Физика предчувствия

В чем секрет сейсмической сверхчувствительности животных? Какова физика предчувствия землетрясений живыми организмами? Как устроены, каков принцип работы созданных природой биосейсмографов?

На эти вопросы никто сегодня не может дать четкого, уверенного ответа. Это пока тайна за семью печатями. Ученые ряда стран терпеливо исследуют сейчас даже самые, казалось бы, незначительные факты необычного поведения животных перед землетрясениями, стараются определить закономерности, найти тончайшие нити, связывающие глубинные подземные процессы с их признаками, которые воспринимаются и фиксируются животными. Ведутся наблюдения, ставятся эксперименты. В качестве возможных причин, предвестниковых явлений, могущих вызвать аномальное поведение животных перед подземной бурей, рассматриваются: вариации электромагнитных полей, ультразвук и инфразвук, микросейсмическая активность земной коры, выделение газов из почвы, электростатический заряд аэрозольных частиц воздуха, колебания уровня грунтовых вод, изменения давления воздуха, аномалии гравитационного поля, всевозможные проявления деформации земной поверхности (поднятия, опускания и наклоны).

Результаты проведенных экспериментов показывают, что наиболее вероятной причиной необычного поведения животных перед землетрясением являются аномалии электромагнитных полей. Так, еще в начале 30-х годов японские ученые, исследовав поведение зубаток, особенно чувствительных к электрическим токам, обнаружили явную корреляцию между V-образными изменениями записей земных токов, активностью зубаток и землетрясениями. Примечательно, что активность зубаток оказалась пропорциональной расстоянию между станцией наблюдения и эпицентрами землетрясения.

В настоящее время накоплен богатейший экспериментальный материал по воздействию различных электромагнитных полей на живые организмы. Исследования проводились как на животных, так и на изолированных органах и культурах тканей. В ряде экспериментов была выявлена чувствительность животных к весьма низкой интенсивности поля. Так, при исследовании действия магнитного поля на миграции планарий было установлено, что изменение поля на 0,05 Э вызывает четко регистрируемую реакцию. Аналогичные результаты были получены при наблюдении за ориентацией тела в искусственном 'мйГн'йТнШ ЯЬЖ личинок угря, лещей, моллюсков. Особенно высокая чувствительность к действию слабых электрических и магнитных полей наблюдается в опытах на слабоэлектрических рыбах (нильская щука, гнатонемус, гимнотус). При этом характерные реакции возникают на магнитном поле напряженностью 0,01 Э.

Опыты с млекопитающими показали, что наиболее сильным биологическим эффектом обладают переменные магнитные и электромагнитные поля с частотами, близкими к биоритмам мозга (2-10 Гц), или же в диапазоне геомагнитных пульсаций (0,01-20 Гц). Так, при действии на кроликов электромагнитного поля напряженностью 0,5 В/м и частотой 2-8 Гц отмечены понижение частоты сердечных сокращений, изменение содержания форменных элементов крови. Стимуляция кроликов магнитными полями с частотой 8 Гц приводит к снижению активности ферментов. В опытах на белых крысах было установлено, что воздействие магнитных полей (Н≤1 Э), имитировавших магнитные пульсации, приводит к нарушениям в работе нейроэндокринной системы, изменяет функциональное состояние нейронов коры больших полушарий головного мозга.

Эксперименты на прогностических полигонах показывают, что электромагнитное излучение перед землетрясением охватывает значительные площади и по своей природе способно обеспечить одновременность воздействия в любой области и практически в любой среде, благодаря чему легко объясняются аналогичные характеристики биологического предвестника. Необходимо также отметить, что воздействие электромагнитных полей универсально, так как они оказывают влияние, по существу, на все виды живых организмов.

К сожалению, отсутствие теории, описывающей биофизику действия электромагнитного поля, не позволяет в настоящее время оценить хотя бы порядок чувствительности животного. Тем не менее использование дополнительных методов, повышающих преднастройку животного к восприятию электромагнитных полей, может сделать более успешным их применение в качестве детекторов землетрясения.

