Тише! Идет экзамен по сейсмологии

Кирилл приоткрыл дверь, несмело протиснулся в аудиторию. Старик профессор сердито глянул на него поверх очков и отвернулся к студентке, которая водила указкой по большой черно-белой диаграмме.

За передними столами готовились отвечать, торопливо писали, шелестели листками бумаги. В открытые настежь окна врывался ветер, шевелил на стенах полотнища карт, приносил неясные запахи весны, свежесть невских вод.

Кирилл сел за последний стол. Попытался сосредоточиться. В сущности, он хорошо повторил материал. Перед глазами мелькнули знакомые страницы конспекта:

"Под землетрясением следует понимать внезапное и резкое сотрясение земной коры, обязанное своим происхождением глубинным геологическим процессам. Изучением землетрясений занимается наука сейсмология. Ее название происходит от греческого слова "сейсма", обозначающего - "сотрясение""...

Кирилл тряхнул головой. Конечно, не это придется отвечать ехидному старику. Прикрыв ладонью очки, он, кажется, совсем не слушает, что рассказывает ему девушка с указкой. Девушка говорит об устройстве сейсмографов.

Кириллу хотелось бы получить такой вопрос. Вот они выстроились под стеклянными футлярами вдоль белых стен аудитории - "записыватели толчков" - точнейшие геофизические приборы, гордость русской и советской техники.

Они улавливают ничтожные колебания почвы, доносимые упругими сейсмическими волнами. Эти колебания - отзвуки отдаленных землетрясений - они преобразуют в зигзагообразную запись на фотобумаге - сейсмограмму. При помощи сейсмограмм можно определить время землетрясения, его силу, установить место, в котором произошло землетрясение, и даже измерить глубину очага.

Первый от окна - это сейсмограф академика Голицына. Он сконструирован еще в начале столетия, но по-прежнему широко используется как на наших сейсмических станциях, так и за границей. К ажурному кронштейну на пружине подвешена рама с грузом. На конце рамы внутри подковообразных магнитов висит индукционная катушка. Сейчас катушка неподвижна и тока в ее обмотке нет. При малейшем сотрясении рама качнется, в силовом поле магнитов дрогнет катушка - и по проводам побежит ток. Он отклонит стрелку гальванометра. Световой зайчик, отраженный от зеркала на стрелке, нарисует ломаную линию колебаний на фотобумаге. Эта линия, представляющая собой сейсмограмму, является не чем иным, как увеличенной в 500-1000 раз записью колебания почвы.

Дальше под стеклянным колпаком стоит сейсмограф системы Никифорова. Он совсем не похож на сейсмограф Голицына. Вместо тяжелой рамы с грузом здесь имеется маленький, подвешенный на тонких проволочках цилиндр. Он весит всего 25 граммов и служит маятником. Колебания цилиндра при помощи зеркала передаются на фотобумагу. Этот точнейший сейсмограф установлен на всех крупных сейсмических станциях СССР.

Еще дальше за сейсмографом Никифорова видны новые приборы для записи землетрясений, созданные советскими учеными Бончковским, Кирносом, Хариным. Эти приборы будут установлены на новых сейсмических станциях, строящихся в СССР.

Кирилл вздыхает. Он мог бы рассказать обо всех этих замечательных приборах гораздо подробнее, чем та худенькая, рыжеволосая девушка, которая, стоя у доски, нервно сжимает длинную указку. Девушка явно путает конструктивные детали и никак не может сладить с тормозящим устройством, которое гасит собственные колебания маятника, чтобы они не влияли на показания сейсмографа.

Профессор ерзает в кресле, многозначительно покашливает; наконец, не выдерживает. Не отнимая ладони от очков, он говорит:

- Скажите точнее, - как это устроено?

Девушка краснеет и растерянно вертит указку.

- Торможение собственных колебаний маятника осуществляется электромагнитным путем, - недовольно цедит сквозь зубы профессор. - Забыли? К маятнику прикреплена пластинка. При колебаниях маятника пластинка тоже движется в магнитном поле и в ней возникают токи. Эти токи тормозят колебания пластинки, а следовательно, и самого маятника. Так, или нет?

- Так! - быстро соглашается девушка. - Я так и хотела сказать, - чуть слышно добавляет она.

- Я в этом не сомневался, - кивает головой профессор. Подумав немного, он задает новый вопрос.

