Марк Перельман 

О ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ И НЕ ТОЛЬКО О НИХ 

     По своей мощи, по числу жертв, землетрясения являются наиболее ужасными из переживаемых человечеством природных катастроф: по летописным данным в 1201 г. в Верхнем Египте и Сирии погибло во время такой катастрофы 1 млн 100 тыс. человек. Аналогичные летописные данные говорят о 830 тысячах жертв 
землетрясения в Шенси (Китай) в 1556 г. Возможно, летописцы не обошлись без преувеличений. Но вот точные цифры ХХ века: 1 сент. 1923 г., Токио, 140 тыс погибших; 28 июля 1976 г., Тянь-Шань, 240 тыс погибших, полмиллиона раненных; 1988 г., Спитак, Армения, 25 тыс… 
     Общих методов прогноза землетрясений не существует и, более того, в ближайшем будущем не может быть. Ситуация здесь такая же как в медицине с поиском панацеи, универсального средства от рака. Словом «рак» в медицине объединяют, точнее, объединяли до последних лет, множество существенно различных, по-видимому, заболеваний, внешне проявляемых в виде неуправляемого роста тканей какого-то органа. Но такой рост может вызываться различными, тем более 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 т.п. 
потребуют различных стратегий лечения и препаратов. 
Совершенно аналогично и положение в геофизике с проблемой землетрясений: результат один - разрушения, а причины могут быть при этом кардинально различными. Но здесь, как и в медицине, до сих пор не установлена даже первичная классификация возможных типов этих явлений. Обычно приводится лишь величина магнитуды по шкале Рихтера. Поэтому приведу, предвосхищая вопросы, формальное определение этой шкалы: Ч.Ф. Рихтер (1900 - 1985) предположил, что волны от эпицентра распространяются во все стороны одинаково и предложил измерять эффективную 
мощность по десятичному логарифму амплитуды этих волн в метрах на расстоянии 100 км от эпицентра. Вот эту эмпирическую величину и называют магнитудой. В принципе она может быть сколь угодно велика, но магнитуда более 9 по-видимому не наблюдалась: учтите, что увеличение ее на единицу означает увеличение выделяемой мощности не менее, чем в сто раз. 
И поскольку общей теории, общего объяснения не существует, перейдем к вопросам, затрагивающим лишь некоторые проблемы этих явлений.. 
     1.  Совершенно очевидно, что все землетрясения можно разделить на естественные и техногенные, т.е. вызванные деятельностью человека. Как вы думаете, может ли откачка глубинных вод или нефти вызвать землетрясение? 
     2.  Серьезное воздействие на природу происходит и при создании искусственных водохранилищ, постройке плотин, особенно высотных. Могут ли они вызвать землетрясение? 
    3.  При землетрясениях выделяется огромная энергия. Откуда она берется и где хранится до момента катастрофы? 
    4.  При рассматривании географических карт можно сразу же отметить, что чрезвычайно много землетрясений происходит на берегах вокруг Тихого океана. В то же время согласно общепринятой уже концепции глобальной тектоники вся 
кора Земли состоит из нескольких плит (основных, по-видимому, десять), плавающих на расплавленной мантии. Как можно увязать эту концепцию с частотой землетрясений в определенных регионах?
    5.  А могут ли быть землетрясения не техногенные и не связанные с краями плит? 
    6.  Если в недрах накапливаются напряжения, то должны ли они как-нибудь 
проявиться на поверхности? 
     7.  Утверждается, что некоторые животные, змеи, мелкие речные рыбешки и т.д., предчувствуют землетрясения. Как вы думаете, каким образом они могут заранее определять такую возможность? 
     8.  Были ли когда-нибудь успешно предсказаны землетрясения и стоит ли их предсказывать? 
     9.  Если известно, что землетрясения вызываются длительными накоплениями напряжений горных пород, то может быть можно каким-то образом вызвать их раннюю разрядку, чтобы чередою мелких землетрясений предупредить крупное? 

ОТВЕТЫ 

     1.  Именно таково, по-видимому, происхождение сильных землетрясений в Мехико (в результате откачки воды артезианскими колодцами он весь заметно опустился) и в Ташкенте. Нужно заметить, что внутренние пустоты или рыхлость почв возникают не только вследствие прямой выкачки глубинных вод, но и при 
уменьшении фильтрации воды в глубинные горизонты при увеличении растительного покрова и, следовательно, испарения. 
Очень схожи с ними естественные карстовые землетрясения, провалы в естественно образованные пустоты. Но они не бывают очень сильными. 
     2.  Плотины и водохранилища за ними приводят к усилению давления на подстилающие слои. Важнейшую роль при этом может играть так называемый эффект Ребиндера (Петр Андреевич Ребиндер (1898-1972), советский физико-химик). Заключается он в том, что при некоторой влажности коэффициент трения между, скажем, песком и лежащей на нем доской становится равным 
нулю, т.е. доска может скользить по песку безо всякого  сопротивления. Но вместо доски на песке можно рассматривать слой глины, над которым находится слой песка. Если эти слои наклонные, то согласно Ребиндеру при некотором водосодержании в песке весь этот слой (вместе с вышележащими) должен начать скользить вниз. Определить заранее в какой момент начнется 
такое скольжение очень сложно, т.к. такой момент зависит от физико-химических свойств обеих пород. Можно только утверждать, что именно таково происхождение и увеличение частоты многих землетрясений в районах искусственных водохранилищ (Средняя Азия, район Волги). 
     3.  Повидимому, это энергия предварительно сжатых пород в очаге землетрясений. Все эти породы сжать очень трудно и поэтому удельная запасенная энергия там очень мала: около двух эргов на куб. см - это работа, совершаемая при подъеме одного грамма на два миллиметра, но т.к. она накапливается в объеме многих кубических километров, то при одновременном 
распрямлении

