Дети обычно любят страшные сказки: дрожат, пугаются, но требуют, чтобы их рассказывали – так, видимо, изживаются подсознательные страхи. Но и многие взрослые не свободны от таких потребностей, а потому отслеживают в СМИ истории о катастрофах, о всяких ужастиках, нередко преувеличивают опасность и как бы примеряют на себя. Ну а мнения обывателей бывают разные: некий депутат кнесета заявил, что землетрясения – это наказание высших сил за мужеложество, но и журналисты, бывает, не блещут образованностью и нагнетаю страхи не там и не так, где и как следует.
Вот в последнее время в СМИ участились сообщения о землетрясениях в Израиле, весьма слабых, но предвещающих, мол, нечто весьма разрушительное. Своего рода паника особенно заметна в русскоязычных изданиях; связано это с тем, что на территории бывшего Союза сейсмически активными являются, в основном, Кавказ, юг Средней Азии, области близ Тихого океана, а наши дважды соотечественники, выходцы из центральеых районов, впадают в дрожь при таких слабых толчках, которые бывшие жители, скажем, Закавказья практически и не замечают. Потому, вероятно, целесообразно рассказать кое-что о возможных катастрофах и/или их ожидании.
Итак, какие грозные природные катастрофы возможны?
Самыми грозными из них являются падения на Землю больших метеоритов или малых планет. Одно из них, миллионы лет тому назад, вызвало, видимо, такие изменения климата, что исчезли динозавры и возникла возможность эволюции млекопитающих. В ХХ веке Земля испытала падение двух больших небесных тел, Тунгусского и Сихоте-Алиньского, но оба, по счастью, попали в пустынные районы. Сейчас разрабатываются международные методы борьбы с этой опасностью: астрономы отслеживают их траектории, обсуждаются запуски «противоракет» по ним, так что эта опасность сводится к минимуму. Ну а газеты время от времени продолжаю пугать читателей...
Еще одно грозное природное явление, могущее влиять на всю Землю – это извержение вулканов. Люди судят о нем, в основном, по картине К.Брюллова «Гибель Помпеи» при извержении Везувия в античные времена, но оно было не столь сильным.
А вот в 1815 году в Индонезии, на острове Сумбава, случилось самое сильное извержение вулкана из всех, которые отмечались в историческое время: вулкан высотой в 4300 м уменьшился после взрыва и извержения до 2821 м. Представляете, сколько пыли попало в атмосферу и затемнило ее? В результате был такой странный год, 1816, когда в июне по всему Северному полушарию выпал снег, а все лето в Западной Европе, Канаде и на северо-востоке США стояли морозы. Этот год считается самым холодным за всю историю наблюдений за погодой. Разразился страшный голод, но цифр погибших я не встречал – в те времена газеты их еще не подсчитывали.
Страшные извержения бывали и ближе к нам. Так, около 1627 года до н.э. произошло гигантское извержение вулкана на острове Санторин в Эгейском море: возникшее цунами, волна высотой не менее 100 м, разрушила минойскую цивилизацию на острове Крит и, как сейчас выясняется, прокатилась по Египту. Некоторые историки считают, что «семь казней Египетских», описанные в Торе, отражают именно это событие…
Однако, сейчас никакой активности, говорящей в возможности возобновления вулканизма в наших краях, не наблюдается..
Наиболее ужасными из переживаемых человечеством природных катастроф являются, по своей частоте и мощи, по числу жертв, землетрясения: по летописным данным в 1201 г. в Верхнем Египте и Сирии погибло во время такой катастрофы 1 млн 100 тыс. человек, 830 тысяч жертв принесло землетрясение в Шенси (Китай) в 1556 г. Возможно, летописи преувеличивали, но вот точные цифры 20-го века: 1 сент. 1923 г., Токио, 140 тыс. погибших; 28 июля 1976 г., Тяньшань, 240 тыс. погибших, полмиллиона раненых; 26 декабря 2005 г., цунами, вызванное подземным землетрясением в Индийском океане, погибло не менее 300 тысяч, а в гораздо более слабом, но наиболее памятном нам, в Армении 7 декабря 1988, разрушены город Спитак и множество посёлков, 25 000 человек погибло, столько же получило увечья. Самое, по-видимому, сильное землетрясение произошло в 1995 году на Сахалине, сила толчков тогда оценивалась чуть ли не в 11 баллов.
