Страница 11 из 43
Когда содрогается Земля
Наши «академические» рассуждения о физическом механизме землетрясений не дали, конечно, читателю возможности составить представление о тех катастрофических последствиях, которые иногда вызывают содрогания Земли. Между тем за последние 100 лет при землетрясениях погибло свыше миллиона человек, причем только при одном токийском землетрясении в 1923 г. людские потери составили 140000.
Разумеется, не все землетрясения катастрофичны. Ежегодно на земном шаре происходят до 100 000 землетрясений. Однако чаще всего они настолько слабы, что их удается зафиксировать лишь с помощью специальных высокоточных приборов — сейсмографов (рис. 15).
Рис. 15. Схема сейсмографа.
Сейсмограф состоит из пружины и подвешенного груза с укрепленным на нем пишущим устройством. Если Земля не сотрясается, на бумаге вращающегося барабана получается ровная линия. Любое, даже слабое землетрясение приводит груз на пружине в колебательное движение, и сейсмограмма (запись на барабане) становится волнистой, неровной. Чем мощнее землетрясение, тем сильнее раскачивается груз, тем больше амплитуда сейсмических колебаний на сейсмограмме. Применяются сейсмографы с магнитной записью и цифровой регистрацией колебаний. Сейсмограммы обрабатываются и анализируются с помощью электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Сначала сейсмограф фиксирует продольные волны — Р-волны. Через несколько секунд на сейсмограмме появляется запись поперечных волн — S-волн. По амплитуде они больше P-волн, но так же, как и те, быстро затухают. Наконец, последними приходят L-волны (от латинского «лонга» — длинные), т. е. поверхностные волны, вызывающие большие разрушения. По сейсмограмме специалист может узнать расстояние до эпицентра, мощность и другие параметры землетрясения.
В 1964 г. установлена международная сейсмическая 12-балльная шкала интенсивности землетрясений, включающая все мыслимые сотрясения Земли — от неощутимых, регистрируемых только сейсмографами (1 балл), до катастрофических, 12-балльных, вызывающих радикальные изменения рельефа (горные обвалы, изменения русел рек, образование огромных трещин в почве).
Во время слабых землетрясений из недр Земли высвобождается сравнительно небольшая энергия (103 Дж). Зато энергия, выделяемая при катастрофических сотрясениях Земли (до 1019 Дж), равноценна одновременному взрыву сотен водородных мегатонных бомб! Недаром землетрясения считаются самыми грозными из всех природных явлений, с которыми сталкивается человек. Историки донесли до нас страшные картины древних катастроф. Землетрясение 526 г. на европейском побережье Средиземного моря превратило в груды развалин многие города и уничтожило 200 000 человек. В 1556 г. в китайской провинции Шанси во время мощнейшего землетрясения погибло 830 000 человек. Не исключено, что древние предания о гибели Тира и Сидона, Содома и Гоморры отражают реальные события, связанные с сотрясениями Земли.
Когда землетрясение происходит под толщиной моря или океана, его называют моретрясением. Если оно достаточно сильно, на водной поверхности возникают грозные волны, названные японцами цунами. Они являются порождением ударных сейсмических волн, охватывающих всю толщу воды. Обрушиваясь на берега, цунами производят опустошительные разрушения. Обычно высота цунами не превышает 1 м, но при сильных моретрясениях достигает 30 м и более! За последние 2500 лет в Тихом океане зарегистрировано 308 цунами.
В воскресный день 1 ноября 1755 г. многие жители Лиссабона отправились на богослужение, другие остались дома, готовясь к праздничной трапезе. Неожиданно заколебалась почва, послышались громкие раскаты, и город на глазах обезумевших от ужаса людей начал разрушаться. Люди гибли под обломками рухнувших зданий, в огне пожаров. Некоторые бросились к пристани, чтобы спастись на кораблях, но на глазах у них причал дрогнул и погрузился в морскую бездну. На море возникла цунами высотой 27 м, которая хлынула на берег, углубилась на 15 км и в течение нескольких минут стерла Лиссабон с лица Земли.