Девушка начинает рассказывать о том, как распространяются сейсмические волны.

- Землетрясение - это результат резкого выделения энергии, накопившейся внутри Земли, - заикаясь от волнения, говорит она. - Быстрая разрядка энергии вызывает подземный толчок. Толчок может произойти и при образовании разрыва в пластах горных пород, и при резких движениях магмы и даже при подземных обвалах в пещерах. Энергия подземного толчка распространяется во все стороны в виде упругих сейсмических волн. Сейсмические волны - это чередующиеся сжатия и расширения горных пород, в результате подземного толчка. С удалением волн от очага землетрясения их энергия ослабевает. Раньше всего волны достигнут земной поверхности в эпицентре, который расположен над подземным очагом удара. Поэтому в эпицентре землетрясение будет наиболее сильным и может вызвать большие разрушения.

Девушка рассказывает о том, что при каждом землетрясении обязательно возникают два вида сейсмических волн: продольные и поперечные.

- Продольные волны, - уверенно говорит она, - напоминают колебания резиновой ленты, которую то растягивают, то ослабляют. При этом частицы резины будут двигаться вперед и назад вдоль ленты. Поперечные волны можно сравнить с колебаниями натянутой струны или веревки в поперечном к ним направлении. Скорость продольных волн почти в два раза больше скорости поперечных. Поэтому продольные волны первыми достигают сейсмической станции и улавливаются сейсмографами. Поперечные волны приходят с некоторым опозданием. Зная время, - прошедшее между моментами прибытия на станцию поперечных и продольных волн, можно по специальной формуле определить расстояние от станции до места землетрясения.

Для далеких землетрясений применяется такая формула...

- Довольно, - говорит профессор, - благодарю вас.

Девушка послушно умолкает и кладет указку на витрину с сейсмограммами.

Профессор пишет что-то в зачетной книжке и протягивает ее студентке.

Она торопливо пробирается к двери.

- Сколько? - громким шепотом спрашивает один из зрителей. Девушка показывает четыре пальца и исчезает.

Кирилл подошел к столу, положил свою зачетную книжку, взял билет. Кровь сразу прилила к лицу. - Вопросы были что надо!

- Кто готов отвечать? - спросил профессор, протирая стекла очков.

Тишина. Головы еще ниже склонились над листками бумаги.

- Разрешите мне, - неожиданно сказал Кирилл.

Старик профессор с интересом посмотрел на него.

- Без подготовки? Впрочем, сделайте одолжение...

Кирилл начал рассказывать о том, как определяют место землетрясения. Он нарисовал на доске три сейсмические станции и поставил точку, в которой произошел подземный толчок.

- На каждой из трех станций, - говорит он, - подсчитывают по формуле расстояние в километрах до эпицентра землетрясения. Затем на глобусе или на карте засечками определяют эпицентр. Для этого на карте из точки, соответствующей положению первой сейсмической станции, циркулем проводят дугу. Радиус ее равен расстоянию от станции до места землетрясения. Соответствующие дуги проводят со второй и третьей станций. Дуги эти пересекутся в точке, которая и является эпицентром. Способ этот прост, однако неудобен: для определения эпицентра необходимо иметь показание трех сейсмических станций. Удобнее определять положение эпицентра по методу, предложенному знаменитым русским сейсмологом академиком Голицыным. Для этого необходимо иметь на сейсмической станции три высоко чувствительных сейсмографа...

- Следующий вопрос, - говорит профессор. Он уже не прикрывает ладонью очков, а внимательно смотрит на Кирилла.

- "Сила и энергия землетрясений", - воодушевляясь начинает Кирилл. - В эпицентре землетрясения все предметы на поверхности Земли, испытывая идущие снизу удары, подскакивают. Высокие сооружения, в случае сильных вертикальных толчков, разрушаются. На некотором расстоянии от эпицентра удары становятся косыми. Косые толчки опрокидывают предметы, иногда поворачивают их. На еще большем удалении от эпицентра сила землетрясений убывает, и на смену резким сотрясающим толчкам постепенно приходят более спокойные - волнообразные. Было несколько попыток классификации силы землетрясений. Одной из первых попыток явилась десятибалльная шкала, созданная учеными Росси и Форелем. Более совершенной была двенадцатибалльная шкала, авторы которой - итальянцы Меркалли и Канкани и немец Зиберг. Эта шкала принята сейчас в большинстве западных государств.

