Мы закончили описание шести землетрясений, относящихся к числу самых опустошительных и, если так можно выразиться, самых «наглядных» из всех известных человечеству. К счастью, такие катастрофы случаются крайне редко и благодаря их исключительности запечатлеваются в памяти людей.

Но эта исключительность не должна порождать иллюзии. Не все землетрясения приводят к катастрофическим последствиям, и не все они влекут за собой гибель сотен или даже тысяч людей. Большая часть подземных толчков регистрируется только сейсмографами. В самом деле, между землетрясениями, подобными тем, которые разрушили Лиссабон, Мессину и Токио, и теми почти неощутимыми микросейсмическими колебаниями, о которых будет идти речь ниже, известен еще ряд промежуточных сейсмических возмущений.

Сильные землетрясения

За 1913 год всеми сейсмографами мира было зарегистрировано от 8 до 10 тысяч подземных толчков. В наши дни, когда сеть сейсмологических станций стала значительно шире и гуще, регистрируется уже до 100 тысяч сотрясений в год, более 10 сейсмических возмущений в час. Большая часть этих явлений, естественно, — и добавим, к счастью, — не представляет никакого интереса. Вот почему подавляющая часть населения нашей планеты может прожить всю жизнь, не испытав на себе последствий землетрясения. Возможно, читателю интересно все же познакомиться с перечнем самых смертоносных землетрясений, вошедших в историю.

Вот хронологический перечень сильнейших землетрясений:

373 год до н. э.: поглощен пучиной город Геликон (Греция), стоявший на южном берегу Коринфского залива.

1556 год, Шэньси (Китай): 830 тысяч человеческих жертв.

1716 год (3 февраля), Алжир: 20 тысяч жертв.

1755 год (1 ноября), Лиссабон (см. первую главу).

1783 год (5 февраля), Калабрия (см. третью главу).

1811 год (16 декабря), 1812 год, Миссури (США): пораженная территория превышала 1500 тысяч квадратных километров.

1812 год (21 декабря), Калифорния (США): землетрясение, осложнившееся цунами.

1819 год (16 июня), Кач (Индия): 1,5 тысячи жертв.

1822 год (19 ноября), Вальпараисо (Чили), 1835 год (20 февраля), Консепсьон (Чили).

1836 год (10 июня), 1838 (июнь), Калифорния: сейсмическое возмущение, связанное с разломом Сан-Андреас.

1855 год (23 января), Новая Зеландия: значительные разрушения в Веллингтоне.

1857 год (9 января), Калифорния: сейсмическое возмущение, связанное с разломом Сан-Андреас.

1861 год (26 декабря), Коринфский залив (Греция): большой сброс и оседание земной коры.

1868 год (2 апреля), Гавайские острова: интенсивность X баллов на Гавайских островах и IV–V баллов на Гонолулу.

1868 год (21 октября), Калифорния: сильные разрушения в Сан-Франциско.

1872 год (26 марта), Калифорния: самое сильное из всех землетрясений, связанное с разломом Сан-Андреас.

1883 год (28 июля), Искья (Италия): полное разрушение Казамикчолы, 2,3 тысячи жертв.

1887 год (9 июня), Алма-Ата (Россия).

1891 год (28 октября), Мино-Овари (Япония): 7 тысяч жертв.

1897 год (12 июня), Ассам (Индия): катастрофическое бедствие.

1899 год (10 сентября), Аляска: магнитуда 8,5.

1905 год (4 апреля), Кангра (Индия): 19 тысяч жертв.

1906 год (31 января), Колумбия — Эквадор.

1906 год (17 марта), Каги (Цзян, Тайвань): 1260 жертв.

1906 год (18 апреля), Калифорния (см. вторую главу).

1906 год (17 августа), Вальпараисо.

1908 год (28 декабря), Калабрия — Сицилия: см. третью главу.

1911 год (3 января), Тянь-Шань (Китай).

1915 год (13 января), Авеццано (Италия): 30 тысяч жертв.

1920 год (16 декабря), Ганьсу (Китай): см. четвертую главу.

1922 год (11 ноября) Чили.

1923 год (1 сентября), Канто (Япония): см. пятую главу.

1927 год (7 марта) Танго (Япония): самое сильное сейсмическое возмущение после землетрясения 1923 года.

1928 год (14, 18 апреля), Болгария: разрушение Ширпана. Магнитуда 6,75.

1929 год (17 июня), Вест-Нельсон (Новая Зеландия): магнитуда 7,8.

1929 год (18 ноября), Гранд-Банк (Атлантика): разрыв трансатлантического кабеля.

1930 год (23 июля), Апеннины (Италия): 1450 жертв.

1930 год (26 ноября), Идзу (Япония).

1935 год (21 апреля), Тайвань: 3 тысячи жертв.

1935 год (31 мая), Кветта (Белуджистан): 30 тысяч жертв.

1939 год (25 января), Чили.

1939 год (27 декабря), Турция: 20–30 тысяч жертв, магнитуда 8.

1940 год (10 ноября), Бухарест: 1 тысяча жертв.

1943 год (10 сентября), Тоттори (Япония): 1 тысяча жертв.

1946 год (10 ноября), Перу: 1,4 тысячи жертв.

1948 год (28 июня), Фукуи (Япония): 5 тысяч жертв.

1950 год (15 августа), Ассам (Индия): катастрофическое бедствие.

1954 год (9 сентября), Орлеанвиль (Алжир): 1250 жертв.

1957 год (13 декабря), Фарси (Иран): 2 тысячи жертв. 1960 год (29 февраля), Агадир (Марокко): см. шестую главу.

1960 год (май), Чили: см. шестую главу.

