надзор за состоянием земных недр, чтобы слушать «пульс Земли», в нашей стране существует развернутая сеть сейсмических станций. И эта сеть все расширяется.

Но, конечно, сообщение сейсмологов о том, что, предположим, Южный берег Крыма опасен, что здесь возможны землетрясения, вряд ли убедит кого-нибудь не строить здесь санаториев и домов отдыха, не проводить шоссейных дорог, не закладывать виноградников. Слишком целебен здесь воздух, слишком прекрасно море и щедро солнце. Не убедит опасность землетрясений отказаться от добычи полезных ископаемых и в среднеазиатских республиках. Слишком уж велика их подземная сокровищница. Конечно, инженеры, сооружая крымские санатории и здания Ашхабада, стараются сделать их сейсмически устойчивыми, способными, не разрушаясь, выдержать колебания почвы той или иной интенсивности. Есть целый ряд чисто инженерных рекомендаций, обеспечивающих это. Интенсивность землетрясения может оказаться большей, чем выдержат строения. Международная шкала землетрясений состоит из 12 баллов, причем уже землетрясение в 9 баллов считается опустошительным: разрушаются каменные дома, сдвигаются с места и опрокидываются памятники, поверхность земли прорезают трещины. А землетрясения в 12 баллов вообще не выдерживает ни одно строение. Даже если землетрясение и не достигает разрушительных, опустошительных и уничтожающих размеров, находиться в домах все равно опасно. И было бы очень хорошо, если бы можно было заранее, причем как можно точнее, предсказать день, час и место ближайшего землетрясения. В принципе это, конечно, возможно. Но для этого надо глубоко проникнуть в механизм землетрясений, понять причины, их вызывающие.

Земная кора, почва, на которой мы живем, вовсе не так уж незыблема и неколебима, как представляется на первый взгляд, даже в тех местах, где никогда не бывает землетрясений. Она перемещается и в вертикальном и в горизонтальном направлении. Так, достаточно точно установлено, что в настоящее время поднимается вверх огромная область Скандинавского полуострова. Скорость этого поднятия очень значительна — около 1 метра в столетие. Одновременно, значительно медленнее, правда, происходит опускание части территории Франции. Можно почти с полной убежденностью утверждать, что на земном шаре нет точки, которая не участвовала бы в относительных горизонтальном и вертикальном перемещениях. Если бы непрерывно не вырастали новые горные хребты, ветер, вода и солнце всего за миллион лет сделали бы поверхность Земли гладкой, как бильярдный шарик.

Это свидетельствует о том, что внутри Земли, под ее поверхностной коркой, непрерывно протекают различные физико-химические процессы. Эти процессы начались со дня рождения нашей планеты — 3–4 миллиарда лет тому назад — и не прекращались ни на одно мгновение. Они продолжаются и сегодня.

Что это за процессы? Они весьма многообразны и далеко не всегда ясны нам сегодня. Здесь и выделения огромных количеств энергии в результате радиоактивного распада некоторых элементов. По подсчетам советского ученого В. Г. Хлопина, атомный распад приводит к выделению в недрах Земли ежечасно 43Х10¹⁶ калорий тепла! Еще большие количества энергии накапливаются в связи с процессами сжатия и растяжения. Процессы перекристаллизации тех или иных пород могут сопровождаться и выделением и поглощением энергии, и увеличением объема и его уменьшением. Сложнейший хаос всех этих и многих других процессов и должна расшифровать геофизика и, в частности, сейсмология.

Постоянно в недрах Земли существуют напряженные участки, слои, области. Это напряжение вызывается различными причинами. Вот взять, например, так называемый «температурный градиент» — повышение температуры Земли при углублении в нее. Принято считать, что в среднем он равен одному градусу на 33 метра углубления. Однако в Японии, близ селения Эгиго, температура вырастает на один градус при углублении на каждые 23 метра. А в Калифорнии, близ местечка Гресс-Валлей, лишь углубление на 104 метра вызывает повышение температуры на один градус. А вспомните, что мировой океан во многих местах имеет глубину в восемь, девять и даже десять километров, а температура воды на дне этих впадин близка к нулю градусов. Уже это свидетельствует о неравномерности температур в недрах Земли.

Ученые установили, что очаги большинства землетрясений располагаются на сравнительно небольшой глубине — обычно не ниже 100 километров от поверхности Земли. Однако известны землетрясения с гипоцентром и на глубине до 600 километров. Для примера скажем, что гипоцентры крымских землетрясений находятся на глубине от 10 до 40 километров, а памирские землетрясения в целом ряде случаев вызывались сдвигами земных слоев на глубину до 300 километров.

Сжатое до чудовищных давлений, нагретое до температуры, вероятно, в большинстве случаев выше тысячи градусов, вещество напряженных слоев Земли деформируется. Попробуйте подвергнуть растяжению простую пеньковую веревку. Вот она уже натянута как струна. Вот начали, потрескивая, рваться отдельные менее прочные и более напряженные волокна. И вдруг катастрофа — веревка мгновенно лопается.

Вероятно, нечто подобное происходит и в недрах Земли. Вещество сначала «течет», как «текут» при растяжении металлы, затем оно «потрескивает», как потрескивала, перед тем как разорваться, наша веревка. Затем оно рвется — происходит взрыв, толчок, землетрясение.

Перед сейсмологами и стоит задача — разобраться в энергетическом механизме земных недр, выяснить и качественную и количественную картину землетрясений; разобраться в «потрескиваниях» — легких толчках, почти всегда предшествующих землетрясению; установить, чем вызываются следующие за землетрясением затихающие удары. Это задача огромной трудности и сложности, ибо никто еще никогда не присутствовал в том месте, где, собственно, находится «кухня землетрясения», — тех слоях земных, изменения которых и вызывают толчки. Сейсмолог, изучающий механизм землетрясения по распространению упругих волн, в какой-то мере подобен человеку, который вынужден следить за ходом спортивной борьбы через глухую стенку комнаты, только по доносящимся звукам Но, когда эта задача будет решена, сейсмологи смогут предсказывать день и час землетрясения за недели, месяцы, а может быть, и годы.

Два слова о задачах более отдаленного будущего. Конечно, люди не смогут отказаться от освоения районов, подверженных землетрясениям. Но, может быть, удастся подстилать под города и промышленные сооружения, воздвигаемые в таких местах, какие-то породы, смягчающие подземные толчки. Конечно, сегодня невозможно представить себе сооружение таких «подстилок» площадью в десятки квадратных километров и толщиной в сотни метров. Но послезавтра это может стать вполне технически осуществимой задачей. Мало того, это будет осуществлено.

Нельзя забывать и о возможности использования энергии землетрясений. Ведь она колоссальна. Приведу несколько цифр. Ежегодно сейсмографы регистрируют на земном шаре около 100 тысяч землетрясений, из них не более одного двенадцатибалльного, катастрофического, около десяти — вызывающих обширные разрушения, добрую сотню — с разрушительными толчками. Энергия, выделяющаяся при одном — не очень сильном даже— землетрясении, колоссальна, в десятки раз превосходит мощность крупнейшей водородной бомбы. И, вероятно, будут когда-либо разработаны методы использования энергии глубинных слоев, ныне бесполезно сотрясающей Землю. И тогда сейсмологи будут искать не опасные в смысле землетрясений области, а перспективные для получения энергии. И та энергия, которая, выделившись со взрывом, вызвала бы разрушения, может быть, будет в течение десятилетий питать предприятия близлежащих городов.