Большой интерес представляют в свете сказанного результаты, полученные японскими учеными Хатаи и Абе, которые длительное время экспериментировали с рыбками-сомиками вида Parasilurus asotus. Исследователи помещали подопытных сомиков в заземленный аквариум и каждые 6 часов подставку аквариума слегка встряхивали. Обычно рыбы не реагировали на такие толчки, однако за несколько часов до землетрясения поведение сомиков менялось, те же легкие толчки вызывали у них бурную реакцию. Как же рыбы узнавали о предстоящем землетрясении? "Это объясняется, - пишет Л. Жерарден в своей книге "Бионика", - отнюдь не сверхъестественными способностями рыб. Известно, что в земной оболочке циркулируют так называемые теллурические токи и накануне землетрясений в них наблюдаются возмущения. А эти рыбки, как и многие другие виды рыб, имеют органы, чувствительные к очень слабым электрическим колебаниям..."

Некоторые японские ученые длительное время изучали сейсмопрогностические способности рыбы - морской кот. В 1933 году они открыли четкую реакцию ее к вибрациям и электричеству. Наблюдая за поведением рыбы в аквариуме, ученые обнаружили, что когда она начинала делать своеобразные движения, через несколько часов происходили подземные толчки. Более того, специально проведенные эксперименты и наблюдения показали, что эта рыба реагирует на звуки и перед землетрясением проявляет отчетливые признаки беспокойства за 6-8 часов до того, как сейсмографы начинают регистрировать подземные толчки. Выводы ученых, проводивших опыты над морским котом, были многократно повторены другими исследователями, и все выявленные прогностические способности рыбы подтвердились. В 1976 году профессор Ясуо Суэхиро даже опубликовал книгу, полностью посвященную этой рыбе, не скупясь на похвалу ее сейсмопрогностических способностей. Он убедительно показал, что морской кот обладает высокой тактильной чувствительностью, острым слухом, обонянием и зрением. Ученый собрал и описал в своей книге 80 случаев необычного поведения этой рыбы перед землетрясениями, происшедшими в Японии с 1662 по 1976 г.

Любопытные исследования провел известный японский геофизик Тарада. Тщательно изучив статистические данные, он выявил отчетливую корреляцию во времени между уловами ставриды в Токийском заливе и количеством местных толчков в течение 1930-1931 годов. Ученый выдвинул три возможные причины установленной им зависимости:

1) сейсмические толчки или связанные с ними механические воздействия могут непосредственно ощущаться рыбами и заставлять их мигрировать необычным образом;

2) возможно, предварительные толчки как-то влияют на глубину слоев с наибольшей плотностью планктона, поедаемого рыбой;

3) землетрясения могут воздействовать на подземные воды, оказывая тем самым влияние на химический состав прибрежной морской воды, и в результате косвенно влиять на планктон и рыбу.

По-видимому, как полагают некоторые ученые, немаловажную роль в сейсмопрогностической способности некоторых животных играют звуки, предшествующие и сопутствующие землетрясениям, звуки в ультра- и инфрадиапазонах, не воспринимаемые органами слуха человека. Волны разных частот несут неодинаковую энергию и в разной степени затухают в толще горных пород. Чем выше энергия подземных бурь, тем больший процент ее приходится на волны высоких ультра- и гиперзвуковых частот. Гиперзвуковые колебания быстро поглощаются и почти не достигают поверхности. А ультразвук проявляет себя и под и над землей. Самое главное: сейсмический очаг генерирует их постоянно задолго до разрушительного удара (ультразвук, кстати, вызывает помутнение водоемов, изменяет химический состав воды подземных источников).

У кошек, собак, хомяков, крыс, ящериц очень высокий порог слышимости (до 100 тыс. колебаний в секунду), это позволяет им слышать "голос недр", чутко реагировать на ультразвук, доводящий горную породу до разрыва. И они не просто реагируют на "голос недр", а панически бегут от него.