Читатель уже, наверное, заметил, что в списке значительно полнее представлена новейшая эпоха, особенно начиная с 1900 года. Это легко объяснить; ведь в древние времена такой науки, как сейсмология, не существовало, и в сообщениях о землетрясениях фактов было не больше, чем сказок. Поэтому мы не можем доверять этим сообщениям.

Рис. 7. Ось альпийской складчатости и эпицентры сейсмических возмущений 1884–1960 годов.

Эпицентр Агадирского землетрясения совпадает с местоположением самого города. Показано и сильное тектоническое нарушение на линии контакта между зоной альпийской складчатости и жесткой платформой Африки. Именно на трассе тектонического нарушения, протянувшейся от Бискры до Габеса. находился очаг Агадирского землетрясения (по Ротэ).

В приведенном выше перечне фигурируют те землетрясения, которые причинили самые жестокие страдания людям, но мы могли бы добавить к ним еще несколько сейсмических возмущений, которые, хотя и не повлекли за собой такого ущерба, все же представляют не меньший интерес. К их числу относится землетрясение, которое нанесло 23 февраля 1887 года такой у ущерб Лазурному берегу и особенно Ментоне, а также другие сейсмические возмущения, следовавшие одно за другим: в Константине (Алжир, 1758 год) — 10 тысяч жертв, в Оране (Алжир, 1790 год) — 3 тысячи, в Блиде (Алжир, 1825 год) — 7 тысяч, в Гурае (Алжир, 1891 год) и в Вильбурге (1891 год), в Омале (Алжир, 1910 год), в Ходне (1946 год, см. рис. 7). Все эти катастрофы чудовищной разрушительной силы, которые за последние четыре столетия истребили не менее 13 миллионов человек, заставляют нас, как в интересах всего человечества, так и науки, задаться вопросом: что же представляют собой землетрясения? И разве нельзя избежать дани, которую они берут у нас человеческими жизнями и созданными людьми богатствами?

Молодая наука — сейсмология

Такой вопрос, разумеется, возник у человека не сегодня и даже не вчера. Он занимал умы еще в глубокой древности, ибо первые люди, склонные к научным обобщениям, жили как раз в странах, страдающих от землетрясений. Вспомним греков и китайцев, описания, оставленные Аристотелем, катастрофу 373 года, разрушившую Геликон; вспомним также, что первый сейсмоскоп изобрел в 132 году китаец Чжан Хэн, по прозвищу Чоко. Обращаясь к еще более древним временам, известный геолог Эдуард Зюсс приписывал появление легенды о потопе моретрясению.

Астрономия существовала до изобретения подзорной трубы, но именно ее изобретение позволило этой науке развиваться.

Существовала ли сейсмология до изобретения сейсмографа? Как сказать! Нельзя же назвать «сейсмологией» нагромождение легенд и наивных предположений, объяснявших происхождение землетрясений вплоть до XVIII века. Вспомним хотя бы о суеверных толках, распространившихся по поводу бедствия, постигшего Лиссабон. И если мы хотим установить точную дату зарождения сейсмологии, то правильнее всего будет назвать 1783 год, когда впервые было проведено научное исследование Калабрийского землетрясения.

Однако ознакомление с сейсмическими явлениями получило поистине научный характер не раньше середины XIX века. В 1846 году английский исследователь Роберт Малле прочитал в Ирландской академии доклад о динамике землетрясений и в 1862 году опубликовал двухтомный труд о сейсмическом возмущении, разрушившем Неаполь в 1857 году. В 1855 году француз Алексис Перей ввел в употребление термин «сейсмический», который он произвел от своего же неологизма «геосеизм», предложенного им шестью годами раньше, но не прижившемуся. Тот же Перей предпринял первые исследования сейсмических областей земного шара, исследования, которые в 1906 году на значительно более широкой основе продолжил его соотечественник Монтессю-де-Баллор. Но решающей датой был 1880 год, когда англичанин Джон Милн (1850–1913) создал первый сейсмограф, который был немедленно использован в Японии. Через 16 лет усовершенствованный и стандартизованный сейсмоскоп начали применять в большинстве сейсмологических станций мира, что позволило установить непрерывное наблюдение за деятельностью глубинных сил. Анализ и сопоставление тысяч сейсмограмм позволили не только объективно изучить землетрясения, но и привели к появлению новой науки — физики земного шара, или геофизики.

Итак, современные сейсмологи — это ученые, занимающиеся исключительно сложными проблемами, которые требуют высокой квалификации. Сейсмологу надо быть одновременно и геологом, что вытекает из самого термина «землетрясение», и физиком, поскольку сейсмические возмущения — результат вибраций, распространяющихся внутри земного шара. Кроме того, сейсмолог должен хорошо знать петрографию, законы стратиграфии, гипотезы о горообразовании (орогенезе). Он обязан экспериментально изучить различные виды вибраций, упругие волны и силы напряжения и овладеть математическим анализом этих явлений. Не удивляйтесь, если, открыв труд, скромно названный Рихтером «Элементарная сейсмология», вы найдете там дифференциальные уравнения и даже — какая неожиданность! — трансцендентальные математические величины «тензоры», обычно считающиеся вотчиной Эйнштейна!

Проблема землетрясений

«Ну что же, — скажете вы, — геофизикам с таким солидным научным багажом, разумеется, не стоит никакого труда ответить на поставленный выше вопрос: «Что же такое землетрясение?»

Нет, их ответ будет совсем не так прост, как вы, возможно, ожидаете. История науки не раз доказывала, что только невеждам все кажется простым и ясным. Сложность усиливается по мере накопления знаний, и только профаны могут надеяться, что наука даст ответ на поставленные ими вопросы, изложенный в четырех строках.

