Землетрясения | ТМ 1941-02

Профессор П. Никифоров анализирует катастрофическое землетрясение, охватившее Румынию в ноябре 1940 года. Толчки разрушили города и предприятия, вызвали пожары и многочисленные жертвы. Особенность карпатских землетрясений — огромная зона распространения: колебания ощущались даже в Москве и Ленинграде. Автор объясняет природу глубокофокусных землетрясений, методы определения эпицентра и глубины очага с помощью сейсмографов, а также приводит исторические примеры сильных катастроф в разных странах. Завершает статью описание планов по созданию сети современных сейсмических станций для изучения новых советских территорий и снижения последствий будущих землетрясений.

---

Профессор П. НИКИФОРОВ, член-корреспондент Академии наук СССР

В ночь на 10 ноября 1940 года большая часть Румынии была охвачена катастрофическим землетрясением. Оно сопровождалось большим числом человеческих жертв, разрушением городов и селений, выходом из строя многих промышленных предприятий.

В столице Румынии Бухаресте четвертая часть зданий была совершенно разрушена. Кроме того, по крайней мере ещё такое же количество зданий получило настолько серьёзные повреждения, что эти здания лишь с большим трудом могут быть приведены в годное для эксплуатации состояние. Только десять процентов домов остались не затронутыми землетрясением.

Особенно тяжёлыми были последствия землетрясения в местностях, находящихся к северу и северо-востоку от Бухареста, — в Карпатских горах. Так, в городе Плоешти не осталось ни одного целого здания. Города Перчиу и Бырлат были разрушены до основания, так же как и многочисленные села, в особенности расположенные по долине реки Прахова.

Сильные повреждения были причинены нефтеперегонным заводам. Частично пострадали и нефтепроводы. Местами возникли большие пожары.

Так как землетрясение произошло ночью, в 2 часа 40 минут по местному времени, то подавляющее большинство населения было застигнуто катастрофой во время сна. Поэтому количество человеческих жертв было очень велико. Сотни тысяч людей остались без крова.

Последствия этого землетрясения отягчились ещё тем, что незадолго до того Румыния уже пережила хотя и менее сильное, но также катастрофическое землетрясение, разразившееся 22 октября.

Эпицентры обоих землетрясений находились в Карпатах, примерно в 100 километрах друг от друга. Эпицентром называется место на поверхности земли, расположенное непосредственно над очагом землетрясения, который обычно залегает на некоторой глубине.

Как октябрьское, так и ноябрьское землетрясения отличались чрезвычайно характерной для них особенностью — огромной областью распространения.

Октябрьское землетрясение совершенно явственно ощущалось в ряде районов Москвы, удалённой от его эпицентра на 1245 километров.

В верхних этажах московских зданий наблюдалось колебание люстр, растений с высоким стеблем, колыхание жидкости во флаконах и аквариумах. Люди, сидевшие за столом или лежавшие, ощущали плавные колебания наподобие качки. Сейсмологи оценивают силу этого землетрясения в Москве в 2 балла (по двенадцатибалльной системе).

Ноябрьское землетрясение ощущалось уже повсеместно в Москве и её окрестностях и притом со значительно большей силой. Расстояние до эпицентра в этом случае составляло 1320 километров. Первая сейсмическая волна достигла Москвы ночью, в 4 часа 41 минуту 59 секунд по московскому времени. Многие граждане проснулись от толчков. Висячие предметы раскачивались. В квартирах останавливались маятники стенных часов. Слышался звон посуды, составленной рядом. Колыхалась и даже выплёскивалась жидкость из сосудов.

В ряде домов появились трещины в штукатурке на стенах и потолках. Судя по этим признакам, сила толчков в Москве достигала 4 баллов.

Имеются вполне достоверные свидетельства того, что это землетрясение ощущалось и в Ленинграде (удалённом от эпицентра примерно на 1600 километров). По нашим вычислениям, средний радиус зоны распространения этого землетрясения составил 1800—2000 километров.

Эта дальность действия характерна вообще для многих карпатских землетрясений, случавшихся и ранее. В частности, так обстояло дело во время известного карпатского землетрясения 1802 года, отголоски которого тоже дошли до Москвы и даже до Петербурга.