У нас в СССР для определения силы землетрясения применяется еще более совершенная, двенадцатибалльная шкала, разработанная советскими учеными...

- Рассказывать об этой шкале? - спрашивает Кирилл, заметив, что профессор отвернулся и смотрит в окно.

- Гм... В самых общих чертах, - говорит профессор, переводя взгляд на студентов, сидящих за первым столом. Те мгновенно прекращают свои беззвучные переговоры и опускают глаза к записям.

- Наиболее слабое землетрясение силою в один балл, - продолжает Кирилл, - представляет собой микросейсмическое колебание почвы. Оно отмечается только сейсмографами. Землетрясение силою в два балла тоже является чрезвычайно слабым. Однако его уже могут заметить некоторые нервные люди, если они спокойно сидят или лежат. Землетрясение силою в три балла также ощущается немногими людьми. При этом большинство людей, которые его слышат, обычно не догадываются, что происходит землетрясение, считая, что это колеса телеги стучат о мостовую. Землетрясение в четыре балла узнается по дрожанию мебели, слабому звону посуды и оконных стекол. Все это очень похоже на явления, которые наблюдаются, когда мимо дома проезжает тяжелый грузовик. Иногда при четырехбалльных землетрясениях слышится легкий скрип дверей, балок и полов, треск потолков. Большинство людей, находящихся под открытым небом, этого землетрясения не замечают. Пятибалльное землетрясение ощущается уже всеми, даже в разгар дневной работы. Здания сотрясаются, как от падения тяжелого предмета. Мебель колеблется и сдвигается с места. Маятники часов останавливаются. Жидкость выплескивается из открытых сосудов. Ветви кустов и деревьев начинают раскачиваться. Спящие обычно пробуждаются. Землетрясение в шесть баллов является сильным. Картины падают со стен, книги - с полок. Посуда бьется. Мебель опрокидывается. Штукатурка на потолке и стенах покрывается трещинами, небольшие куски ее отваливаются. Жители в испуге выбегают на улицу. При семибалльном землетрясении дома получают сильные повреждения: обваливаются дымовые трубы, падают плохо укрепленные украшения высоких зданий, отслаивается и падает облицовка стен. На реках и озерах вода мутнеет. На песчаных и галечниковых берегах могут возникать оползни. Остаются неповрежденными только прочные деревянные постройки и здания, построенные с учетом сейсмичности района.

Восьмибалльное землетрясение - разрушительное. Даже прочно построенные дома сильно повреждаются и могут обвалиться. Высокие башни и фабричные трубы падают. Памятники поворачиваются или опрокидываются. Каменные ограды разваливаются. В грунте появляются небольшие трещины: по ним на поверхность выступает вода, мокрый песок, ил.

При девятибалльном землетрясении разрушается большинство зданий. Десятибалльное - называют уничтожающим. Дома разрушаются вместе с фундаментами, мосты падают, железнодорожные рельсы искривляются, на мостовых образуются трещины и волнообразные складки. В почве возникают глубокие трещины. На крутых склонах гор происходят обвалы и оползни. Вода из озер и рек выплескивается на берег.

Одиннадцатибалльное землетрясение означает катастрофу, двенадцатибалльное - всеобщую катастрофу, при который ни одно сооружение не выдерживает, а изменения в почве достигают огромных размеров...

Кирилл умолкает. Профессор сидит неподвижно. Он снова прикрыл очки ладонью и, кажется, дремлет. Студенты за столами оживленно переговариваются.

- Я кончил, - говорит Кирилл, подождав немного.

- Что, уже? - спрашивает профессор, не отрывая ладони от глаз. - Совсем кончили?

- Нет, остался еще третий вопрос, - тихо отвечает Кирилл. Он расстроен, уверенный, что его не слушали.

- Второй вопрос вы осветили не совсем полно, - замечает, профессор. - Вы ничего не сказали об энергии землетрясений. Помните, я рассказывал на лекции, что вычисления энергии очень сильных землетрясений дают цифры порядка 1025 эргов, что соответствует примерно 150 биллионам лошадиных сил. Если сравнить это с энергией взрыва атомной бомбы среднего калибра, которая составляет 1021 эргов, то окажется, что такой взрыв эквивалентен энергии пятибалльного землетрясения. Следовательно, энергия, освобождающаяся при землетрясениях, сравнима только с энергией ядерных реакций. Это, как вам известно, бросает некоторый свет на механизм глубокофокусных землетрясений, очаги которых расположены на глубине в 600-700 километров от земной поверхности. Впрочем, это уже другой вопрос: рассказывайте, что у вас еще осталось.

