Пьер Руссо - Землетрясения

Волны Р, волны S, волны L — вот то, что сейсмологи называют тремя главными фазами сейсмограммы, тремя группами различных и характерных волн, тайну которых нам предстоит теперь разгадать.

В тот же день 1 сентября 1923 года, когда нам удастся установить связь с другими станциями, мы узнаем, что это сейсмическое возмущение с той же последовательностью волн Р, S и L было зарегистрировано повсеместно. Нас поразит, что наступление различных фаз землетрясения было зарегистрировано повсюду в разное время. Чем дальше находилась станция от эпицентра, тем позднее было зарегистрировано землетрясение. Мы могли бы даже составить график, подобный тому, который представлен на рис. 17.

На этом графике по оси абсцисс отложены расстояния (в тысячах километров) от сейсмологической станции до эпицентра, а по оси ординат — время прохождения (в секундах) волн Р, S и L. Как и следовало ожидать, мы прежде всего установили, что время пробега волны тем продолжительней, чем больше расстояние между станцией и эпицентром, и, далее, что определенные таким образом точки образуют для каждой из трех фаз непрерывные кривые.

Но эти три кривые не похожи друг на друга. Кривая L прямолинейна; кривые волны Р и S выгибаются и заканчиваются ниже. Что же это значит? Кривые подтверждают показания сейсмограммы: из трех видов колебаний, одновременно зародившихся в очаге землетрясения, волны Р приходят первыми, поскольку они распространяются с наибольшей скоростью. Волны 5 распространяются с меньшей скоростью, a L — еще медленней. Вспомним, что сейсмические волны бывают продольными и поперечными, причем именно продольные волны отличаются наибольшей скоростью. Отсюда можно сделать вывод, что фаза Р соответствует вступлению продольных волн (то есть расширению — сжатию), а фаза S — вступлению поперечных волн (подобных кругам на поверхности воды)…

А что же представляет собой фаза L ? Английский физик Релей доказал, что это волны особого характера: они распространяются только но поверхности. А раз это так, то именно поверхностные волны непосредственно причиняют разрушения.

Остается объяснить, почему на графике кривые волн Р и S изогнуты, а волны L — прямолинейны. Объяснить это очень просто. Скорость волн L постоянна, чего, впрочем, и следовало ожидать, поскольку они распространяются по поверхности, то есть в однородной среде, и, следовательно, отражающая их кривая может быть только прямолинейной. И наоборот, поскольку кривые волн Р и S показывают, что скорость их меняется, такое изменение может произойти только из-за сопротивления, которое они встречают на своем пути. Это сопротивление тоже не постоянно. От чего же зависит сила сопротивления, которое встречают волны Р и S ? Разумеется, от неоднородного строения земного шара. Все это наводит на мысль, что Земля состоит из наложенных друг на друга концентрических пластов разнородных пород. Вот почему сейсмические волны, проникая на разные глубины, приобретают различную скорость.

Здесь мы не будем прослеживать движение сейсмических волн и изучать изменение их поведения по мере того, как они последовательно пронизывают различные пласты земной коры. Скажем только, что проблемы эти весьма сложные, и сейсмологам приходится проявлять огромную изобретательность, чтобы как можно лучше в них разобраться. Дело в том, что и продольные, и поперечные волны, зарождаясь в очаге землетрясения, распространяются в разных направлениях: одни к поверхности, другие в глубь Земли. Поскольку последние пронизывают разнородные толщи, с ними происходит то же самое, что и со световыми волнами, когда последние переходят из одной среды в другую, а именно они преломляются. В тех случаях, когда один слой заменяется другим резко, без перехода, траектория сейсмических волн тоже меняется. Когда непрерывность чередования волн нарушается, иногда возникает явление отражения. Можно представить себе те трудности, которые должен преодолеть геофизик. Ему приходится иметь дело с прямыми и отраженными волнами; с теми, которые, испытав отражения, пересекли добрую половину планеты, и с теми, что, дважды давая отражение, превратились из Р в S или наоборот.

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] Цитируется по книге Лабруст. См. Y. Labrouste, La Discontinuité de Mohorovicic, «Nucléus», mai — juin 1960. .