Народы, находящиеся на низком уровне развития, обычно объясняют землетрясения движениями того легендарного животного, на котором, по их верованиям, покоится Земля. Мальгаши, например, когда-то считали, что их остров покоится на спине кита и сотрясается, если морское чудище поворачивается.

Сейсмология в период своего зарождения долго довольствовалась предположением, кажущимся нам теперь не менее наивным. Согласно этой гипотезе, Земля охлаждается и, охлаждаясь, сжимается. Поскольку внутреннее ядро охлаждается быстрее, чем покрывающая его кора, «то в конечном счете между верхним слоем этого ядра и нижним слоем коры должна была образоваться пустота… И наступил момент, когда земная кора, недостаточно подпираемая снизу, была вынуждена осесть; такое оседание вызывало толчок…», то есть землетрясение.

Вот цитата, слово в слово заимствованная из книги «Жизнь и смерть земного шара», написанной в 1912 году известным в то время ученым Альфонсом Берже. Цитата: эта показывает, как представляли себе 50 лет назад причины сейсмических явлений. Как видите, дававшееся объяснение было в общем весьма несложным. Многие из наших читателей, вероятно, тоже учили когда-то в школе, что Земля охлаждается и сморщивается, как старое иссохшее яблоко, внутри которого образуется пустота. Но это представление относится к тому времени, когда наука считала, что ей все известно. Теперь, как говорит Мольер, «мы все это изменили». И если у нас создалось впечатление, что мы теперь гораздо ближе подошли к решению загадки землетрясений, то в противовес этому нами почти потеряна иллюзия, будто разгадку можно найти в ближайшие дни.

На первый взгляд кажется, что решение у нас под рукой.

Землетрясение — это… землетрясение, то есть подземный толчок, колебание земной коры. Английский геолог Холмс дает этому явлению весьма простое объяснение: «Когда камень падает в воду, он возбуждает ряд волн, которые расходятся кругами. Точно также, когда происходят резкие возмущения в горных породах, это приводит к волнам, которые расходятся во всех направлениях. Землетрясение — не что иное, как прохождение таких волн».

Разве нужны доказательства этого волнообразного характера движений земной коры при сейсмических возмущениях? Вернитесь к предыдущим главам, к рассказам очевидцев о том, что земля как бы покрывается волнами, вспомните утверждения, что это вызывало у них приступы морской болезни.

Остается найти механизм сотрясений, или, если хотите, тот «камень», от которого расходятся серии волн, пробегающих по земной коре. И в этом вопросе мы не бродим в абсолютных потемках. Специалисты доказали это, легко вызывая искусственные землетрясения, которые превратились в способ разведки нефтяных месторождений.

По правде говоря, действие механизма сотрясений весьма разнообразно. Прежде всего, он может действовать непрерывно. Все знают, что движение поездов метро, работа заводских машин или непрерывные удары морских волн о берег во время шторма вызывают сотрясение грунта. Эти сотрясения, разумеется, почти не ощущаются человеком, но сейсмолог находит их отражение в записях своих приборов.

Любой единичный толчок тоже может вызвать сотрясение грунта. Такой пример дает нам звуковая волна, порожденная пушечным выстрелом, или, еще более наглядные случаи взрывов, иногда происходящих на складах боеприпасов. Два таких взрыва чудовищной силы произошли, например, в 1944 году: один в Бартоне-на-Тренте (Англия), другой — около Сан-Франциско. Колебания грунта точно зафиксировали местные сейсмографы. Однако эти два взрыва были значительно менее сильными, чем тот, который раздался в 1921 году в долине Рейна. Утром 21 декабря 1921 года в Оппау взорвался склад, где хранились 4 тысячи тонн азотных удобрений. Мгновенно весь городок взлетел на воздух; в Людвигсхафене с домов были сорваны крыши, в Гейдельберге — выбиты все стекла, причем толчки зарегистрировали все сейсмографы в радиусе 300 километров.

Атомные взрывы ощущаются, разумеется, на еще более далеком расстоянии, если только военные вовремя не выставят всех сейсмологов из экспериментальной зоны. Взрыв бомбы на Бикини 24 июля 1946 года был зарегистрирован сейсмографами Калифорнии как землетрясение с магнитудой 5,5, хотя это составляло все же 0,0001 магнитуды большого естественного землетрясения.

Подземные обрушения и обвалы

В естественном состоянии взрывчатые вещества не встречаются, но наблюдения показывают, что природе совсем не трудно вызвать к жизни другие силы, порождающие сотрясения. К таким силам относятся, например, подземные обрушения. В областях, изобилующих карстовыми пустотами, в частности в районе Косс, иногда обрушиваются пещеры. Обрушение бывает таким сильным, что вызывает небольшие сотрясения.

Рихтер приводит в качестве примера обвального землетрясения сейсмическое возмущение на Памире в 1911 году. Известный сейсмолог Голицын заявил с полной уверенностью, что причиной землетрясения был обвал, поскольку гравитационная энергия, освободившаяся при этих двух катастрофах, была примерно одного порядка. В настоящее время такой уверенности нет, но никто не оспаривает вероятности связи между обвалом и землетрясением, как на Памире, так и в других случаях. Землетрясения могут также вызываться обрушением горной породы в рудниках из-за слишком сильного напряжения, так называемые горные удары. Еще одной причиной землетрясения могут быть оползни грунта.

Все ученые, однако, пришли к согласованному мнению, что явления чисто геологического характера — обвалы, оползни, горные удары — не могут быть причиной больших землетрясений. Каким же гигантским должен быть, например, обвал, чтобы породить такие катастрофы, которые разразились в Японии или в Чили? Действительно, теория обвальных землетрясений годится лишь для объяснений самых слабых и поверхностных сейсмических явлений, скажем, как толчок, раздавшийся в Тюрингии в 1926 году. Это землетрясение ощущалось на расстоянии каких-нибудь 40 километров, и очаг его находился на глубине не более 5 километров.

