Александр Гангнус - Тайна земных катастроф

"Бывают... случаи, когда фронт первой волны представляем собой волну разрежения, вызывая как бы всасывающее действие и тем самым смещая элемент поверхности Земли в сторону к эпицентру". Так писал более 60 лет назад основоположник научной сейсмологии, академик Голицын. Вот это противоположное здравому смыслу движение к землетрясению, как к всасывающей воронке (а не от него), и порождало странные результаты измерений с точностью "до наоборот".

Голицын подозревал, что двоякое поведение первой приходящей к прибору волны связано с тем, как реально движется горная порода в очаге землетрясения — от наблюдателя или к нему. И советовал сейсмометристам выходить из положения с помощью вертикального сейсмографа (маятник которой способен качаться только строго вертикально). "Так как продольные волны идут всегда снизу, то, если вертикальный сейсмограф укажет, что первое смещение почвы было кверху, то тем самым определится, что первая пришедшая волна была волною сжатия и наоборот", — писал дальше Голицын. Теперь, когда положительные и отрицательные вступления продольной волны из очага землетрясения перестали быть просто источником ошибок, а стали важнейшей составной частью сейсмологических наблюдений, первое вступление на Z-компоненте (зенитном сейсмографе) обязательно проставляется в международном бюллетене, где регулярно печатаются сведения обо всех сильных землетрясениях мира. В этом бюллетене хорошо видно, что от одного землетрясения на разные станции волна приходит то в виде положительного, то в виде отрицательного вступления — факт, во времена Голицына еще неизвестный.

О чем говорит этот факт? Представим себе, что мы ровно ничего не знаем о том, почему и отчего происходят землетрясения ... Но мы знаем, что на разные станции первое вступление сейсмической волны может прийти как в виде положительного (от очага), так и в виде отрицательного (к очагу) вступления. Можем ли мы на этой основе (см. рис. 2) построить достаточно уверенную модель происходящего там, в черных глубинах?

Гёте, говоря о Лиссабонском землетрясении, упомянул и о своих воззрениях на природу очага землетрясения: "Со всех сторон земли поступали все более подробные сведения о влиянии подземного взрыва".

Взрывом считал первопричину землетрясений английский ученый Мале, которого называют иногда первым сейсмологом. Допустим, первотолчок землетрясения — действительно взрыв. От взрыва тоже идут во все стороны сейсмические волны. Но где бы мы ни поставили наши сейсмоприемники, они должны качнуться от источника волны, все первые вступления будут положительными. Так, кстати, можно отличить на записях взрыв от естественного землетрясения (правда, бывают случаи, когда вулканический или искусственный взрыв "маскируется" под настоящее землетрясение, и это очень интересные случаи, но об этом немного дальше). Значит, взрыв как модель землетрясения не годится.

В свое время (в 1857 году) упомянутый уже Мале, исследуя плейстосейстовую область (область наибольших разрушений) Неаполитанского землетрясения, стал жертвой своих неверных теоретических представлений о физике очага землетрясения. Он был на правильном пути, пытаясь установить направление на очаг, глубину "фокуса" землетрясения по расположению трещин, смещению сдвинутых и опрокинутых предметов. Но Мале считал источником волн вулканический взрыв. А раз взрыв, значит, лобовой удар, а волны, распространяющиеся от очага, только продольные. А ведь наибольшие разрушения бывают как раз от поперечных колебаний, значит, все вычисления Мале были проведены впустую, с точностью "до наоборот"!

Рис. 2. Что дает сейсмологу определение механизмов землетрясений? Прежде всего — возможность отличить настоящие тектонические землетрясения от нетектонических, например взрывов, искусственных, или вулканических (верхний рисунок), или подземных обвалов (внизу). Настоящие землетрясения на сети станций всегда образуют четыре чередующиеся области с первым движением горных пород от очага (+) или к очагу (-). Это первая информация о землетрясении, запечатленная в самом начале сейсмограммы. Средний рисунок — это тектоническое землетрясение. Движение в очаге идет по типу надвига (по одной из возможных плоскостей разрыва). Видно, что в том случае, если бы "сработала" вторая плоскость, этого по механизмам никак нельзя было бы уловить, но геологический смысл движения в данном случае не изменился бы, землетрясение осталось бы надвиговым

Когда-то думали, что землетрясения вызываются обвалам в подземных пустотах. Вслед за знаменитым геологом XIX века Ч. Ляйелем проницательный русский геолог Д. Соколов в 1842 году писал: "Ни подъема, ни обрушения какой-либо толщи нельзя допустить без полости под нею". Представим себе это явление (в принципе возможное и отмеченное в районах развитого карста, где много подземных пещер, пустот). Камни, грунт, оторвавшиеся от свода, с силой ударяют в дно пещеры. Ясно, что удар в этом случае направлен от земной поверхности, и все расположенные там сейемоприемники покажут отрицательное вступление (только к очень удаленным могут подойти волны, направившиеся вниз от дна пещеры), Но таких сплошь отрицательных вступлений сейсмологи от настоящих землетрясений не получают.

Иное дело — модель сдвига...

Еще великий австрийский геолог Э. Зюсс в конце прошлого века обратил внимание, что землетрясения в Австрии как бы нанизаны на некие линии, причем линии эти были явно связаны со строением Альп. Правда, до него связь землетрясений со всякого рода разломами и сдвигами в земной коре (их называют дислокациями) замечали и Ляйель, и Соколов, и другие геологи. Но все эти предшественники, отмечая связь дислокаций с землетрясениями, подчеркивали, что считают дислокации следствиями независимо происходящих первотолчков (взрывов или обрушений). Зюсс впервые отождествил дислокации с очагами землетрясений. Он раз и навсегда разделил землетрясения на вулканические и тектонические, а тектонические в свою очередь попытался подразделить на сдвиговые землетрясения, вызванные горизонтальными напряжениями земной коры, и сбросовые (землетрясения с вертикальным взаимным перемещением "крыльев" — берегов трещины-дислокации).

В 1906 году в молодой науке сейсмологии произошло два больших события. Русский физик академик Голицын изобрел электромагнитный сейсмограф, неизмеримо повысивший точность регистрации землетрясений. А американский исследователь доктор Рид вооружил наконец науку настоящей теорией тектонического землетрясения. Эта теория, развитая и видоизмененная, лежит в основе всей сейсмологии по сей день.Калифорнийские землетрясения и сейчас высоко "ценятся" за необычайную чистоту и понятность происходящих движений. Сильные толчки привязаны здесь к уникальному для континентальной коры сдвиговому разлому Сан-Андреас. Сдвиговое движение по этому разлому, как медленное, без толчков (такое тектоническое движение носит название крипа), так и быстрое, с разрушением во время землетрясений, можно считать классическим, бесспорным. Во время землетрясения 1906 года крылья разлома сместили изгороди дороги на 7-8 метров!