Быть может, вам приходилось наблюдать, как во время землетрясения кошка перетаскивает своих котят на кровать с панцирной сеткой? Почему она это делает? Кошке с новорожденными котятами не убежать, вот она и перетаскивает свое потомство на кровать с панцирной сеткой. Весь секрет в том, что сетка преобразует ультразвуковые колебания в низкочастотные инфразвуковые, а их кошка не слышит.

Многие животные хорошо слышат звуки очень низких частот. Это удалось установить, применяя метод условных рефлексов. Если во время кормления животного подавать низкочастотный сигнал, животное постепенно привыкает к совпадению и начинает реагировать на сигнал так же, как оно реагирует на корм. Для некоторых предел воспринимаемого звука по частоте лежит ниже 16 Гц (низкочастотного предела человеческого уха) - они слышат звуки частотой 12 и даже 8 Гц.

Поэтому медузы накануне шторма уходят от берегов, а глубоководные рыбы поднимаются перед землетрясением вверх. На медуз инфразвук действует сверху, а на глубоководных - снизу, от дна. Непосредственно ли действуют на животных низкочастотные колебания? Или медуз и рыб гонит прочь наследственная память, сохранившая сведения об опасностях, сопровождаемых инфразвуком? Сейчас трудно сказать. Но одно несомненно: обитателям первобытного океана было "выгодно" усовершенствовать восприятие инфразвука, потому что всякое движение в воде рождает колебания именно в этой части спектра.

Согласно одной из гипотез довольно тонким, чутким "сейсмографом" является человек. Советский ученый Я. Бир-фельд провел на ЭВМ анализ кардиограмм жителей Ташкента, полученных в период подземных толчков и после того, как они закончились. Выяснилось, что за несколько часов до землетрясения у людей происходили сдвиги автоколебаний сердца и дыхания. Это особенно чувствовали люди с больным сердцем, а также те, кто обладал развитым чувством ритма, скажем, музыканты. Неприятные сдвиги происходили в основном в диапазоне от 2 до 10 Гц, в неприятном для человека интервале. Анализ показал, что на частотах 2,6 и 8 Гц имеются резонансные пики в автоколебаниях человеческого организма (сердце, дыхание, плечевой пояс) и в колебаниях земли и приземного слоя воздуха. Иными словами, человек на этих частотах становится как бы резонатором по отношению к дрожащей земле.

Несомненно, человеческий организм воспринимает и чутко реагирует на ультразвук, исходящий из недр земли. Разумеется, не с помощью органа слуха. Когда мифический властелин подземного мира Плутон буквально "кричит", горные породы отчаянно "стонут" от страшных разрывающих напряжений, а животные мечутся в панике, люди ничего не слышат. Только чуткое человеческое сердце улавливает какие-то смутные, неясные сигналы, предупреждающие о надвигающейся беде. Так, за полтора - два месяца перед ашхабадским землетрясением 1948 года в поликлиники города нахлынула прямо-таки волна посетителей с жалобами на боли в области сердца. Однако у большинства пациентов не удалось найти сколько-нибудь существенных отклонений от нормальной электрокардиограммы...

Не исключено, как полагают некоторые биологи и бионики, что имеются организмы, способные предчувствовать приближение подземной бури путем определения на расстоянии, каково механическое напряжение в том или ином материале. Возможно, говорят ученые, что любое воздействие на межатомные и межмолекулярные силы сцепления в материале создает вокруг напряженной структуры особое поле, которое условно можно назвать "полем напряжения" (поскольку высказывается гипотеза, подобное понятие, разумеется, можно ввести). Далее авторы гипотезы рассуждают так. Как можно объяснить действия термитов, которые могут съесть целый деревянный дом, но так съесть, что тонкая его оболочка останется стоять? Термиты в такой последовательности выедают древесину, что вся конструкция не рушится. Значит, у них есть "датчики", которые позволяют определять, где есть напряжение в древесине (как правило, это несущие конструкции) и где те части, которые можно выедать. Теперь можно понять, каким грандиозным им кажется напряжение земной коры перед землетрясением, если в своих домах они чувствуют напряжение в отдельных древесных волокнах.