Можно ли что-нибудь им противопоставить? На днях Национальный Исследовательский Совет США, самое авторитетное научное учреждение в мире, сформулировал 10 главных вопросов, в том числе, возможно, и неразрешимых, на которые все же ищут ответы геологи и планетологи в начале 21-го века. Один из заведомо сложных вопросов: как возникла жизнь на Земле? Наряду с ним и пункт 9: «Возможно ли предсказывать землетрясения, извержения вулканов и их последствия? Ныне возможно оценивать вероятность начала землетрясения, но не их точное время и место»…
Так что общих методов прогноза землетрясений не существует и, более того, в ближайшем будущем не предвидится. Ситуация такая же как в медицине с поиском панацеи от рака. Словом «рак» в медицине объединяли до последних лет множество существенно различных заболеваний, проявляемых в виде неуправляемого роста тканей какого-то органа. Но такой рост может вызываться различными, в разных органах, причинами, и пока все эти типы, виды и разновидности не будут расклассифицированы, не будут по-отдельности изучены, до тех пор проблема раковых заболеваний не может считаться решенной. И нет никакого сомнения в том, что все эти виды и и разновидности могут потребовать различных стратегий лечения и препаратов.
Очень схоже и положение в геофизике с проблемой землетрясений: результат один – разрушения, а причины могут быть при этом кардинально различными.
Землетрясения можно подразделить на техногенные, т.е. вызванные деятельностью человека, и естественные. Техногенные могут вызываться неумеренной откачкой подземных вод, строительством плотин и водохранилищ, усиливающим давление на подстилающие слои и вызывающим их скольжение и т.д. Самые сильные землетрясения вызываются движением тектонических плит.
Вся верхняя оболочка Земли, ее кора, толщиной от 15 до 150 км в разных местах, разделяется на десять, примерно, плит, плавающих и движущихся по очень вязкой, но все же жидкой мантии (она простирается вплоть до ядра Земли, на тысячи километров). Тектонические плиты сталкиваются, дробятся, соединяются, поворачиваются и т.д. В большинстве они медленно движутся, вследствии вращения Земли, с Востока на Запад, но с разной скоростью. Так, обе Америки движутся быстрее гигантского материка Евразии (по карте легко видеть, что Южная Америка и Африка составляли некогда единую плиту), поэтому Атлантический океан расширяется, на 2-5 см в год, по всей его длине растет гиганская расщелина, Атлантический рифт, а Тихий океан сужается. В результате мы видим так называемое Огненное кольцо вулканов и землетрясений по берегам Тихого океана (плиты налезают друг на друга, отсюда и рост горных хребтов по всему западному краю обеих Америк!) и почти полное их отсутствие на атлантических берегах.
Африканская плита, по-видимому, движется несколько быстрее Евразии, поэтому – если движение сохранится – она когда-нибудь оторвется по линии Мертвое море, Красное море и т.д. Тогда Эрец-Исраэль может уплыть вместе с Африкой от восточных соседей! Этот Сиро-Африканский разлом причудливым образом продолжается на Юг (цепь Великих африканских озер) и на Север, являясь, возможно, причиной частых землетрясений в Турции и Греции.
Причина землетрясений на Кавказе и роста Кавказских гор - это движение на Север Аравийской плиты, Гималаи растут и трясутся вследствие движения на Север плиты Индостана и т.д.