стольких пружин в очаге от него во все стороны идут мощные волны. Особенно, конечно, достается эпицентру, т.е. области, находящейся непосредственно над центром. Сила удара при этом зависит от того сколь близко к поверхности был расположен этот очаг и как долго эта энергия в нем 
накапливалась. Ведь энергия очага может разрядится серией многих малых толчков и тогда катастрофы не будет. 
     4.  Совершенно очевидно, что одной из причин, может быть важнейшей, накопления напряжений и последующего возникновения таких катаклизмов должны быть события на границах плит: их столкновения и сжатия, надвиг одной 
плиты на другую и т.п. В районе Тихого океана отмечаются надвижение тихоокеанской плиты на азиатскую и движение обеих американских (северной и южной) к океану. Плита, на которой находится Индостан, надвигается на Евразию, поэтому на границах плит растут горы и поэтому же там часты землетрясения. 
Аравийская плита, к которой мы примыкаем, тоже движется на Север, вызывая рост Кавказских гор и землетрясения в Закавказье и т.д.. Для исследования катастроф этого типа нужно изучать динамику движения плит и их столкновений, зависимость возникающих напряжений от состава и строения плит и притом на всей их глубине, сейчас мало доступной. И конечно эти явления зависят от того, что именно двигает плиты: эти движения составляют порядка сантиметра в год, но можете себе представить какова масса, скажем, континента Евразии и сколько энергии нужно затратить на его передвижение по вязкой магме? 
Обычно принимается, что плиты двигают течения в конвекционных ячейках Бенара, круговых долгоживущих вихрях, возникающих в вязкой магме из-за разницы температур между корою Земли и ее ядром. Существует, однако, и другой движитель - это приливы, лунные и солнечные, внутри Земли. Волна прилива, пробегающая в Земле, толкает плиту к Западу и этот удар может быть той последней каплей, которая преодолевает 
сопротивление плит распрямлению ранее сжатых участков. Явления этого типа должны наблюдаться в моменты максимумов приливов, в новолуния или полнолуния, когда точно складываются приливные воздействия Луны и Солнца. Именно таким было, например, землетрясение в Спитаке в 1986 г. и т.п. 
     5.  Тектонические плиты отнюдь не однородные, они имеют различную толщину в разных участках - от десятков до нескольких сотен километров, на некоторых их нижних участках затвердевает магма и могут даже образовываться горы и хребты. Поэтому отдельные участки плит могут тормозиться и в этом месте будут 
накапливаться напряжения, которые приведут к трещинам и разломам. Вероятно, таков механизм катастроф, произошедших недавно в Греции и Турции. 
     6.  Накопления напряжений часто можно зафиксировать по шумам, идущим из недр, но как можно определить разрядятся они завтра или через сто лет? Еще одно их проявление - это радиошумы. Дело в том, что ударная волна, проходящая через почву, заставляет колебаться песчинки с окружающими 
водными пленками, в таких пленках всегда достаточно много ионов, а любые колебания электрических зарядов приводят к радиоизлучению. (Этот метод был нами некогда разработан, испытан, но до сих пор нигде не внедрен.) 
     7.  Мы уже не раз говорили о том, что инфразвуковые, неслышимые колебания, особенно в районе 7 Герц остро воспринимаются и людьми и животными. Связано это как с близостью частот к некоторым ритмам мозга, так и с резонансом, совпадением длины волны и размеров, скажем, головы. А так как полную катастрофу должны, несомненно, предварять отдельные разрывы, растяжения, причем более протяженных структур, т.е. с более длинными волнами, в том числе инфразвуковыми, то чем ближе организм к поверхности земли, тем сильнее он может их ощущать. Такие удары, предваряющие основное событие, называются форшоками (последующие, после основного удара, - афтершоки). Как правило, основному событию предшествуют форшоки, но иногда за них могут приниматься мелкие 
независимые землетрясения. 
     8.  В мире до сих пор известны лишь два случая точных научных предсказаний и оба в Китае, в 80-ые годы. Наши коллеги, бывшие там на конференции по этому поводу рассказывали, что в Китае развернута гигантская и всеобъемлющая система наблюдения. Так, каждый староста деревни обязан немедленно сообщать в региональный центр о всех событиях типа необычного поведения домашних или диких животных, появлении странных запахов, повышения или понижения уровня воды в колодцах и т.д. Эта обширнейшая и очень точная информация несколько раз в день обрабатывается и сопоставляется с приборными данными в 
разветвленной системе современнейших компьютеров. (Советские, еще тогда, и американские геофизики отчаянно и впервые совместно искали прорехи в этой системе и не нашли их.) Вот такой анализ и позволил китайцам почти за сутки дать правильный прогноз! Но третий их прогноз, он касался, если память не изменяет, Хайнаня, оказался неудачным - население было эвакуировано, а землетрясения не произошло. При эвакуации вследствие паники, мародерства и т.п. погибло больше людей, 
чем могла бы унести по оценке предполагаемая катастрофа. И поэтому сами геофизики решили, что публиковать сейчас прогнозы, поднимать тревогу и начинать срочную эвакуацию нельзя, нужно ждать появления более точных методов. Такую идею выдвигал, в частности, А.Д. Сахаров: поместить в предполагаемый очаг ядерный заряд и «разрядить» напряжение. Мне пришлось, при всем пиетете к гениальному ученому, объяснять, 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.