Не исключено, что и другие животные способны воспринимать "поле напряжения", а если это так, то "диагностировать" приближение землетрясения для них не представляет труда.

По-видимому, явления, предшествующие началу землетрясения, каким-то образом влияют на поведение многих других насекомых. И ничего удивительного в этом нет. Наука уже доказала, что отдельные виды насекомых реагируют на изменения электрического и магнитного полей. Сложность состоит пока лишь в том, что чрезвычайное многообразие насекомых и недостаток научных данных об их поведении подчас не позволяют людям правильно толковать изменения в их поведении.

Чрезвычайно интересную гипотезу о причине, вызывающей аномальное поведение животных перед землетрясением, выдвинул итальянский биохимик Хельмут Трибутш. Все началось с того, что Трибутш узнал, что на одной железнодорожной станции перед землетрясением среди животных, находившихся в закрытых вагонах, началась форменная паника. Они пришли в такое возбуждение и стали так буйствовать, что сопровождающие опасались за их жизнь. Как потом выяснил ученый, животные содержались в металлических вагонах. Это обстоятельство его смутило. Ведь вагон, сделанный из листов металла, - это, по существу, цилиндр Фарадея: внутрь такого вагона электромагнитные колебания не должны проникать. Значит, беспокойное поведение животных не может быть связано с аномальными электрическими сигналами. Тем самым было опровергнуто предположение, ранее считавшееся чуть ли не самым обоснованным, - что именно электрические сигналы необычного характера вызывают у животных перед землетрясением паническое состояние.

В чем же дело? Как нередко бывает, помог "бог случай". Приехав к себе на родину в Северную Италию после многих лет работы за границей, ученый услышал от местного часовщика Руди Цудера любопытный рассказ. В канун происшедшего землетрясения, когда он занимался в своей мастерской обычной работой, ему никак не удавалось починить часы. Металлические части отталкивались друг от друга, и сколько он ни пытался соединить их, сделать это ему не удалось. И тут-то Трибутш "прозрел": ему открылась долгожданная взаимосвязь явлений.

Ход его рассуждений сводился к следующему. Если детали часов отталкивались друг от друга, значит, они были заряжены. Но Цудер работал на деревянном столе, следовательно, электрический заряд эти детали могли получить только через воздух. А раз так, значит, он попадал на детали часов через взвешенные в воздухе частицы пыли! Так может, животные ощущают беспокойство оттого, что их тела получают электрический заряд от частичек пыли? Это допущение сразу дало бы ответ на множество нерешенных вопросов. Заряженные частицы могут попасть внутрь металлического вагона, а, скажем, сильный дождь может изменить их концентрацию в воздухе и соответственно силу заряда.

Встав на такую точку зрения, нетрудно объяснить, почему животные перед стихийным бедствием покидают закрытые помещения - загоны, жилые квартиры и т. д. Конечно же, их пугает не землетрясение, последствий которого они не знают, как не знают, насколько устойчивы помещения, построенные человеком. Они стремятся вырваться на свободу потому, что концентрация заряженных частиц в помещении многократно превышает привычную для них. Сильный электрический заряд действует на всех животных примерно одинаково - и одинаково неприятно - независимо от того, находятся ли они в закрытом помещении или вольны, как птицы небесные.

Так, вроде бы просто объяснялся загадочный феномен. Правда, оставались нерешенными два вопроса: действительно ли именно электрически заряженные аэрозоли вызывают у животных беспокойство и страх? Возможно ли физически возникновение больших аэрозольных облаков?

На оба вопроса X. Трибутш, исходя из большого опыта в смежных областях физики, химии и биологии, смог дать положительный ответ. Известно, что если люди вдыхают вместе с воздухом положительно заряженные аэрозоли, то наступает ухудшение их общего состояния, сопровождающееся болями, нервным возбуждением, сердечными приступами.