Напрашивается законный вопрос — в чем же заключается более общая причина землетрясений? Не сродни ли они извержениям вулканов? Не одни ли и те же явления то сотрясают земную кору, то пользуются вулканическими кратерами, давая выход избытку своей энергии?

Признаемся, что такая теория кажется очень убедительной, если судить хотя бы по недавнему землетрясению в Чили, где голос вулканов присоединился к яростному реву подземных сил. В прошлом веке эту гипотезу высказал великий немецкий натуралист и географ Гумбольдт. «В глубинных толщах земной коры, — излагал он вкратце свои взгляды, — есть слой расплавленных пород. Этот слой испытывает значительное давление. Иногда это давление заставляет расплавленную массу изливаться на поверхность, и тогда наблюдаются извержения. В других случаях силы давления хватает только на то, чтобы вызвать такую же вибрацию перекрытий, какая бывает у стенок парового котла, и тогда происходит землетрясение».

Гипотеза эта так логична, что она оставалась в силе почти до конца XIX века. Посмотрев на карту земного шара, мы увидим, что районы сейсмических возмущений и вулканических извержений совпадают. Тихоокеанский сейсмический пояс представляет собой одновременно «огненное кольцо», почти вплотную опоясывающее вулканами Тихий океан, а Средиземное море, известное катастрофическими землетрясениями на своих берегах, ощетинилось такими прославившимися действующими вулканами, как Этна, Везувий и Стромболи. Нужно было обладать поистине критическим умом, чтобы отказаться от теории полного совпадения, слишком совершенной, чтобы быть реальной, и очень зоркими глазами, чтобы рассмотреть некоторое расхождение между сейсмическим и вулканическим поясами. Но зато любой наблюдатель мог обнаружить, что землетрясение не обязательно влечет за собой извержение вулканов и, наоборот, вулканическая деятельность не всегда сопровождается сейсмическим возмущением. Всем известно, что в Средиземноморье и в Чили случались землетрясения, не нарушавшие сон вулканов. Разве знаменитый вулкан Фудзияма не сохранял невозмутимого спокойствия, когда у его подножия разразилась катастрофа 1923 года?

Эти наблюдения привели к новому объяснению вулканической деятельности. В противоположность представлениям, господствовавшим в прошлом веке, теперь уже считают, что здесь мы имеем дело с чисто местным явлением ограниченных масштабов с геофизической точки зрения. Очагом вулканизма считают теперь подземную котловину, где материя находится в жидком состоянии из-за сильного разогрева в связи с местным скоплением радиоактивных веществ.

Ослабление давления на глубине или химические реакции заставляют расплавленную минеральную массу пробиваться на поверхность.

Разумеется, ни одно извержение не может быть столь мощным, чтобы вызвать такие сейсмические возмущения, как катастрофы в Лиссабоне и Сан-Франциско, где, кстати сказать, нет никаких вулканов.

Это сводит на нет гипотезу Гумбольдта и заставляет нас относить вулканизм к второстепенным причинам землетрясений, как и все рассмотренные нами выше геологические явления. Ученые не отрицают, что некоторые извержения могут привести к сильным сотрясениям грунта, которые по праву должны быть отнесены к сейсмическим возмущениям. Но они отказались от предположения, что большая часть землетрясений, и особенно самых сильных, вызывается вулканической деятельностью.

Такой точки зрения придерживаются все современные геофизики. Они разъясняют нам, что нет ничего удивительного в почти полном совпадении сейсмических и вулканических зон земного шара. «Иначе и быть не может, — заявляют ученые, — поскольку вулканические кратеры появляются лишь в районах, где много недавно образовавшихся трещин, а эти разбитые трещинами и смятые в складки участки земной коры как раз и являются излюбленной ареной землетрясений».

Но геофизики обращают наше внимание и на следующее обстоятельство: сотрясения земной коры, обусловленные мощными извержениями, как и сами извержения, носят только местный характер. В качестве убедительного примера приводится обычно землетрясение на Искье 28 июля 1883 года.

Искья — очаровательный островок Ламартина, смуглой рыбачки Грациенны и «Первых сожалений» — находится в 25 километрах от Неаполя. Чарующий пейзаж увенчан древним вулканом Эпомео, потухшим с 1302 года. Но потух ли он? Нет, скорее «уснул», ведь не раз раскаленная густая лава пыталась пробить себе проход и излиться на поверхность. Но ей никогда не удавалось пробить горную породу. Легко догадаться, как сильно клокотал готовый взорваться подземный «котел». Не приходится удивляться, что такое клокотание сотрясает земную кору и вызывает подземные толчки. Так было в 1762, 1796, 1828, 1841, 1867, 1881 годах. В 1883 году сейсмическое возмущение, вызванное несостоявшимся извержением, достигло такой силы, что городок Касамиччиола был полностью разрушен и погибло 2300 человек. Площадь, достигавшая в поперечнике 3 километров, была опустошена. Три километра! Вопреки значительной интенсивности и числу жертв эта цифра достаточно показательна, чтобы судить о размахе вулканических землетрясений.

Итак, мы еще не получили ответа па вопрос, «чем же вызываются катастрофические землетрясения, если ни геологические явления, ни извержения не могут быть их причиной». Какие же титанические силы в состоянии вызвать сотрясение на площади в сотни тысяч квадратных километров, как это наблюдалось В Китае в 1920 году, или вызвать возмущение земной поверхности на полосе протяженностью более чем на 1000 километров, как это произошло в Чили в 1960 году?

