Сухопутные массы земной поверхности пришли в движение по меньшей мере 200 миллионов лет назад, с тех пор из недр Земли выбрасываются горячие газы, шлаки и расплавленные породы, земная ось вибрирует, смена жарких и холодных периодов ведет к образованию гигантских ледяных шапок и превращению плодородных равнин в мертвые пустыни. Человек научился утверждать себя на Земле и избегать некоторых опасностей, но, как мы уже говорили, он не пользуется собственным опытом, хотя и оплатил его безмерными жертвами!
Вы скажете, как можно строить дом, заводить семью, начинать дело на качающейся почве? Но посмотрите на Сан-Франциско — город пока растет и процветает. Если кто-либо сложит свой очаг у подножия вулкана, у него есть хотя бы то извинение, что вулкан-де может снова проснуться лет через сто, а то и через пятьсот. Но если ты живешь в Сан-Франциско, то о непрочности здешнего существования говорят не только выкладки ученых, но и просто-таки повседневный опыт.
Здесь каждую неделю почва начинает дрожать, и так будет продолжаться, пока землетрясение не уничтожит весь город, как это было уже в 1857-м, а затем в 1906 годах. Уже подсчитано, чего будет стоить эта катастрофа: ущерб для Южной Калифорнии, то есть для Сан-Франциско, Лос-Анджелеса и пригородов составит 20 миллиардов долларов! И ученые, и повседневный опыт сходятся в одном: кто хочет остаться в живых, тому пора собирать вещи, ибо сокрушительное землетрясение случится скорее всего еще до конца нашего столетия.
Откуда такая уверенность?
Вернемся к истории Земли на 30 миллионов лет назад, то есть на полчаса по нашему летосчислению. Континент Северной Америки медленно дрейфует на юг. Перед ним — восточная часть дна Тихого океана, двигающегося на север. Оба гигантских блока трутся друг о друга, полируют себе бока, толкаются, пока, наконец, передний край североамериканского блока не начинает расходиться. Возникает щель, куда устремляется вода Тихого океана, возникает полуостров Нижняя Калифорния. Калифорнийскому заливу от роду всего четыре миллиона лет, то есть четыре минуты.
Но силы трения продолжают свою разрушительную работу, они хотят совсем оторвать ту полоску Североамериканского континента, на которой лежат Сан-Франциско и Лос-Анджелес. Линия будущего разрыва уже сейчас хорошо видна с самолета: трещина прослеживается как продолжение линии залива.
Эти тектонические силы давно бы оторвали полоску суши и образовали гористый остров Калифорнию длиной около тысячи километров, если бы не две огромные «шпильки» — горные хребты Сан-Бернардино (высота до 3450 метров) и Сьерра-Невада (4418 метров). Мы не знаем, какие процессы разыгрываются в их глубине и на дне океана, однако можно представить себе, что невероятных сил, которые вступили в эту игру, достаточно, чтобы раздробить в порошок обломки скал, расколоть мощнейшие хребты, расплавить все прилегающие поверхности так, что они без труда будут унесены прочь.
Конечно же, больше чем на пять сантиметров в год массы не подвигаются. Но то тут, то там блоки «сцепляются» друг с другом, и, когда один из них уступает, происходит внезапный толчок, и вся масса суши сдвигается вбок на несколько метров, а то и вверх или вниз. Когда это происходит, почва наверху «дрожит». Если перемещение на глубине незначительное, то и землетрясение слабенькое, но если тектонические силы долго накапливались, то и наверху почва сдвигается нередко на много метров. «Линия подвижки» может простираться на сотни километров. В 1857 году 400-километровый кусок Калифорнии «отбросило» на 10 метров в сторону, а в 1906 году — на шесть метров, жертвой этого относительно небольшого землетрясения стал город Сан-Франциско.
В северо-западной части округа Лос-Анджелес имеются так называемые «Болдуинские холмы», и по ним можно судить, что перемещения массивов суши проходят не только по горизонтали. Там, где находятся сейчас холмы, еще 36 тысяч лет назад плескалось море, нетрудно подсчитать, что суша поднимается здесь на сантиметр в год.
В настоящее время предпринимаются попытки всеми средствами уберечься от последствий землетрясения. Однако определить заранее, насколько прочным в сейсмическим отношении окажется то или иное здание, очень трудно, даже если прибегнуть к ЭВМ. Некоторые принципы строительства «сейсмопрочных» сооружений накопили японцы, опирающиеся на свой печальный опыт. До 1962 года в Японии было вообще запрещено строить здание выше 31 метра, и лишь в 1967 году в Токио воздвигли небоскреб в 36 этажей.