Опыты на животных показали, что применение положительно заряженных аэрозольных препаратов вызывает повышенное выделение серотонина - вещества, которое является одним из медиаторов центральной нервной системы. Резкое нарушение гормонального баланса в организме животного ведет к сильным физическим и психическим отклонениям. Синдром, связанный с повышенным выбросом серотонина в кровь, сопровождается изменениями в поведении, весьма напоминающими паническое состояние животных перед землетрясением. Вместе с тем известно, что подобранная определенным образом концентрация положительных ионов, напротив, оказывает на некоторые виды животных лечебное действие. Иными словами, вдыхание аэрозольных препаратов может оказаться полезным для живых организмов точно так же, как и другие методы лечения.

Итальянский ученый нашел и допустимое объяснение возникновению аэрозольных облаков. Гигантское давление в недрах перед землетрясением создает в кварцевых породах электрическое напряжение. Возникающий таким образом электрический ток разлагает находящуюся в породах воду. Возникают заряженные частицы. На земную поверхность они "выдавливаются" только при наличии особых геологических структур. При благоприятных климатических условиях частицы попадают в воздух. Это и объясняет, почему далеко не в любой местности звери "предчувствуют" землетрясения даже в сухую погоду.

Такой, на первый взгляд, довольно убедительной выглядела гипотеза Трибутша. Но как только ученый изложил ее на страницах печати, так незамедлительно на нее гневно обрушились оппоненты. Даже здравомыслящие сейсмологи, ранее благожелательно относившиеся к исследованиям Трибутша, начали сомневаться в способности животных предчувствовать землетрясения согласно теории аэрозольных частиц. Но вскоре сложившаяся ситуация изменилась.

В американском журнале "Science" появилась статья о действии положительно заряженных частиц на животных. Некоторое время спустя на конференции в Калифорнии, где подробно обсуждались проблемы, связанные с аномальным поведением животных перед землетрясением, сотрудница Стэнфордского университета Хелена Кремер рассказала о необычном поведении подопытных шимпанзе 18 июня 1975 года (аномальное поведение шимпанзе подтверждалось статистически достоверными данными). Не прошло и девяти часов после проявления необычного состояния у шимпанзе, как в Калифорнии было зафиксировано несколько подземных толчков средней силы. Тем самым сообщение Кремер стало результатом первого подлинно научного исследования поведения животных, выполненного с участием специалистов. Данные исследования были документально зафиксированы еще до того, как сейсмографы зарегистрировали первые подземные толчки.

Наступил переломный момент. Присутствующие на конференции скептики задумались и усомнились - но на сей раз не в адекватности неадекватного поведения животных, а в собственной правоте. На память пришли давние истории о необычном поведении животных, однако теперь к ним отнеслись по-иному. Стало, например, понятно, почему животные не в состоянии предчувствовать землетрясения во время сильных дождей: дождь препятствует подъему заряженных частиц в воздух. Трибутшу предложили изложить аэрозольную теорию в обобщающей работе. Ей ученый посвятил вышедшую в свет книгу.

Аэрозольная теория Трибутша по сравнению со многими существующими гипотезами в настоящее время получила наибольшее признание. Опубликованная ученым книга позволяет сделать следующие выводы:

1. Перед началом землетрясения повышается напряжение в каменистых горных породах. В результате там появляется множество мельчайших трещин, на поверхности которых образуется тонкая пленка воды.

2. Одновременно с этим кварц, содержащийся в горных породах, под действием напряжений приобретает пьезо-электрические свойства, и при определенных условиях в толще породы может возникнуть электрический разряд.

3. Возникновение разряда приводит к появлению положительно заряженных твердых частиц, которые по трещинам в породе выходят наружу.