На какой глубине зарождаются землетрясения

Одно место в предыдущем разделе могло вызвать удивление читателя. Отмечая, что теория обвальных землетрясений годится лишь для объяснения самых поверхностных возмущений, мы привели в качестве примера Тюрингию, где очаг землетрясения находился на глубине 5 километров.

«Как же, — воскликнет читатель, — можно считать глубину 5 километров незначительной? Разве она не того же порядка, что глубина французских нефтяных скважин?»

Да, эта глубина кажется нам значительной, хотя в бурении уже достигнут рекорд, превышающий 7 километров. Но подумайте, насколько такая глубина ничтожна по сравнению с радиусом Земли!

Глубина 5 километров означает, что сейсмический очаг находится в самых поверхностных слоях земной коры, толщина которой приближается к 30 километрам.

Почти то же самое происходит и при землетрясении вулканического происхождения.

Геотермическая ступень позволяет подсчитать, что глубина, на которой находится жидкая лава, составляет примерно 40 километров. По всей вероятности, именно на этом уровне расположены резервуары, питающие вулканы, а следовательно, и очаги вулканических землетрясений. «Многие толчки, — заявляет американский сейсмолог Маселуэйн, — исходят из какой-нибудь точки горного массива, возвышающегося над окружающей местностью».

Из этого мы делаем вывод: если бы все землетрясения были геологического или вулканического происхождения, то их очаги находились бы на глубине, не превышающей 40 километров.

Ниже мы покажем, как определяют глубину очага землетрясения. Между тем первые исследователи, научившиеся подсчитывать эту глубину в 1922 году, в том числе англичанин Тернер, были очень удивлены: вместо того чтобы получить величины, близкие к 40 километрам, они убедились, что на самом деле очаги размещаются на любой глубине — от нескольких метров до 700 километров.

«Этого не может быть! — запротестовали некоторые. — На глубине свыше 100 километров материя находится в жидком состоянии: как же могут происходить там сотрясения, вызывающие сейсмические возмущения?»

Однако ученым пришлось сдаться перед фактами и приступить к составлению статистических таблиц, подобных тем, которые включили в свой труд «Сейсмичность Земли» Гутенберг и Рихтер.

Познакомимся с этой поучительной таблицей.

Мы видим, что очаги огромного большинства землетрясений находились на глубине, не превосходившей 100 километров. Более детальное исследование позволило даже локализировать их на глубинах от 8 до 30 километров. Впрочем, значительным остается и число землетрясений с очагами на глубине 200 километров. Далее, по мере возрастания глубины очагов число землетрясений заметно снижается и доходит до минимальной цифры при глубине 300 километров. Затем число землетрясений медленно увеличивается, достигая невысокой предельной цифры при глубине очага 600 километров, после чего окончательно падает.

Весьма знаменательно, что в большинстве случаев глубокие землетрясения происходят недалеко от берегов Тихого океана. Еще недавно можно было заменить слова «в большинстве случаев» словом «все», но в 1954 году Ротэ обнаружил, что очаг землетрясения, происходившего на юге Испании 29 марта был глубже 600 километров. Напротив, очаг землетрясения, которое 11 июня 1938 года наделало столько шума в районе Парижа, находился на глубине 25 километров.

«Прекрасно, — скажете вы, — существуют землетрясения неглубокие (от 0 до 60 километров глубины), промежуточные (от 70 до 300) и глубокие (свыше 300 километров). Но говорит ли нам что-нибудь о происхождении землетрясений это непостоянство глубин? Может ли оно ответить на вопрос, который мы настойчиво себе ставим: чем же вызываются землетрясения?

Отступление, посвященное горообразованию

Да, именно анализ глубин, как мы надеемся, даст нам ключ к разгадке. Прежде всего примечательно, что избранное место глубокофокусных землетрясений — побережье Тихого океана. Об этом свидетельствует линия на рис. 21, которая проходит вдоль Индонезии, затем поднимается, окаймляя Японские острова, и снова спускается, проходя вдоль Северной и Южной Америки. На этом «бульваре Тихого океана» не только случаются самые сильные землетрясения, но и вулканов здесь более чем достаточно.

Так вот, как раз этот «бульвар», или по крайней мере определенная его часть, представляет собой место зарождения будущих гор. Именно здесь, по всей вероятности, будут возвышаться через несколько миллионов лет новые Альпы и Гималаи, которые заменят наши современные горы, к тому времени уже рассеченные, отшлифованные и разрушенные эрозией.

Мы не собираемся рассказывать здесь, как в наши дни объясняют процесс горообразования. Это уже сделано в цитировавшемся выше труде Ротэ, и нам остается изложить проблему в самых общих чертах. Для этого в первую очередь обратимся к отложению морских осадков и постараемся представить себе все мельчайшие их частицы: продукты эрозии, пустые ракушки, скелеты рыб, которые падают непрестанно на дно Мирового океана. Если мы примем во внимание, что процесс этот длится не веками, не тысячелетиями, а миллионами лет, то сможем представить себе мощность толщ, нагромождающихся друг на друга, и вес, которым они давят на морское дно.

Рис. 8. Схематический разрез геосинклинали.

Дно моря прогибается, образуя нечто вроде рва.