В Лос-Анджелесе широко используют опыт и знания японских инженеров. В 1971 году небольшое землетрясение опрокинуло новое здание клиники, а построенное японцами 16-этажное административное здание устояло, и сейсмографы, размещенные на 1-м и 8-м этажах, просто зарегистрировали толчки. Принцип строительства заключается в том, чтобы и внешняя форма и распределение помещений внутри здания гарантировали максимальную равномерность, в этом случае напряжения от толчков будут распределены оптимально.
В апреле 1973 года группа водолазов произвела погружение на дно к северо-западу от побережья Лос-Анджелеса, где проходил эпицентр землетрясения; там ожидали увидеть новые трещины в морском дне, а вместо этого обнаружили многочисленные маленькие кратеры шириной около метра и глубиной 60 сантиметров. «Никто из нас никогда не видел чего-либо подобного под водой», — сообщили водолазы, и ни один ученый пока не выдвинул объяснения возникновения загадочных кратеров на морском дне.
Однако вернемся к факту, внушающему наибольшие опасения геофизикам: область Сан-Франциско примерно каждые полвека поражает «большое» землетрясение — разрядка тектонических напряжений. По статистике, такое большое землетрясение должно было наступить самое позднее в 1970 году. Почему же этого не произошло?
Надежды, что геологические процессы прекратились, не оправдались. Оптимисты рассчитывают на нечто более реальное: благодаря частым разрядкам в глубинах скальных пород напряжение не скапливается. Эта надежда сродни прогнозам тех, кто живет у подножия действующего вулкана и тешит себя мыслью, что маленькие облачка свидетельствуют о непрерывной разгрузке внутреннего давления. Иначе как легкомыслием это не назовешь.
Пессимисты, а к ним относится много ученых, боятся обратного: на этот раз накапливаются гораздо большие напряжения давления, чем это было раньше, и землетрясение будет уничтожающим. Им видится, как падают в воду «Золотые ворота» и Оклендский мост, как улицы Сан-Франциско засыпаются обломками и развалинами домов, как поднимаются и опускаются, подобно морским волнам, участки суши с амплитудой в несколько метров, как будет содрогаться воздух от сотрясения земли, как трещины побегут по асфальту, но никто не покидает опасного района, и администрация молчит.
Кто ответит за погибших и за материальный ущерб?
Землетрясение в Сан-Франциско в 1906 году унесло почти тысячу человеческих жизней. Статистика жертв при крупных землетрясениях не уступает реестру убитых во время крупных сражений:
1755 год Лиссабон — 32 тысячи убитых
1783 / Калабрия — 30 тысяч
1896 / Санрику (Япония) — 27 тысяч
1908 / Мессина — 83 тысячи
1920 / Пинлян (Китай) — 200 тысяч
1923 / Сагами-Бей (Япония) — 157 тысяч
1932 / Канзу (Китай) — 70 тысяч
1935 / Белуджистан — 60 тысяч
1939 / Анатолия — 32 тысячи
1939 / Южное Чили — 30 тысяч
Не создаст ли этот перечень представление, что землетрясения все-таки довольно редки? Чтобы подобных иллюзий не возникало, приведем новейшие данные:
Сентябрь 1962 г. Западный и Центральный Иран — 12 тысяч жертв
Июль 1963 г. Скопле (Югославия) — больше тысячи
Август 1966 г. Восточная Турция — две с половиной тысячи
Август 1968 г. Северный и Восточный Иран — около 7 тысяч
Сентябрь 1968 г. Куразан (Иран) — около 10 тысяч
Июль 1969 г. Суатоу (Китай) — 3 тысячи
Январь 1970 г. Юньнань (Китай) — несколько тысяч
Март 1970 г. Гедиз (Турция) — 2 тысячи
Май 1970 г. Северное Перу — около 70 тысяч
Май 1971 г. Восточная Турция — более тысячи
Апрель 1972 г. Южная Персия — около 4 тысяч
Декабрь 1972 г. Никарагуа — от 10 до 20 тысяч
Земной шар содрогается каждый год чаще чем сто раз, подземные толчки нередко продолжаются много дней подряд. К счастью, они часто поражают малонаселенные местности и разрушения не всегда бывают значительными.
Есть люди, которые полагают: все это «экзотика», нас, жителей Средней Европы, все это мало касается, у нас под ногами надежная почва. Они заблуждаются, эта безопасность весьма относительна. Достаточно взять южные районы Федеративной Республики Германии: то во время землетрясения обваливается старая крепостная стена в Цоллернальбе, то на штукатурке домов появляются трещины, то из шкафов вываливаются чашки, а на стенах качаются картины, то из глубины раздастся приглушенное громыхание, и по всей котловине Верхнего Рейна от Базеля до Гейдельберга скачут стрелки сейсмографов. По стране прокатываются серии землетрясений, а колебания почвы регистрируются в течение нескольких месяцев, а то и лет.
