Где произошло землетрясение?

«В 5 часов 20 минут земля вздрогнула; ее первая судорога длилась почти десять секунд: треск и скрип оконных рам, дверных колод, звон стекол, грохот падающих лестниц разбудил спящих; люди вскочили, ощущая всем телом эти подземные толчки, от которых вдруг теряешь сознание, наполняясь уничтожающим разум диким страхом.

Они метались по комнатам, желая зажечь во тьме огонь и собирая детей и женщин, а вокруг них качались стены, срываясь, падали полки, посуда, картины, зеркала, изгибался пол, мебель тряслась, и, двигаясь по комнате, опрокидывались шкафы...»

«В сумраке одно за другим рушились с грохотом разорванные здания, прыгали камни, сыпалась известь...»

«Земля глухо гудела, стонала, горбилась под ногами и волновалась, образуя глубокие трещины — как будто в глубине проснулся и ворочается века дремавший некий огромный червь, — слепой, он ползет там в темноте, изгибаются его мускулы и рвут кору земли, сбрасывая с нее здания на людей и животных».

«Поднялась к небу волна высоты неизмеримой, закрыла грудью половину неба и, качая белым хребтом, согнулась, переломилась, упала на берег и страшной тяжестью своей покрыла трупы, здания, обломки, раздавила, задушила живых и, не удержавшись на берегу, хлынула назад, увлекая за собой все схваченное — лодки, двери, мебель, женщин, детей, рабочих, солдат, студентов, —  смыла весь берег и, отступая далеко в море, снова, уже обессиленная, ударилась о скалы, добивая тех, кто еще был жив...»

Так описал Мессинское землетрясение 1908 г. Алексей Максимович Горький в книге «Землетрясение в Сицилии и Калабрии».

Как объяснили ученые причины этой страшной катастрофы? Очаг — эпицентр — Мессинского землетрясения лежал в море, вблизи Калабрийского берега, неподалеку от города Реджо. Исследования морских глубин обнаружили интересную картину. Часть дна после землетрясения оказалась поднятой на высоту 100 м, другая, идущая вдоль береговой линии, значительно опустилась. В проливе возникла система складок и трещин.

По рассказам очевидцев-моряков, во время землетрясения море против Реджо как бы вскипело, вода сильно бурлила и крутилась, образуя глубокие воронки. На берег пошла огромная волна. Она дочиста смыла, точно срезала в Реджо все прибрежные дома и унесла с собой тысячи человеческих жизней.

Страшный толчок от разрыва земной коры двинул на город этот грозный вал. От разрыва на дне моря образовались трещины. Вихревыми водоворотами и воронками бросилась в них вода... От того же толчка возникли ряды упругих колебательных движений земной поверхности, они распространились по морю и суше и разрушили Мессину.

Мессинское землетрясение. Первый снимок изображает часть мостовой, где произошло сжатие; камни вывернулись крышеобразно, образовав в миниатюре горную складку.

Второй — застывшие волнообразные движения почвы.

Третий — одну из разрушенных улиц города.

Четвертый — разрушение дома.

Статуя опрокинулась со своего пьедестала. Такое явление наблюдается даже при сравнительно небольших подземных толчках.

*

Вот фотодокументы о другом землетрясении. Оно произошло в Токио в 1923 г. Столица Японии оказалась над самым очагом землетрясения. Для разрушения города достаточно было нескольких секунд.

Разбитые дома. Погнутые фермы мостов. Хаос металлических конструкций. Крушение железнодорожных поездов, застигнутых в пути. Все в огне; пожар — неизбежный спутник землетрясений. Он возникает от короткого замыкания проводов, взрывов газа, от предоставленных самим себе источников огня... Тушить нечем: водопровод разрушен. Связи нет.

Это землетрясение унесло с собой сто семьдесят тысяч человек. Несколько секунд принесли Японии в десять раз больше убытков, чем вся русско-японская война.

Землетрясение в Токио. На первом снимке — пожар, возникший вследствие разрушения электрических проводов.

На втором — паническое бегство жителей.

На третьем — крушение железнодорожных поездов вследствие искривления путей и повреждения насыпей.

На четвертом снимке показаны разрушения, нанесенные крепчайшим железобетонным сооружениям.

Трещины, образовавшиеся в окрестностях Токио после землетрясения.

*

Разгадать загадку природы, проникнуть в тайны землетрясений люди пытались в самые давние времена.

«Теперь узнай причину землетрясений и убедись особенно в том, что внутренность земного шара, как и его поверхность, наполнена ветрами, пещерами, пропастями, озерами, камнями, утесами и множеством рек, бурные волны которых уносят каменные глыбы, лежащие в воде. Сотрясение земной поверхности происходит от обвала огромных пещер, подточенных рукою времени. Целые горы рушатся со страшным грохотом, потрясая землю на далекое пространство».