История знает немало землетрясений разрушительной силы. Одна из наиболее жестоких по своим последствиям сейсмических катастроф произошла в Токио в 1923 году. Тогда было убито и пропало без вести около 175 тысяч человек и уничтожено 580 тысяч зданий, не считая частично разрушенных. Материальные убытки достигли огромной суммы в 4,5 миллиарда американских долларов.

Одна из наиболее жестоких по своим последствиям сейсмических катастроф произошла в Токио в 1923 году. Снимок показывает главную улицу этого города после землетрясения.

Автострада, разрушенная землетрясением, постигшим Новую Зеландию в 1931 году.

Большую известность получили также крупные землетрясения в Сан-Франциско (США) в 1906 году и в Мессине (Италия) в 1908 году.

Однако далеко не всегда огромной силе землетрясения соответствует и большой радиус его распространения. Так, например, знаменитое землетрясение в Мессине по силе проявления в эпицентральной зоне не уступало карпатскому землетрясению 10 ноября. Города Мессина и Реджио, расположенные друг против друга по берегам Мессинского пролива, были превращены в руины. Погибло 103 тысячи человек, что составляло почти две трети всего населения этих городов. Однако радиус действия этого исключительно сильного землетрясения не превышал 200 километров. За этим расстоянием сотрясения почвы уже не ощущались. Город Катания, расположенный всего в 80 километрах от эпицентра, остался совершенно невредимым.

Набережная в Мессине после землетрясения 1908 года. Берег моря опустился, и мостовая оказалась под водой.

Дальность действия карпатских землетрясений объясняется большой глубиной залегания их очага. В то время как фокус мессинского землетрясения находился на глубине всего около 10 километров от поверхности, очаги карпатских землетрясений 1940 года, по инструментальным определениям Центральной сейсмической станции «Москва», залегали на глубине 100 километров. На такой же глубине, надо полагать, лежал и очаг землетрясения 1802 года.

По литературным источникам можно проследить историю румынских землетрясений с конца XV века. На протяжении последних пяти столетий Румыния не раз подвергалась сильнейшим сейсмическим катастрофам, не считая многих сотен относительно слабых подземных толчков. Статистика показывает, что в этой стране в последнее время происходит в среднем не менее 12 землетрясений в год.

Но землетрясение в ноябре 1940 года по своей силе и огромной области распространения было самым крупным за весь этот многовековой период (с ним может идти в сравнение только землетрясение 1802 года). Эпицентр ноябрьского землетрясения имел координаты 45,8 градуса северной широты и 26,7 градуса восточной долготы. Эта точка расположена в Карпатских горах на расстоянии 150 километров к северу от Бухареста и 220 километров к юго-западу от Кишинёва. Глубина очага составляла 100 километров.

Землетрясение началось в очаге в 4 часа 39 минут 7 секунд по московскому времени. Эти данные были вычислены на основании записей приборов Центральной сейсмической станции «Москва» ещё до того, как в Москву поступили вообще какие-либо сведения о самой катастрофе. Лишь два дня спустя были получены телеграммы из Румынии о подробностях землетрясения, которые полностью подтвердили правильность произведённых вычислений. Определённый теоретически эпицентр действительно оказался внутри области, подвергшейся наиболее сильным толчкам.

Но каким образом можно определить положение эпицентра и глубину очага землетрясения, удалённого более чем на тысячу километров?

На сейсмической станции «Москва» установлены так называемые апериодические сейсмографы системы академика Б. Б. Голицына. В этом приборе имеется массивный груз, укреплённый на рычаге, который поддерживается в горизонтальном положении пружиной. Период собственных колебаний этого маятника подобран таким образом, что прибор совершенно не реагирует на сотрясения здания, вызываемые движением уличного транспорта, и в то же время очень чутко улавливает самые слабые подземные толчки, приходящие с больших расстояний. Под влиянием этих толчков груз прибора приходит в колебание. Эти колебания при помощи устройства, основанного на явлении электромагнитной индукции, используются для возбуждения электрического тока. Изменения в силе тока фиксируются с помощью гальванометра или другого регистрирующего прибора. Более подробно принцип устройства сейсмографов изложен в № 8—9 журнала «Техника — молодёжи» за 1940 год в статье «Вибрации». Здесь же мы остановимся главным образом на вопросе их применения.