4. Попавшие в воздух заряженные частицы вызывают у животных - ив меньшей степени у человека - специфическую реакцию: происходит повышенное выделение нервного медиатора, серотонина. Как следствие этого, люди жалуются на боль в сердце, удушье, головную боль; у них отмечается повышенная возбудимость. Животные становятся беспокойными, нервозными и стремятся покинуть то место, где образуется аэрозольное облако. Лошади и свиньи, например, выбегают из конюшни и хлева; собаки оглашают своим воем и неистовым лаем окрестности; куры стараются улететь в какое-нибудь другое место; животные, обитающие под землей, стремятся выбраться наружу; коровы и овцы начинают нападать друг на друга; рыбы выпрыгивают из воды, а голуби и другие птицы поднимаются высоко в небо.

На основании аэрозольной теории, проведенных исследований Трибутш считает вполне возможным создание весьма чувствительных измерительных приборов, которые бы регистрировали увеличение количества заряженных частиц в воздухе и тем самым позволяли делать прогнозы вероятности землетрясений.

В поисках надежных биопредвестников землетрясений многие ученые занимаются изучением различных растений. Установлено, что большинство растений обладает способностью реагировать даже на незначительные изменения магнитного поля Земли. В частности, американский биолог, профессор Северо-Западного университета Франк А. Браун на основе многолетних экспериментов показал, что поглощение кислорода картофелем меняется в зависимости от колебаний магнитного поля Земли. Поставив опыты на других растениях, Браун пришел к аналогичным результатам. В качестве верного прогнозиста землетрясений и даже бурь ученый предлагает использовать индийское растение Abrus precatorius.

Большой интерес представляют исследования, проведенные группой западногерманских ученых во главе с профессором Вернером Эрнстом из Тюбингена. Во время одного из экспериментов, проведенного неподалеку от Штутгарта, ученые установили, что за несколько недель до землетрясения меняется цвет листьев у цветов, кустарников и деревьев. В результате последующих опытов группа профессора Эрнста пришла к выводу, что это изменение вызывается повышением концентрации природных газов в почве приблизительно на два процента. После катаклизма она вновь быстро приходит в норму. Ученые считают, что данное явление порождается колоссальным скачком давления в глубинных слоях Земли.

Как указывает профессор Эрнст, полученные им результаты имеют весьма важное практическое значение для предсказания землетрясений, ибо изменения цвета листьев вполне поддаются регистрации и измерению. С помощью космической фотографии с использованием спутников можно вести систематическое наблюдение за колебаниями в окраске растительности сейсмически опасных районов и заранее предупреждать население в случае возникновения непосредственной угрозы, спасая тем самым тысячи человеческих жизней.

В настоящее время уже известно около 100 видов животных и растений, зарекомендовавших себя в качестве прогнозистов землетрясений и вулканических извержений. Установлено: аномальное поведение животных может предварять землетрясения с магнитудой М≥4, глубиной очага до 150 км и на эпицентральных расстояниях до первых сотен километров. Исследования показали, что интенсивность реакции ряда животных и дальность проявления биопредвестника тем больше, чем больше магнитуда, т. е. энергетическая характеристика последующего толчка. Время упреждения назревающего землетрясения у разных видов животных не одинаково. Есть "специалисты" по долгосрочному прогнозу, большинство же животных предчувствуют приближение подземной бури за 24 часа. Раньше других на приближающееся землетрясение начинают реагировать пресмыкающиеся, земноводные и рыбы. Пальма первенства в способности прогнозирования землетрясения в настоящее время принадлежит змеям и крысам, они предчувствуют подземную грозу за полтора - два месяца.

Изучением сейсмопрогностических способностей животных и растений в настоящее время занимаются ученые ряда стран. Наиболее интенсивно и целенаправленно они ведутся в США, СССР, Китае и Японии. Так, например, Центр по изучению землетрясений в Сан-Андреас (Калифорния) создал 800 станций наблюдения. Ежедневно все эти станции регистрируют поведение разных видов животных; результаты наблюдений по телефону поступают на ЭВМ.