В определенное время на каком-то участке дно поддается. Оно оседает, прогибается, в нем образуется своего рода впадина, ров, который называется геосинклиналью (см. рис. 8). Затем, по мере того как сотни тысячелетий складываются в миллионы, ров углубляется, его склоны становятся круче и сближаются, а зажатые между ними пласты, которые, разумеется, непрерывно утолщались, вытесняются вверх, образуя выпуклость: так зарождается корень складки. Этот зародыш горной цепи, зачатый на дне океана, можно обнаружить с момента его появления. Приборы для замера глубин выявляют выпуклость, выступающую на дне моря, а гравиметры фиксируют меньшее ускорение силы тяжести по сравнению с окружающими точками. Это вполне естественно, ведь выпуклость сложена породами, снесенными с поверхности континентов и, следовательно, не очень плотными, тогда как повсюду в других местах дно состоит из тяжелого базальта. Некоторые вершины, уже сейчас выступающие над поверхностью воды и образующие множество рассеянных островков, выдают секрет зарождения будущей горной цепи.

Рис. 9. Чем больше прогибается геосинклиналь, тем сильнее сминаются в складки отложившиеся в ней осадки.

Так образуется выпуклость, которая все больше приближается к поверхности океана. Процесс закончится появлением над водой горной цепи.

Такие явления наблюдаются у берегов Индонезии, как уже отметил в 1930 году голландский геофизик Венинг-Мейнес. То же самое происходит вдоль восточного побережья японского острова Хонсю. И там на дне океана образовался ров глубиной 10 000 метров, в котором накапливаются толщи легких осадочных пород, о чем свидетельствуют гравиметры. Подобный процесс развивается и в водах, омывающих западное побережье Центральной Америки. Возможно, впадины, обнаруженные на траверсе Акапулько (Мексика) и у берегов Гватемалы, таят в своих глубинах зародыши будущих гор.

Люди, склонные к обобщениям, будут рассматривать эти явления как различные фазы горообразования. Хребет у побережья Индонезии, готовый вот-вот появиться над поверхностью воды, можно считать более поздней стадией по сравнению с геосинклиналью, которая окаймляет побережье Центральной Америки. Эта геосинклиналь представляет нечто вроде колыбели бесформенного зародыша, тогда как хребет готов выйти из чрева! океана, как Афродита из пены морской. Согласно этой концепции, еще более поздней стадией горообразовательного процесса будут Альпы. Прошло приблизительно 70 миллионов лет, с тех пор как они появились над поверхностью моря, но их рост еще не закончен. Впадина, в которой они возникли, уже давно покинутая морем, продолжает тем не менее сужаться и прогибаться. Отпрыск Альп, Апеннины, — более молодые горы, их можно считать еще подростками.

Кризисы в горообразовательном процессе

Идет ли речь о побережье Тихого океана, дугах Альп и Апеннин или о подводной впадине Бартлетт, которая, начинаясь от Гондурасского залива, проходит между Кубой и Ямайкой и заканчивается в водах, омывающих Венесуэлу, — всюду мы имеем дело с орогеническими зонами, то есть с такими районами, где зарождаются горы. Это как бы цеха, где не прекращается работа земной коры. По сравнению с районами почти абсолютной стабильности и неподвижности, такими, как Канадский и Сибирский щиты, орогенические зоны, где земная кора смялась, прогнулась и истончилась, представляются более хрупкими. Эта их хрупкость и вызывает всякого рода катастрофы. Разумеется, не может быть и речи о том, чтобы человек непосредственно изучал процесс горообразования. Зарождение, появление на свет и развитие горной цепи — это события геологической истории, которые развертываются неприметно для человеческого глаза и удручающе медленно. Нужно, говорят ученые, несколько тысячелетий, чтобы на дне морских впадин отложился слой осадков толщиной от 4 до 40 миллиметров, но ничто не мешает нам вообразить Альпы вершиной склона исполинского прогиба, сводом корневой складки, основание которой уходит на 60 или 80 километров под землю. В течение миллионов лет осадочные толщи накапливались в этой впадине, прогибались, сминались в складки на тысячу ладов. Породы, сложившие Альпы, были всегда достаточно пластичными, чтобы покорно сминаться в складки, и никаких разрывов не происходило. Но случалось и так, что к ним прилагались более мощные усилия и тогда, сопротивляясь, породы сминались в более резкие складки. Это резкое сопротивление приводило к толчку, который распространялся до поверхности земли и проявлялся как землетрясение.

Так объясняют в наше время некоторые сейсмические возмущения. Это явления не геологические и не вулканические, а тектонические, то есть они зарождаются не в поверхностных толщах земной коры, а в ее глубинных пластах, там, где залегают основания гор и корневые складки.

А если пласты не сминаются в складки, а разрываются?

Именно в разрыве пластов, по единодушному признанию, и кроется основная причина землетрясений, и в частности самых сильных. Действительно, вполне вероятно, что пласты, сопротивляясь до тех пор, пока не превзойден предел их пластичности, не выдерживают и разрываются. И хотя разрыв происходит на глубине десятков километров от поверхности земли, в этом явлении нет ничего сверхъестественного.

Попробуем изогнуть стальной или железный прут, деревянную линейку или сургучную палочку. Первый, допустим спица от велосипедного колеса, легко выпрямится, железо лишь слегка согнется, а затем сломается, тогда как линейка и сургуч сейчас же переломятся.

Этот несложный опыт приводит нас к важному заключению: сопротивление, оказываемое прутом, представляет собой его накопленную энергию, которая внезапно высвобождается, как только он ломается. Отсюда следует, что, чем больше энергии накапливается, тем сильнее будет разрыв. Землетрясение вызывается именно таким резким разрывом, который «распространяется затем, как трещина по стеклу», по меткому выражению Жана Кулона. А поскольку мы имеем здесь дело не с прутом, а с земным шаром, разрыв вызывает землетрясение.

Вас волнует теперь вопрос, что же представляет собой этот разрыв в глубинных толщах и что порождает те силы, которые его вызывают? Какие же исполинские силы нужны для того, чтобы привести к таким катаклизмам, как в 1920 и 1923 годах?

