Пьер Руссо - Землетрясения

• Название: Землетрясения
• Автор: Пьер Руссо
• Издательство: Прогресс
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 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.

---

Но раз в этой книге мы поставили перед собой задачу только изучить землетрясения и их последствия для человека, не стоит вдаваться в эту сложную проблему. Все же неразумно будет пройти мимо основной особенности сейсмических явлений. Все, что сказано до сих пор, изображает землетрясения как чудовищные катаклизмы, одинаково безжалостные и к мертвой и к живой природе. В их руках человек — жалкая игрушка. Ну что же, теперь посмотрим на сейсмические явления глазами ученого.

Землетрясение — это результат различного рода колебаний, зарождающихся в подземном очаге и претерпевающих в глубинах земного шара многообразные изменения. Когда они доходят до сейсмолога, он в праве рассматривать их как подлинные сигналы, посланные из очага и прошедшие десятки и даже сотни километров под землей. Как хочется расшифровать эти сигналы и узнать, что же происходит в этом недоступном подземном царстве! Какая это благородная задача для ученого! Давно уже пора опровергнуть остроту, что ученые гораздо лучше знают строение Солнца, чем своей Земли! Забавная шутка или унизительное утверждение — понимайте, как хотите! Поскольку температура Солнца известна, его физическое состояние представляется несложным, и астрономы чуть ли не с полной уверенностью описывают его строение до самого центра, который находится в 700 000 километрах от поверхности. Что касается Земли, то здесь на основе непосредственного опыта нам известны лишь первые 7–8 километров от поверхности в глубь планеты, поскольку до настоящего времени более глубокого бурения с исследовательскими целям» не производилось. И ни одна наука, кроме сейсмологии, не в состоянии предугадать процессы, происходящие в глубинах Земли. Понятно, что воображение разыгрывалось вовсю, прежде чем эта наука научилась расшифровывать сейсмические сигналы.

Французский физик Бабинэ заявил с кафедры в 1885 году:

«Не только теория, но и наблюдения указывают, что на сравнительно небольшой глубине земной шар находится в расплавленном состоянии и что материки плавают по безбрежному океану расплавленной породы, подобно камням на жидком металле, устремляющемся потоком из доменных печей.

Причина землетрясений теперь совершенно ясна. Наша Земля представляет железную массу, покрытую корой твердого застывшего пласта, толщиной около 30 километров. Под корой находится расплавленная порода; последняя выходит на поверхность, когда образуется механический разрыв в затвердевшей коре, из которой сложены континенты и дно океанов»[60].

Эта концепция только недавно исчезла из школьных учебников. Многие из нас помнят, как в школьные годы приходилось заучивать эту простую и немного пугающую теорию, согласно которой только тонкая скорлупа отделяет нас от огненной пучины, глубиной 12 000 километров…

И только тогда, когда научились понимать сейсмические сигналы, эта фантастическая картина была перечеркнута наукой.

Не прошло и 50 лет, но этого оказалось достаточно, чтобы наши знания о строении земного шара перестали быть чистой теорией и превратились в гипотезу, подкрепляемую все более вескими доказательствами. Гипотеза эта не только отвечает интересам ученых, но и способствует разрешению неотложных практических задач, стоящих перед человечеством. Действительно, разве познание недр земного шара и все более глубокое проникновение в механизм землетрясений не представляют собой еще одного шага на пути к предсказанию этих грозных явлений? Понятно, что жители Сан-Франциско, Японии или Северной Африки будут от всего сердца приветствовать любое достижение науки, которое позволит прогнозировать землетрясения.

С этой точки зрения даже самые сильные сейсмические возмущения приносят известную пользу.

Можно не сомневаться в том, какую сенсацию вызвало среди ученых Чилийское землетрясение 1960 года. Эта катастрофа позволила проверить, может ли Земля резонировать, как колокол, под воздействием столь мощного толчка и породит ли такое сотрясение кроме известных волн Р, S и L еще другие ультрадлинные волны с периодом 50 минут. Эта катастрофа дала возможность выбрать среди предложенных учеными гипотез о внутреннем строении Земли ту, которая была ближе всего к истине. Большинство ученых стало на сторону той схемы, которую предложил ранее австралийский геофизик Баллен.