Так писал о причинах землетрясения римский мыслитель и философ Лукреций за две тысячи лет до нашего времени. Другие объясняли землетрясения подземной деятельностью действующих вулканов.

В японской мифологии существует «бог землетрясений» Кэтфиш. По старым народным преданиям, страшный этот бог в союзе с богом огня и злыми демонами разрушает землю и предает огню погибшие поселения.

Справа — японский «бог землетрясений» Кэтфиш.

Стары предания, догадки и домыслы. Но наука о землетрясениях молода. Сейсмологии всего лишь около сорока лет. За это короткое время ученые добились больших успехов. Были построены совершенные приборы, улавливающие самые слабые земные содрогания. На основании всех сохранившихся старых источников составлены подробные карты землетрясений, давшие современным исследователям огромный материал для изучения. Сейсмологи создали методы и приемы сложнейших расчетов. Пользуясь этим, теперь не только глубоко исследуют причины землетрясений, но и разрешают многие задачи, связанные со строением, глубиной и направлением подземных слоев, их плотностью и т. д. На этом основана сейсмическая разведка, которая приобретает сейчас все большее и большее значение при геологических изысканиях и выборе площадок современных сооружений.

*

Современная наука не считает процессы формирования земли законченными. Непрерывные сдвиги в толще земной коры показывают, что глубоко в недрах идет какая-то постоянная перестройка. На всем земном шаре нет места, свободного от подземных толчков. Сейсмические станции мира регистрируют около десяти тысяч землетрясений в год, с очагами в разных точках нашей планеты, даже на Северном полюсе. В большинстве случаев эти землетрясения так слабы, что для человека проходят незаметно. И только приборы резкими колебаниями сейсмограмм отмечают далекие земные судороги. В таких перестройках при страшных напряжениях, испытываемых горными породами, земная кора дает трещины. Вдоль трещин перемещаются одни участки коры относительно других. Перемещаться они могут на каких-нибудь несколько сантиметров, но участвуют здесь миллиарды тонн горных пород. Толчок, возникший в очаге, передается во всех направлениях в виде упругих волн, подобно кругам, расходящимся от удара по воде. Колебания волн, их амплитуда, тем сильнее, чем ближе они к очагу, и тем разрушительнее их действие на поверхности.

Человек, долгие годы живущий в Москве, вряд ли помнит хоть одно землетрясение, а сейсмографы, расположенные почти в самом центре города, в год регистрируют около ста пятидесяти подземных толчков.

*

Центральная сейсмическая станция СССР — «Москва».

Обычного вида комната. В паркетном полу неясная щель люка. Человек, потянув кольцо, открыл крышку. Зажег свет. Под нами на глубине нескольких метров глухое подземелье. Это сейсмическая камера. Вертикальный спуск лестницы напоминает вход в пароходный трюм. Без особой нужды туда ходить не следует. Это может повлиять на строгий тепловой режим, поддерживаемый в камере.

Сейсмограф системы академика Голицына. Такими приборами оборудованы наши телесейсмические станции.

Вход в сейсмическую камеру. Внизу видны стеклянные шкафы, где хранятся сейсмографы.

На цементной площадке, в большом стеклянном ящике, три сейсмографа. Достаточно далекой волне, возникшей иногда за 10—15 тыс. км, достичь стенок камеры, чтобы маятник прибора вздрогнул и пришел в движение. Вернее, под влиянием небольшого смещения почвы, определяемого иногда в сотых долях микрона, в движение приходит не маятник, а основание прибора. Масса же маятника в силу инерции остается на месте, и маятник перемещается только относительно основания прибора. На конце стержня сейсмографа — система катушек, которые при перемещениях маятника движутся в силовом поле электромагнитов. В катушках индуцируется ток соответственной силы.

Сейсмическое подземелье региональной станции. Сейсмографам, видным в левой части снимка, не нужен гальванометр. Зеркальце, отбрасывающее световой зайчик на регистрационный барабан, скреплено непосредственно с колеблющимся стержнем сейсмографа.

Почему в камере три сейсмографа?

Дело в том, что каждый из них способен воспринимать только волны, идущие перпендикулярно их стержню. Один из приборов ориентирован на линию север—юг, другой — восток—запад, а третий предназначен для приема вертикальных волн.

Над сейсмической камерой находится регистрационная. В этой комнате обычно темно. Во время редких посещений комната освещается слабым красным светом. Такой свет можно наблюдать в фотолабораториях. По одной из стен расположено три гальванометра. У противоположной стены перед ними столько же регистрационных барабанов. Они имеют часовой механизм и покрыты фотографической бумагой. Барабан непрерывно вращается вокруг своей оси, одновременно перемещаясь в горизонтальном направлении. Ток с индукционных катушек сейсмографа по проводам подходит к гальванометру. В гальванометр вмонтировано качающееся зеркальце. В зеркальце в виде световой точки отражается небольшой непрерывный луч. Световой зайчик попадает на барабан перед зеркальцем.