Сейсмограф системы академика Б. Б. Голицына, фиксирующий горизонтальные колебания почвы, вызываемые землетрясениями. Заголовок статьи написан на фоне сейсмограммы.

В очаге землетрясения возникают колебания двух типов: продольные и поперечные. В первом случае частица твёрдой упругой среды колеблется около своего положения равновесия параллельно направлению распространения колебаний. Во втором случае частица колеблется в перпендикулярной к этому направлению плоскости. Колебания обоих этих типов распространяются из очага землетрясения по всем направлениям через внутренние слои Земли и спустя некоторое время достигают её поверхности.

Сейсмограф для регистрации вертикальных колебаний почвы, установленный на Центральной сейсмической станции «Москва».

Сейсмический луч, то есть путь, по которому распространяются колебания, имеет вид кривой линии, которая выпуклой стороной обращена к центру Земли. Это искривление луча, или его преломление, происходит потому, что распространение упругих колебаний подчиняется принципу наименьшей затраты времени (известному в физике под названием принципа брахистохронности). Скорость же прохождения сейсмических волн внутри Земли возрастает с глубиной. Вследствие этого сейсмический луч направляется не по прямой, которая является геометрически кратчайшей линией между очагом и сейсмической станцией, а через более глубокие слои Земли, обладающие лучшей проводимостью. Таким образом, несмотря на увеличение геометрической длины луча, в результате всё же получается выигрыш во времени по сравнению с прямолинейным распространением колебаний.

Скорость распространения продольных колебаний приблизительно в 1,7 раза больше, чем поперечных. Вследствие этого продольный луч по мере распространения опережает поперечный луч и притом тем больше, чем дальше сейсмическая станция отстоит от очага землетрясения. Поэтому на сейсмограмме, записываемой приборами, всегда можно отличить два импульса, которые соответствуют приходу продольных и поперечных волн. Эти импульсы обозначаются обычно буквами \(P\) и \(S\). Разностью между моментами прихода обоих импульсов и пользуются для определения эпицентрального расстояния (так называется расстояние между эпицентром землетрясения и сейсмической станцией, измеряемое по дуге большого круга). Оно обозначается в сейсмологии греческой буквой \(\Delta\) (дельта).

Однако при этом вычислении необходимо ввести поправку на глубину очага землетрясения.

Каким же образом определяется глубина очага? Оказывается, что при глубокофокусных землетрясениях, кроме луча, идущего непосредственно от очага к сейсмической станции, распространяется ещё второй луч, отразившийся от земной поверхности вблизи эпицентра. Этот луч обозначается буквами \(pP\), и его появление на сейсмограмме в виде довольно резкого зигзага является одним из безошибочных отличительных признаков глубокофокусного землетрясения. Ясно, что чем глубже расположен очаг, тем большей окажется разность между приходом импульсов \(pP\) и \(P\). Таким образом, измерив на сейсмограмме разности моментов \(pP\) — \(P\) и \(S\) — \(P\), можно отсюда определить как эпи-центральное расстояние \(\Delta\), так и глубину очага \(h\). Для упрощения вычислений обычно применяются заранее составленные удобные диаграммы и таблицы.

Кроме эпицентрального расстояния, по записям приборов можно определить и направление, в котором расположен очаг или эпицентр землетрясения относительно сейсмической станции. Отложив по этому направлению эпицентральное расстояние, находим тем самым положение эпицентра на земной поверхности.

Эта схема показывает, как распространяются колебания от очага землетрясения. При глубокофокусных землетрясениях, кроме луча, идущего непосредственно от очага к сейсмической станции, распространяется ещё луч, отразившийся от земной поверхности вблизи эпицентра.

Для грубого определения это можно сделать прямо на глобусе, а точные географические координаты эпицентра вычисляются по формулам сферической тригонометрии.

Карпаты являются активным сейсмическим районом. Для его изучения в настоящее время организуется новая сеть сейсмических станций, которые будут расположены в Львове, Черновицах и Кишинёве. Эти станции оборудуются наиболее совершенной современной аппаратурой.

Мы надеемся, что на основе наблюдений этих станций быстро продвинется вперед изучение сейсмических условий в новых советских районах. Это даст возможность разработать и провести в жизнь все необходимые мероприятия к ослаблению вредных последствий землетрясений.