Столкновения плит, скольжение относительно друг друга с «зацеплением неровностей» (это скорее всего и происходит в наших краях), а тем более их «налезание» друг на друга (субдукция) приводят к сжатию горных пород или к образованию трещин. А плиты не являются абсолютно жесткими, разломы, сжатия и разрывы могут быть и внутри них. Сжать эти породы, например, базальт или гранит, чрезвычайно трудно: в каждом кубическом сантиметре запасается энергия сжатия в 1 эрг (это, примерно, работа, нужная для подъема одного миллиграмма на один сантиметр), но таких кубиков, т.е. как бы взведенных пружинок, в одном кубическом километре миллион миллиардов! А ведь очаг землетрясения может быть много больше одного кубокилометра…
* * *
Можно ли количественно выразить силу землетрясения? Такую попытку предпринял в 1935 году Ч.Ф.Рихтер. Он предположил, что волны сжатия-разрежения, сейсмические колебания, распространяются от эпицентра (точка на поверхности, лежащая точно над центром-очагом выделения энергии) во все стороны одинаково и предложил измерять эффективную мощность по десятичному логарифму амплитуды этих волн в метрах на расстоянии 100 км от эпицентра. Для тех, кто не совсем забыл школьные премудрости, выпишу его формулу: lg E = (1.5 M + 5), где Е – выделяющаяся энергия в Джоулях, а М называется магнитудой. По этой формуле увеличение М на один балл соответствует увеличению энергии примерно в 32 раза.
Формула Рихтера заведомо весьма приближенная: выделение одной и той же энергии на глубине, скажем, 10 км или 700 км будет иметь существенно разные последствия; волны по разному проходят через разные породы и т.д. С тех пор предложено много других соотношений, опять-таки приближенных, но формула Рихтера нагляднее других и ее поэтому очень любят журналисты.
* * *
Основной причиной движений тектонических плит принято считать ячейки Бенара – упорядоченные течения расплавленной магмы (подъем по центру ячейки и опускание по краям), вызванные нагревом от распада радиоактивных элементов в глубинах планеты. Мне удалось показать, что существует – может менее значительный – и другой механизм: это лунные и солнечные приливы, которые проявляются не только в океанах, но и в расплавленной мантии Земли (мы этого не замечаем, но с каждым приливом, два лунных и два солнечных в день, мы поднимаемся и опускаемся примерно на полметра относительно центра Замли). Так вот, поскольку эти приливные волны прокатываются с востока на запад, они должны увлекать с собою и плиты – продвижение с каждым приливом может измеряться долей микрона, но продолжается оно миллионы и даже миллиарды лет, а т.к. центр тяжести плиты и центр приложения толчков приливов могут не совпадать, то плита может при этом и поворачиваться!
Сильная приливная волна может быть той последней каплей, которая преодолеет сопротивление плит распрямлению ранее сжатых участков. Явления этого типа должны наблюдаться в моменты максимумов приливов, в новолунья и полнолунья, когда точно складываются приливные воздействия Луны и Солнца. Именно такими были, например, землетрясение в Спитаке в 1986 г., а также гигантское цунами 26 декабря 2004 г., вызванное глубинным землетрясением в Индийском океане, которое произошло на линии разлома плит в момент совпадения приливов. Скорее всего оно было вызвано внезапным опусканием вниз, в трещину разлома, участка океанского дна. (Трагедию, связанную с этим цунами, усугубило разрушение браконьерами коралловых рифов, которые могли существенно ослабить удар волны на берега.)
Однако, этот механизм отнюдь не универсальный. Так, частые землетрясения в районе Джульфы в Азербайджане никак, в отличие от Спитака, не связаны с приливами, а вызываются какими-то другими причинами. Зато этот механизм объясняет кое-какие особенности расположения месторождений нефти: каждый толчок плиты и резкая ее остановка могут продвинуть на запад микрокапельки углеводородов. Поэтому, как установила наша группа, месторождения нефти ближе к теперешним или прежним, до разворотов, западным краям плит.