Это регистрационная комната телесейсмической станции. К помещающимся здесь гальванометрам подходит ток с индукционных катушек сейсмографов.

Направо — снимок сейсмограммы.

Если сейсмографы находились в спокойном состояли, то, проявив светочувствительную бумагу, снятую с барабана, мы увидим, что зайчик гальванометра прочертил на ней ряд прямых параллельных линий. Приглядевшись внимательней, можно заметить, что в ряду этих линий через разные промежутки встречаются небольшие просветы. Эти просветы — отсчеты минут, посылаемые с помощью реле специальными часами. По этим минутным промежуткам сейсмологи устанавливают точное время прихода волн на станцию.

Если же к гальванометру подходил ток, индуцированный в катушках сейсмографа, зеркальце начинало качаться и на барабане отпечатывалась кривая.

Взгляните на сейсмограмму. Ее спокойные прямые линии внезапно искажены резкими колебаниями пришедшей волны. Обратите внимание на два редких выброса кривой в горизонтальном направлении.

Землетрясение дает о себе знать прежде всего продольной волной, которая пробегает недра земли со скоростью в 8 км в секунду. Одновременно с продольной волной возникает и поперечная, но сейсмографа она достигает только через некоторое время, потому что распространяется такая волна в полтора раза медленнее. После следует поверхностная волна. Это та волна, которая при крупных землетрясениях несет с собой разрушение зданий. Сейсмологи отметят время прихода продольной волны буквой P, а поперечной — S. Разность между P и S даст возможность вычислить расстояние, отделяющее станцию от очага землетрясения.

Сейсмическая сеть СССР состоит из двадцати двух станций, подобных описанной. Показания станций, сообщения местных жителей, наблюдающих землетрясения, и специальные исследования ложатся в основу составления сейсмических карт. Силу землетрясения оценивают в баллах. На сейсмической карте «поведение» каждого района будет определено по специальной двенадцатибальной шкале. Зная максимальную силу толчков, возможную в данном районе, строители выберут лучший тип постройки, которая может оказаться в сфере землетрясения.

Здесь приводится мировая карта распределения эпицентров, составленная в 1934 г. Она типична для всех лет. Из карты видно, что половина всех землетрясений падает на средиземноморский пояс. Полоса активных горообразовательных движений идет от Гибралтара через Средиземное море, Кавказ, Иран, Среднюю Азию, Гималаи к Малайскому архипелагу. 40% землетрясений происходит на тихоокеанских берегах Азии, Америки и Австралии.

Какие районы Советского Союза подвержены землетрясениям?

Это прежде всего Крым, Кавказ, Средняя Азия, Прибайкалье, Камчатка. В меньшей степени — Кузбасс, Алтай, Дальний Восток. Увеличенными кружочками на карте показано расположение восьми так называемых телесейсмических станций. Такие станции оборудованы совершенными приборами системы академика Голицына, способными отмечать очень далекие толчки. Остальные станции носят название региональных, они снабжены приборами системы Никифорова и предназначены для регистрации близких землетрясений.

Маленькие черные кружки этой карты указывают распределение очагов землетрясения на земном шаре. Кружки большего размера с черной обводкой — расположение восьми главных телесейсмических станций СССР.

*

Исследуя распространение волн при землетрясениях, сейсмологи натолкнулись на возможность применить эти расчеты при изучении строения земной коры.

По плану «Большой Волги» в районе города Куйбышева должна быть построена грандиозная гидроэлектростанция. В районе Самарской луки выбирали подходящую площадку для строительства будущей плотины. Бурение не давало желательных результатов. На помощь пришла сейсмология. В районе изысканий устроили около тысячи искусственных землетрясений. Для этого взрывали аммонал. Наблюдатели у специальных приборов регистрировали скорость распространения волн. Волна землетрясения приходит быстрее, если она встречает на своем пути твердые породы — известняк, гранит, — и медленнее, если она встретит рыхлые — песок, глину и т. п.

Так сейсмологи разрешили свою задачу и нашли под руслом Волги ряд скальных (известняковых) площадок, вполне пригодных для сооружения плотины.

Читатели наших газет наверняка помнят сообщение о гигантском Коркинском взрыве, произведенном около Челябинска в 1936 г. Там взорвали 2 тыс. т аммонала. Это был самый большой в мире искусственный взрыв.

Сейсмологический институт Академии наук СССР использовал этот взрыв для научных целей. По линии Бугульма— Курган было образовано девять временных сейсмических станций. Многочисленные сейсмографы зарегистрировали распространившиеся по всем направлениям волны. После кропотливой обработки сейсмограмм ученые получили полное представление о строении земной коры в районе Урала на 50 км вглубь.