Рис. 18. Разрез земного шара (по Баллену). Схема Баллена представлена на рис. 18. На этой схеме земной шар подразделяется на четыре слоя: внешний, или кору (слой чрезвычайно тонкий, мощностью не более 40 километров и относительно легкий, с плотностью 3,3); промежуточную оболочку (тоже твердую, но гораздо более мощную, достигающую 2900 километров, и тяжелую, с плотностью 3,3–5,5), ядро, состоящее из горных пород и металла в жидком состоянии (мощность 2220 километров, плотность 9,5–12) и, наконец, субъядро из твердого металла (с температурой 4000 градусов, радиусом 1250 километров и плотностью 18).
Под разрывной границей Мохоровичича — неизвестность

Именно изменение скорости сейсмических волн при переходе из одного слоя в другой и помогло обнаружить границы между различными слоями, а затем и их мощность. Лучше всего изучена граница, отделяющая кору от промежуточной оболочки. Югославский геолог Мохоровичич, обнаружив в 1909 году, что волны Р и S как бы раздваиваются, достигая поверхности, первым истолковал это явление как признак нарушения сплошности пластов. С того времени это явление получило известность под названием разрывной границы Мохоровичича, а опыты но вызову искусственных сейсмических возмущений позволили с 1949 года устанавливать глубину этой границы со все большей точностью. Теперь нам известно, что под материками она находится на глубине от 30 до 40 километров. Над границей Мохоровичича простираются граниты, которые в свою очередь перекрыты осадочными толщами. Под океанами разрывная граница проходит на глубине 10–11 километров от поверхности, а мощность коры здесь не достигает и 5 километров.

А что же находится под этой границей? Вот здесь и начинается промежуточная оболочка, то есть неизвестность.

Несмотря на то, что все теоретические рассуждения и наблюдения позволяют прийти к единодушному мнению относительно природы, плотности, температуры или напряжения этой оболочки, все же никто и никогда еще не держал в руках колонки пробы этой оболочки.

Вот почему два американских сейсмолога, Гарри Хесс и Уолтер Функ предложили в 1959 году пробурить скважину до этой оболочки, чтобы взять колонку пробы.

Это смелое предложение было одобрено Академией наук США, и пресса подняла шумиху по поводу проекта «Мохоул»[61].

Цель этого проекта заключается в том, чтобы пробурить земную кору там, где она тоньше всего, то есть под океаном, а затем пройти разрывную границу Мохоровичича и проникнуть буром в промежуточную оболочку. Место для этой сенсационной операции выбрано в 300 километрах к северо-западу от Поуэрто-Рико, там, где под водной толщей кора исключительно тонка. Уже предприняты подготовительные работы и будущая великая скважина привлекает к себе взоры всех геофизиков.

Как определить местоположение эпицентра и очага

Строение земного шара не входит в тему нашей книги, поэтому мы не будем здесь останавливаться на столь обычном в наше время использовании результатов изучения сейсмических волн, как поиски нефти и рудных ископаемых посредством взрывов. Вернемся лучше к чрезвычайно тревожной проблеме землетрясений, к наблюдению за бесшумными сейсмографами.

Мы видим, как острие прибора подрагивает на ленте, записывая какие-то отдаленные толчки, и задаем себе вопрос, который часто слышим от людей, неискушенных в сейсмологических проблемах. Их обычно поражает, что специалисты, сообщая о землетрясениях, уточняют время его возникновения, местоположение эпицентра и очага. Как они узнают, что землетрясение произошло в данной точке земного шара и что его очаг расположен в стольких-то километрах от поверхности?

Из рис. 17 вы убедитесь, что ответить на этот вопрос очень просто. График показывает, что, чем больше расстояние, тем больше интервал между временем появления волн Р и S. Так, например, в 5000 километрах от эпицентра волны S появляются через 400 секунд после Р; на расстоянии 8500 километров они опаздывают на 600 секунд по сравнению с волнами Р, а 12 000 километров покроют с отставанием еще на 750 секунд. Будем исходить от обратного, то есть измерим временной интервал между прохождением волн S и Р; в этом случае график покажет нам точное расстояние.

Именно так и поступают на сейсмических станциях. Расстояние от эпицентра определяется исходя из разрыва во времени между появлением волн Р и S. Правда, этого недостаточно, чтобы определить место эпицентра, но, если две станции производят одинаковые расчеты, два полученных расстояния пересекаются в одной точке, которая и будет искомым эпицентром. Так же легко определяется время начала землетрясения в очаге, поскольку точно известна скорость распространения волн.