Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Грандиозные чилийские катастрофы и сходные с ними по своим разрушительным последствиям ашхабадское и турецкое землетрясения — явления редкие. Однако, по данным международной сети сейсмических станций, ежегодно на Земле происходит по меньшей мере несколько миллионов регистрируемых приборами землетрясений, 19 000 ощущаемых людьми и 20 катастрофических (силой 11 — 12 баллов) землетрясений. Общая плотность упругой энергии при катастрофическом землетрясении, по расчетам ученых, достигает в эпицентре 1024 — 1025 эрг. Эта величина эквивалентна по сейсмической энергии 100 ядерным взрывам бомб, каждая из которых эквивалентна 100 Мт. Чтобы произвести такое количество энергии, Днепрогэсу пришлось бы работать в течение 300 — 350 лет! А так как на земном шаре каждые 2 час 37 мин происходит одно землетрясение такой же силы, как ташкентское, и в год не менее 1 — 2 катастрофических землетрясений в населенных районах, то нет нужды далее доказывать, насколько важно научиться предсказывать время наступления катастрофы в данном месте, чтобы можно было своевременно эвакуировать население или хотя бы вывести людей из домов на открытые места. Вероятно, приняв соответствующие меры, можно было бы предотвратить и тяжелые катастрофы на промышленных предприятиях.

Задача прогнозирования землетрясений столь же стара, как и проблема точного предсказания погоды, но во много раз сложнее ее. На какие только ухищрения не пускались сейсмологи в течение многих лет, чтобы уловить закономерность в появлении землетрясений! Какие только периоды не отыскивали в хаосе сейсмических событий за многие, многие годы! Пытались установить связи с фазами Луны, со сменой времен года, с одиннадцатилетним циклом солнечной активности, с дождями, с ветрами. Но все усилия ученых оказались тщетными. По-прежнему идут дожди и дуют ветры на нашей планете, дважды в день волны земных приливов вздымают на полметра земную кору, а последовательность подземных толчков упорно отказывается подчиняться навязываемым ей законам. Известный русский геолог И. Мушкетов подсчитал, что за истекшие 4000 лет на нашей планете погибло при землетрясениях не менее 13 000 000 человек. Ученые так и не научились предугадывать, когда, где и с какой силой может вздыбиться или разверзнуться Земля. Наука пока еще не может ни предупредить, ни предотвратить этого явления, порождаемого слепыми силами природы, и поэтому на протяжении последних десятилетий ежегодно, как показывают данные ЮНЕСКО, от землетрясений на Земле погибает более 14 000 человек, причем убытки достигают десятков и сотен миллионов долларов!

Почему же ученым не удается решить задачу прогноза времени наступления землетрясений и их силы? Дело в том, что землетрясения рождаются в недрах Земли, в очагах, находящихся на больших глубинах от ее поверхности, совершенно недоступных для прямого наблюдения средствами современной сейсмологии. Поэтому мы очень мало знаем пока о механизме возникновения землетрясения. В основе теорий механизма землетрясений лежат главным образом косвенные наблюдения, а именно: 1) данные о смещениях поверхности пород над районом центра землетрясения; 2) данные о свойствах образцов породы, подвергаемой напряжениям в лаборатории при высоком давлении и высокой температуре, соответствующих фактическим условиям в земной коре, и 3) наблюдения за картиной распространения сейсмических волн. Однако полученные до сего времени результаты — капля в море по сравнению с тем, что еще предстоит познать.

Если считать, что в программу исследований в области предсказания землетрясений должно входить изучение всех физических параметров, реагирующих на изменения напряжений, физико-химических свойств пород или на характер деформации, то потребуется еще целый ряд наблюдений.

Землетрясению всегда предшествует накопление энергии в веществе очага. Она может накапливаться, как указывает академик М. Садовский, за счет медленных, длящихся десятки, сотни, а может быть, и тысячи лет, течений вещества недр, в результате которых в нем возникают напряжения, подобные напряжениям в пружине. Накопление энергии идет до тех пор, пока не будет превышен порог прочности вещества. Когда это случается, вещество, грубо говоря, лопается, и в окружающей очаг среде начинают распространяться сейсмические волны — происходит землетрясение. Напряжения могут возникнуть и от неравномерного разогрева вещества внутренним теплом Земли (вспомним, как лопается стекло при неравномерном нагреве). Напряжения могут возникнуть также при переходе части вещества недр из одного состояния в другое (полиморфные переходы) и т. д. и т. п. В общем, каков бы ни был механизм возникновения землетрясения, его могут предвещать изменения наклона поверхности и напряжения в районе эпицентра, общее увеличение числа малых сейсмических явлений, изменения физических свойств пород близ сброса. Чувствительны к очень незначительным напряжениям сжатия и растяжения (порядка 10 — 9 — 10 — 8) уровни грунтовых вод. В частности, после большого землетрясения на Аляске в 1964 г. в юго-восточной части США наблюдалось изменение уровня воды в колодцах. Кроме того, в ответ на изменения магнитной восприимчивости или электропроводности может измениться геомагнитное поле; оно изменяется также в случае смещения точки Кюри. Еще более чувствительными индикаторами могут служить почвенные токи (естественные или искусственные); поскольку они прямо реагируют на изменение удельного сопротивления, это изменение в свою очередь может свидетельствовать об увеличении напряжений.

Из сказанного, по-видимому, ясно, что для прогнозирования землетрясений необходимо организовать с максимально возможной точностью регистрацию всех возможных признаков, предвещающих землетрясения. Однако землетрясения принадлежат к явлениям случайным. Поэтому для обеспечения максимальной вероятности того, что большинство землетрясений удастся "уловить", очевидно, необходимо установить в сейсмически опасных зонах сеть приборов, которые бы действовали непрерывно в течение длительных периодов времени, и вести за ними систематическое наблюдение. Но если вспомнить, что только в одной нашей стране 20% территории сейсмически опасны, то становится понятным, насколько это дорого и трудно. И хотя на первый взгляд такой подход к решению проблемы прогнозирования землетрясений может показаться эмпирическим и несколько расточительным (ввиду отсутствия проверенной теории механизма возникновения землетрясений), все же он вполне себя оправдывает, если учесть тот колоссальный, ни с чем не сравнимый вред, который приносят землетрясения человечеству.

В Советском Союзе работы по прогнозированию землетрясений были начаты еще в 1950 г., вскоре после ашхабадской катастрофы. Тогда под руководством покойного академика Г. А. Гамбурцева была разработана программа широких геофизических поисков предвестников землетрясений. Однако нехватка знаний о природе землетрясений и несовершенство технического оснащения воспрепятствовали должному развитию работ. Сейчас положение существенно изменилось. На территории Ташкента сейсмоприемники, опущенные в специально пробуренные скважины, достигли глубин в 500 м. Это позволяет следить за микроземлетрясениями, которые на поверхности фиксировать нельзя — мешает шум города. В некоторые скважины опущены микрофоны, с помощью которых ведется запись подземных гулов. Высокочувствительные приборы регистрируют медленные наклоны земной поверхности. Они позволяют отмечать даже влияние лунно-солнечного притяжения на поверхность Земли. Проводятся наблюдения за электрическими явлениями в атмосфере и т. д. и т. п.