А вот еще один механизм: во время сильного землетрясения в Мехико были разрушены здания высотой от 6 до 9 этажей, более низкие и более высокие не пострадали. Следовательно, там проявились резонансные частоты пустот или ослабленных слоев – Мехико целиком опускается вниз из-за откачки подземных вод. Сохранится ли такая закономерность в дальнейшем, не известно.
Возможно существование и других, пока еще не выявленных механизмов.
Иногда, но увы не всегда, перед крупным землетрясением проявляются более мелкие, как бы предвестники, форшоки. Предвестниками могут явиться акустические шумы, идущие из-под земли (они могут пугать животных), истечения газов (отмечаются по появлению радиоактивного радона), иссыхание или, наоборот, подъем воды в колодцах, изменения режима водных источников, поднятия или опускания обширных участков (такое происходило перед ударом в Спитаке, явление это отметили, но никак на него не отреагировали). В Китае развернута, на зависть геофизикам других стран, широкая программа мониторинга: староста каждой деревни обязан незамедлительно сообщать в центр провинции о каждом странном явлении – совокупность этих сообщений (они обрабатываются мощными специализированными компьютерами) позволила китайцам дважды, по крайней мере, предсказать место и примерное время грядущей катастрофы (ошибочные прогнозы тоже случались).
В конце 1970-ых годов вдруг выяснилось, что землетрясения сопровождаются мощным радиоизлученим. Мы совместно с Н.Г.Хатиашвили провели серию исследований по выявлению механизмов таких явлений и установлению возможностей прогнозирования. Результаты были обнадеживающие: оказалось, в частности, что по радиоизлучению можно определять места горных ударов – катастрофических выбросов метана в шахтах, которые до сих пор ведут к большим жертвам. Начали работы и по землетрясениям, но тут произошел распад Союза, всем стало не до науки. Схожие, по-видимому, системы мониторинга пытаются развернуть в Греции и в Японии, но уже без нас…
Но может быть можно предотвратить землетрясение вызвав искусственно более мелкие толчки в напряженных областях? Такую идею выдвигал, в частности, замечательный физик и великий гуманист А.Д.Сахаров: поместить в предполагаемый очаг ядерный заряд и «разрядить» напряжение. Мне пришлось, при всем пиетете к великому ученому, объяснять ему, что, во-первых, местоположение очага точно не известно (американцы недавно, предполагая назревание критического напряжения в Калифорнии, ошиблись на пару сот километров), во-вторых, неизвестны временные рамки этого события, и в-третьих, очаг может находиться слишком глубоко для современных возможностей бурения.
Итак, опираясь на литературные данные и на собственные исследования, могу резюмировать: более или менее надежных методов прогноза землетрясений нет и не предвидится. Обычные замечания о том, что, мол, существует строгая периодичность этих явлений и потому «приближается время очередной катастрофы» бессмысленны – никто и нигде не смог их проверить. Сильное землетрясение в Израиле может произойти завтра, а может случится лишь через 10 тысяч лет – это лотерея, почище всех проводимых у нас!
Да и серьезных предвестников у нас тоже пока не заметно: мелкие толчки, да еще в разных местах, таким предвестниками не являются.
Но учитывать все же такую возможность, строить только такие здания, которые могут выдержать сейсмический удар, и укреплять ранее построенные – это во всяком случае необходимо. При этом необходимо, конечно, учитывать результаты так называемого сейсмического районирования – разные участки поверхности земли могут по-разному реагировать на сейсмические колебания, а потому требовать разные меры предосторожностей.
И еще. Не реагируйте на все, что пишется, бойтесь кликуш и, как бы помягче выразиться, малообразованных, но амбициозно-наглых писак, услаждающих свое самолюбие «пророчествами». Им следовало бы предъявлять судебные иски за клевету на Природу и на Науку.
Марк Перельман, профессор физики (Иерусалим)