Эти две проблемы мы и рассмотрим здесь по порядку. Первая уже получила широко известное решение.

Разрыв обычно называют разломом, в результате которого появляется сброс. С одним таким сбросом мы уже познакомились в связи с Сан-Францисским землетрясением, где проявил себя знаменитый рифт Сан-Андреас. Теперь нам известно, что после разрыва горные породы разбиваются сбросом на две глыбы. По плоскости сброса одна глыба может скользить вдоль другой. Так происходят горизонтальные смещения пластов, кптооые бросаются в глаза, когда при этом повреждается дорога или железнодорожные пути, и вертикальное смещение, при котором разница в уровнях достигает нескольких метров.

Разумеется, даже в тех случаях, когда разрыв пластов вызывает катастрофическое землетрясение, сброс может не проявиться на поверхности. И все же он не проходит бесследно, даже если все сводится к тому, что глубинные толщи в этом месте теряют свою однородность. Отныне это будет слабым участком земной коры, где в последующем сейсмические силы смогут, так сказать, «отвести душу». Представьте себе, что вы случайно порвали, а затем заштопали кусок сукна. Не нужно быть портным, чтобы понять, что со временем сукно порвется прежде всего в этом месте.

То же самое и с землетрясениями. Ведь у нас нет никаких оснований полагать, что те силы, которые вызвали первый разрыв и привели к землетрясению, вдруг перестанут существовать. Им ничего не стоит снова вступить в игру и резко сместить края сброса. Тогда произойдет новое землетрясение и населению такого района придется смириться с мыслью, что покоя не будет.

Если это может утешить жителей других районов, то сообщим им, что, с тех пор как земная кора приняла свою современную конфигурацию, все слои, которые были обречены на разрыв, уже разорвались. Пьер Бернар пишет: «Поскольку сейсмические районы почти не меняются, мало вероятности, что в земной коре произойдут новые разрывы».

Беглый взгляд на строение земного шара

Обратимся ко второй проблеме: что же это за силы, которые, действуя на глубине десятков или сотен километров, достигают такой мощи, чтобы привести к разрывам и сбросам?

Эта проблема связана с другой, затронутой нами вскользь на стр. 153, 154. Здесь пора ответить на вопрос, почему в определенных местах морское дно прогибается, когда: там накапливаются осадочные толщи, из которых затем образуются горные цепи? Почему оно прогибается, образуя геосинклиналь вдоль побережья Индонезии или Японии, а не у берегов Австралии? И почему горная цепь возникла там, где теперь вздымаются Альпы, а не в глубине Сибири, Канады или Африки?

Оговоримся сразу же, что мы поднимаем здесь такие сложные проблемы, которые решаются пока только посредством гипотез. Ведь речь идет не больше и не меньше, как о строении земного шара. На рис. 18 представлена схема, предложенная австралийским геофизиком Балленом. Нам кажется, что она заслуживает большего доверия, чем схемы, предложенные другими учеными, например англичанином Баллардом. Дело не в том, что схема Баллена более поздняя, просто последние наблюдения подтвердили ее обоснованность. Со времени землетрясений 1960 года в Чили распространение сейсмических волн было детально изучено израильским геофизиком Пекерисом, который пользовался методами, разработанными его американским коллегой — Бениоффом. Пекерис убедился, что только модель Баллена помогла объяснить особенности этого процесса.

Согласно Баллену, Земля состоит из: 1) коры, мощность которой колеблется в пределах 30–40 километров под поверхностью континентов, но под дном океанов значительно снижается, причем нижний ее слой сильно разогрет радиоактивными элементами горных пород; 2) промежуточной оболочки плотных пород мощностью 2900 километров; 3) ядра, образованного горными породами и металлом в жидком состоянии мощностью 2200 километров, и 4) субъядра с радиусом 1250 километров, находящегося в твердом состоянии.

Важное значение для нашего исследования имеет разница температур при переходе от верхних слоев к нижним, которая присуща: всей толще коры и промежуточной оболочке. В промежуточной оболочке верхние слон сильно разогреты, тогда как в нижних пластах температура падает. Здесь происходят почти те же физические процессы, что и в кастрюле с водой, поставленной на огонь. Вода на дне кастрюли, естественно, нагревается быстрее, чем на поверхности; нагреваясь и расширяясь, она становится легче и поднимается вверх, тогда как поверхностные слои опускаются и в свою очередь нагреваются. Таким образом, разница температур наверху и внизу создает конвекционные течения, которые переносят тепло по вертикали.

Разумеется, сравнение материи, из которой состоит промежуточная оболочка, с водой в кастрюле весьма условно; ведь одно вещество находится в твердом состоянии, а другое в жидком. Однако тепло, которое радиоактивные элементы горных пород коры выделяют в промежуточную оболочку, вызывает в толще последней очень значительную разницу в температуре. Разумеется, это тепло в некоторых местах должно нагревать породы до температуры, близкой к плавлению. Легко понять, что в этом случае образуются конвекционные течения, правда, с незначительной скоростью, что объясняется почти твердым состоянием ядра. Хотя скорость этих конвекционных течений, видимо, не превышает нескольких сантиметров в год, все же они вызывают вертикальную циркуляцию по направлению от нижних слоев оболочки к верхним.

На рис. 10 показано море, а под ним кора и промежуточная оболочка Земли. Мы видим также конвекционное течение, восходящее в точке А и нисходящее в точке В. Понятно, что ставший вязким от высокой температуры участок коры D, зажатый между двумя нисходящими течениями, как бы всасывается вниз и образует нечто вроде кармана, который постепенно прогибается.