Само по себе это не дает оснований для беспокойства, но старые хроники сообщают и о более сильном землетрясении, которое поразило 18 октября 1356 года город Базель. Оно разрушило тогда более 30 деревень, замков и крепостей, число жертв достигло трехсот.
Статистика показывает, что с 1800 по 1970 год на территории ФРГ было зарегистрировано 34 землетрясения, которые нанесли значительный ущерб. Некоторые из них достигали силы 8 баллов. Большинство этих землетрясений связаны с Рейнской впадиной, углублением в земной коре, простирающимся от Базеля до Майнца почти на 300 километров при ширине 40 километров. До сих пор ученые не могут сказать, откуда она взялась. Очевидно только, что и в наши дни большие участки этой зоны разлома находятся в движении: некоторые участки Рейнской впадины опускаются ежегодно на 0,5–1 миллиметр, однако убедительной причины этому явлению не нашли. Скажем, в местечке Кайзерштуль близ Ландау выход тепла из глубины земли вдвое выше нормального. Поднятие краевых зон (Шварцвальд), термальные источники (Баден-Баден, Баденвайлер, Беллинген), калиевые соли Эльзаса, выход нефти (Цабернер Зенке, Ландау) и, наконец, землетрясения — все эти геологические процессы можно наблюдать и регистрировать, но как их интерпретировать? На наших картах показаны только массы песка и щебня, лежащие в этом котловане, но что под ними? Глубина их в районе Гейдельберга составляет 640 метров, а на севере от Майнца — 380.
Может быть, когда континенты будут разделяться и дальше, на месте Рейнской впадины откроется второй Бискайский залив? А может быть, она дойдет до Северного моря? Ведь и Бискайскому заливу всего 40 миллионов лет.
Как и жители Сан-Франциско, мы неохотно признаем опасность, которая нас подстерегает. Тем более что защититься от нее все равно не можем. Так что же, отмолчимся и забудем?
Подобно Калифорнии, Япония лежит на границе двух огромных блоков, составляющих земную поверхность. На западе она крепко спаяна с континентом Азии, который на востоке подпирает донная глыба Тихого океана. Давление ее столь значительно, что передний край оказывается задранным вверх, и вот он-то, вытолкнутый над уровнем моря, и называется Японскими островами. Но — в этом заключается принципиальное отличие от Калифорнии — Япония оказывает давлению сильное сопротивление. Блоку океанского дна приходится отступить, а у него только одно направление — вниз. Он и подсовывается под Японию в глубь земли, достигая там таких горячих зон, что горные породы плавятся и перемешиваются с материалами недр Земли. Оказываемое снизу на Японию давление расщепляет скальные породы, ее образующие, в трещины проникает вулканическая лава, порождая постоянные землетрясения.
Эти процессы не обходят и Китай, поэтому неудивительно, что с древних времен там регистрируются землетрясения. Именно китайские ученые придумали один из самых точных и элегантных приборов для измерения силы землетрясений — сейсмограф.
Предание говорит, что устройство, показывающее приближение землетрясения, придумал математик, астроном и географ Чанг Хенг, который жил с 78 по 139 год. Принцип устройства несложен: крышка бронзового сосуда в виде урны представляет собой тяжелый маятник с восемью рычагами. Когда земля дрожит, сосуд наклоняется, но крышка-маятник остается в прежнем положении. Будучи соединены с центральным штоком — а он отклоняется при наклоне вазы, — рычаги действуют на шарик, вываливающийся в том направлении, куда наклонится сосуд. Художественное оформление идеи выражается в том, что шарик падает из пасти дракона в рот жабы, но главное, что прибор позволял зарегистрировать как подземный толчок, так и его направление.
Когда в 1893 году в Хоэнгейме была основана первая немецкая станция наблюдений за землетрясениями, основным инструментом в ней был горшок, в котором вертикально торчала палочка. При землетрясении палочка падала, указывая направление подземного толчка. Вот и все! Такой прибор иначе как примитивным не назовешь. Для уровня сейсмографических знаний в Европе типично упоминание в одной книге, вышедшей в 1953 году, что-де о внутренней конструкции прибора Чанг Хенга ничего не известно! Но со временем были разработаны отличные приборы. Теперь на каждой станции сейсмометр, позволяющий точно определить силу толчка, его направление и даже место, где он произошел.
И все же и по сей день наука не может предсказать землетрясение. Можно было бы предположить, что силы, его вызывающие, постепенно суммируются, позволяя своевременно предупредить о начале его, но это не так. Даже в Сан-Франциско или Лос-Анджелесе трудно утверждать нечто более определенное, чем то, что землетрясение обязательно произойдет.