Не подумайте, что все это «дела давно минувших дней», а теперь ничего подобного не бывает. По данным статистики, ежегодно бывает одно катастрофическое землетрясение (более. 8 баллов) и около десяти разрушительных (от 7 до 8 баллов). Приведем несколько примеров. Ашхабадское 8-балльное землетрясение 1948 г. было связано с движением огромных блоков горных пород в районе Копетдага. При этом были разрушены почти все дома, не имеющие антисейсмических конструкций. В мае 1960 г. вдоль побережья Чили на протяжении 600 км были разрушены многие города и деревни. Участок берега длиной 200 км опустился на 2 м, а города Анкуд и Маулин частично погрузились под воду. В годах образовались трещины длиной в сотни метров при ширине около полуметра и тысячи обвалов. Возникшие при моретрясении цунами высотой около 30 м начисто смыли города Куеле и Корраль, а также вызвали большие разрушения на Гавайских островах и на побережье Японии. Разрушительным было и Ташкентское 8-балльное землетрясение 1966 г. Наконец, в 1970 г. в предгорной части Главного Кавказского хребта произошло одно из сильнейших за последние годы Махачкалинское землетрясение, при котором образовались трещины шириной в несколько метров.
Земля продолжает содрогаться, иногда грозно вторгаясь в жизнь своих обитателей. Но как это ни парадоксально, от землетрясений есть и польза: без них мы вряд ли узнали бы внутреннее строение Земли.
Сейсмическая модель планеты
Если бы Земля была однородной, сейсмические волны распространялись бы внутри нее по прямой. Иначе говоря, сейсмические лучи были бы прямолинейны, а скорость их — одинаковой. Изменения скорости и направления сейсмических лучей внутри Земли указывают на неоднородность земных недр.
Факт существования поверхностных поперечных волн свидетельствует о том, что в верхней части Земли имеется по крайней мере один слой (земная кора), отличающийся по плотности от нижележащих слоев. Детальное исследование поверхностных волн показало, что есть две разновидности, два типа земной коры. Первый тип — континентальный характеризуется большой толщиной верхнего слоя и малыми скоростями распространения поверхностных волн. Второй тип — океанический отличается от первого меньшей толщиной и соответственно большей скоростью распространения тех же волн.
В начале текущего века удалось доказать, что, начиная с глубины 3000 км, поперечные волны распространяться не могут. На этом основании был сделан вывод, что Земля имеет ядро, находящееся в расплавленном состоянии. Позже многолетние исследования сейсмических волн в конце концов позволили представить себе достаточно четко (хотя и не полно) строение недр нашей планеты. Рисунок 16 напоминает своеобразную рентгенограмму Земли, причем роль рентгеновских лучей в данном случае выполняют сейсмические волны.
Рис. 16. Разрез земного шара (по А. П. Виноградову). А — земная кора, В, С, D — верхняя, средняя и нижняя мантии, Е, F — внешнее и внутреннее ядра.
Прежде всего бросается в глаза слоистость Земли — расслоение ее недр на ряд сферических оболочек, различных и по физическим и по химическим свойствам.
Самый верхний, поверхностный слой — земная кора состоит из осадочных и кристаллических пород. Из химических элементов здесь преобладают кислород, кремний, алюминий, хотя горные породы включают все элементы таблицы Менделеева. Толщина континентальной земной коры 37–47 км, океанической 7—10 км. По сейсмическим данным, в континентальной коре можно выделить три слоя — осадочный, «гранитный» и «базальтовый». Названия эти несколько условны, так как состав слоев определен не прямым химическим путем, а по сейсмическим волнам. Океаническая кора двуслойна, она состоит из осадочного и «базальтового» слоев. И на материках, и на континентах кора разделена глубокими трещинами на исполинские плиты или блоки.