Рис. 10. Почему прогибается морское дно?

Предполагают, что породы, из которых оно сложено, притягиваются вниз, как если бы они всасывались нисходящими течениями, которые циркулируют в глубинных пластичных толщах земной коры.

Вот и образовалась геосинклиналь, причины происхождения которой мы доискивались!

Таким образом, конвекционные течения выступают как основа горообразования. И мы можем даже предположить, что геосинклинали — это именно такие участки земной коры, под которыми начинается нисхождение течений. Что же касается мощности таких течений, то ее нельзя переоценить. Она действительно должна быть исполинской, если в состоянии всосать земную кору. Мы охотно согласимся с тем, что она в состоянии смять в складки осадочные толщи, изогнуть их, как теплый воск, и даже разорвать.

Теперь же, как это ни парадоксально, нам остается предостеречь читателя от слепой веры в эту стройную теорию. В конечном счете теория — это всего лишь теория! Если она кажется такой убедительной, то это лишь потому, что мы для простоты изложения затенили неразрешенные трудности и слабые места. Примем во внимание, что эта теория все же признана некоторыми геофизиками в качестве рабочей гипотезы, и согласимся с тем, что нам не пристало быть требовательнее этих известных специалистов. В заключение скажем, что мы имеем право рассматривать сейсмические районы как такие участки земной коры, где ее слои с особой силой терзаются конвекционными течениями и где на протяжении нескольких миллионов лет они сминаются, скручиваются и время от времени в результате такой деформации разрываются.

Напряжения, колебания и землетрясения

Ключом к пониманию этих процессов служит термин напряжение. Именно напряжения, вызванные всасыванием пластов конвекционными течениями, заставляют эти слои сминаться в более или менее резкие складки или разрываться. Напряжение — это предмет особого раздела физики — учения об упругости. Сейсмологи должны хорошо его знать, ибо совсем не просто объяснить, как напряжение, воздействуя на толщи горных пород, в конечном счете вызывает землетрясения.

Если среди наших читателей есть математики, то они легко представляют себе этот процесс. Они знают, что для определения силы, действующей на любую точку данного слоя и ее направления относительно осей требуется знание шести величин. Математики знают, что при определении напряжения пользуются математическим выражением, которое нельзя назвать иначе как тензор.

Таково происхождение этого понятия, которым пользуются чаще в теории относительности, чем при исследовании причин землетрясений. Впрочем, не задерживаясь в этих высоких сферах науки, постараемся разрешить более скромный вопрос: что же происходит под землей, когда там возникает напряжение? Каменотесы и горняки часто наблюдают подобные явления. Ротэ пишет по этому поводу: «Случается, что у выхода из карьера некоторые глыбы с шумом растягиваются». Иногда даже если мы имеем дело со сланцами, такими, например, как в Монсоне (штат Массачусетс, США), «то они выгибаются, образуя миниатюрную антиклиналь», либо раскалываются и лопаются. Явление это, естественно, становится более впечатляющим и опасным, когда оно имеет место на глубине нескольких сотен метров, например в рудниках. В любом случае оно обусловлено напряжением, в котором раньше находилась порода. Напряжение это внезапно модифицировалось под воздействием рабочих, извлекавших глыбу.

Обобщая, скажем, что когда напряжение развивается в горных породах, то, поскольку эта среда более или менее эластична, они деформируются, а затем снова возвращаются в первоначальное состояние. Если же напряжение не прекращается, то порода снова деформируется и т. д. Короче, чередование подобных деформаций перерастает в настоящие колебания, которые постепенно распространяются в этой среде. Впрочем, такие деформации или колебания принимают две различные формы. Прикрепите резиновую нить к стенке, натяните ее, затем отпустите, снова натяните и т. д. Нить будет то удлиняться, то укорачиваться, и мы говорим в этом случае, что происходят продольные колебания. Нам хорошо известны волны этой категории. Мы имеем в виду звуковые волны, которые порождают то расширение, то сжатие воздуха.

К другому виду колебаний относятся те, которые наблюдаются на поверхности воды, если бросить в нее камень. Образуются круговые волны, поперечные колебания точно такие, как у световых волн.

Что касается горных пород, то в них под влиянием напряжения возникают одновременно оба вида колебаний. Они распространяются сквозь толщу земной коры, каждый со свойственной ему скоростью, и оба в конечном счете достигают поверхности. Вы уже догадались, что такие колебания носят название «сейсмических сотрясений».

Такова, дорогой читатель, суть этих грандиозных явлений природы, по крайней мере согласно современной науке. Все начинается со смятия в складки в глубинах земной коры и продолжается непрерывно в течение тысячелетий. В деформированном слое напряжения нарастают. Они проявляются в виде колебаний, которые на поверхности дают о себе знать слабыми толчками. Осторожнее! Пусть те, кто проживает в таком районе, не надеются, что эти слабые толчки гарантируют их от сильных. Аналогия с предохранительным клапаном, высвобождающим угрожающий избыток энергии, здесь не уместна. Как раз наоборот, население таких районов должно насторожиться, так как эти слабые толчки — предвестники того, что напряжение вот-вот превзойдет предел сопротивления породы.

Когда напряжение почти достигает предела сопротивления разрыву, достаточно малейшего повода, чтобы он действительно произошел. Пушка заряжена, остается только привести в действие запальник. Но какая же сила это осуществляет? Что вызовет разлом в глубине и землетрясение на поверхности? Для этого достаточно какого-нибудь незначительного повода, воздействия внешнего фактора, например, более сильного, чем обычно, прилива, внезапного изменения атмосферного давления или даже ослабленного отзвука сейсмических колебаний, происходивших за тысячи километров. И катастрофа разражается.