В Японии существует народное поверье, скорее суеверие, что землетрясение наступает, когда среди ясного неба вдруг появляется молния. Если без грозы по небу стреляют большие молнии, особенно шаровые, то земля непременно вскоре задрожит. Больше всего ученых в этой абракадабре угнетает тот факт, что эта примета действительно верная, но, увы, наука никак не может растолковать этот феномен молнии на ясном небе. Вообще говоря, можно выстроить гипотезу, согласно которой скопившиеся в горных породах давления вызывают пьезоэлектрическое поле, но чтобы оно разряжалось молниями?! Пьезоэлектрический эффект знаком каждому владельцу современной зажигалки: электрическое напряжение в ней возникает от того, что кратковременному сжатию подвергается кристаллик кварца (или турмалина). Это напряжение дает импульс электротока в виде искры, поджигающий газ. Но как может возникнуть подобный процесс в неизолированной почве, даже при тех исключительно высоких давлениях, которые там имеют место? Чем больше расчетов производилось, тем больше ученые приходят к убеждению, что выдвинутая гипотеза по меньшей мере сомнительна.
С предсказаниями землетрясений наука пока явно не справляется. Чего только не предлагали! Регистрировали отклонения стрелок компаса, наблюдали за перемещением фиксированных тригонометрических точек, записывали скорость распространения малых волн колебания почвы, исследовали механическую структуру скальных пород, не жалели ни сил, ни времени, ни затрат, а результат мизерный. Даже если имеются налицо признаки наступающего землетрясения, предсказать, когда оно наступит и его силу, оказывается ученым не по плечу.
Еще до появления ощутимого дрожания земли увеличивается выделение газов из почвы (радон, метан), меняется ее электропроводность, причем настолько, что ее можно измерить. Молнии на ясном небе, беспокойство домашних животных, другие приметы слишком напоминают гадание на кофейной гуще, но разве наука смогла предложить что-либо лучше? Наиболее перспективным методом представляется определение изменений в газах, выделяемых из почвы; соответствующие измерения, проведенные в Южной Германии, подтвердили это. В местечке Бебенхаузен (вот уж, истинно, название попало в точку, ведь это значит «дрожащий домик») было зарегистрировано увеличение количества выделяемых газов, а затем произошло и небольшое землетрясение.
Возможно, даже на Луне имеется подобная взаимосвязь: 28 февраля 1971 года там было зарегистрировано лунотрясение с четко фиксированным выделением газа из почвы.
За неспособностью точно предсказать, где и с какой силой произойдет землетрясение, остается искать какие-либо средства, помогающие как-то «перехитрить» его. Идея кажется довольно фантастической, а между тем здесь открываются некоторые возможности. Имеются, например, наблюдения о том, что подземные взрывы атомной бомбы вызывали целую серию небольших колебаний земли. С декабря 1968-го по март 1970 года в штате Невада было проведено пять подземных испытаний атомной бомбы, и сейсмометры в течение нескольких недель регистрировали в окружности десяти километров небольшие землетрясения. В данном случае можно принять как пессимистическую точку зрения, считая, что взрывы атомной бомбы повлекли за собой возникновение подземных сил давления, так и оптимистическую: эти тектонические давления существовали уже давно, и, не «разрядись» они в результате атомного взрыва, не миновать бы крупного землетрясения. Короче говоря, идея заключается в следующем: в зонах внутренних напряжений, как, скажем, в Сан-Франциско и Лос-Анджелесе, нужно каждые два года взрывать под землей атомную бомбу, чтобы этот взрыв снимал накопившиеся напряжения, прежде чем они выльются в разрушительное землетрясение.
Но только профан или гений рискнет в наши дни использовать Землю в качестве «подопытного кролика», ведь нам больше нечего терять, кроме Земли, а силы, вызывающие землетрясения, невообразимо велики. В частности, измерения, проведенные в 1973 году, показали, что даже при землетрясении средней силы ось вращения нашей Земли начинает качаться. Если мы легкомысленно вызовем «суперземлетрясение», мы можем заставить земную ось качаться надолго, последствия такого явления непредсказуемы.
Вопросы, одни только вопросы, да вдобавок еще и гипотеза, что не землетрясение вызывает вибрацию оси вращения Земли, а, напротив, именно небольшие изменения во вращении ее вызывают землетрясения. А может, это настоящий клубок взаимозависимых сил? И если это так, то как уложить в эту картину наши представления о дрейфующих континентах и о смене положения магнитного полюса?
Недавно группа американских ученых-геофизиков разработала модель Земли, согласно которой верхние континентальные глыбы фиксированы относительно оси вращения Земли, а вот находящаяся под ними вязкотекучая «мантия» вращается вокруг другой оси; что же, многое говорит в пользу этой модели, а аргументы против весьма шатки.
Остается признать, что нам нужно гораздо подробнее и серьезнее изучить Землю, ту планету, которая несет нас на себе.