- "Сейсмическая служба и проблема предсказания землетрясений", - говорит Кирилл, заглянув в билет. - Значит, так...

- Пожалуйста, без "значит", - ворчливо перебил профессор. Кирилл смущенно откашлялся.

- В настоящее время на земном шаре имеется несколько сот сейсмических станций, - начал он. - Более сотни из них находятся в Советском Союзе. Сейсмические станции СССР разделяются на два типа: телесейсмические, регистрирующие дальние землетрясения, и региональные, предназначенные для регистрации близких и местных землетрясений. Телесейсмические станции находятся у нас под Ленинградом - в Пулкове, в Москве, Свердловске, Ташкенте, Иркутске, Владивостоке и в других городах. Региональные станции размещены в районах, подверженных землетрясениям, то есть на юге и востоке нашей страны - в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии.

Сейсмограф системы Голицына. Запись землетрясения - сейсмограмма

Деятельностью наших сейсмических станций руководит Академия наук. В настоящее время советские ученые, применяя новые, высокочувствительные сейсмографы, на основании землетрясений изучают внутреннее строение Земли. Однако гораздо более важные задачи, поставленные перед сейсмической службой самой жизнью, еще далеко не разрешены. Необходимо точно определить границы районов, наиболее опасных в отношении землетрясений. Надо научиться строить здания, которые могли бы выдержать сильные подземные удары. Наконец, надо научиться предсказывать землетрясения.

О предсказании землетрясений люди мечтают давно. Однако научная основа этой проблемы находится еще в самом начале разработки. Ученые даже приблизительно не могут сказать, когда и где произойдет следующее землетрясение. Лишь для некоторых районов, где уже определилась повторяемость сильных подземных ударов, можно предсказывать землетрясения с точностью до десяти - двадцати лет.

Один из способов более точного предсказания землетрясений заключается в том, чтобы определить наклоны земной поверхности по отношению к горизонту. В любом месте земной поверхности наклон ее постоянно меняется. Эти изменения ничтожны и происходят чрезвычайно медленно. Причины их еще не совсем ясны. Вероятно, одной из главных причин является движение вещества в земных недрах. Перед землетрясениями наклон земной поверхности меняется быстрее. Задача заключается в том, чтобы успеть заметить более быстрые изменения наклона и своевременно оповестить население об угрозе землетрясения.

Этот метод предсказания землетрясений разрабатывается сейчас учеными Академии наук. Для измерения наклонов земной поверхности применяются точные приборы - наклонометры, напоминающие по своему устройству сейсмографы.

Другие пути предсказания землетрясений связаны с изучением физических свойств атмосферы и земной коры. Например, удалось установить, что некоторым землетрясениям предшествуют магнитные бури. Иногда перед землетрясениями происходят сильные грозы, которые говорят о накоплении атмосферного электричества. Может быть, в связи с землетрясениями меняется температура земной коры и радиоактивность пород...

Профессор зашевелился в кресле.

Боясь, что его прервут, Кирилл торопливо продолжал:

- Изучение землетрясений успешно развивается не только в нашей стране, но и в Народном Китае и в других странах народной демократии. В Китае, например, большая часть территории которого подвержена сильным землетрясениям, до 1954 года было всего две сейсмических станции: одна - в Шанхае, а другая - в Нанкине. В последние годы, с помощью советских ученых в Китае организовано более двадцати сейсмических станций. На всех этих станциях установлены новейшие сейсмографы, созданные советскими конструкторами. Сейчас китайские историки, сейсмологи и геологи составляют каталог землетрясений, которые происходили на территории Китая. Для этого ученые тщательно изучают разные литературные документы, летописи, исторические книги, мемориальные записи в храмах и на памятниках. Многие записи о земле трясениях относятся к глубокой древности и были составлены еще около 3000 лет тому назад. Каталог будет содержать сведения более чем о двух тысячах сильных землетрясений. Он позволит установить наиболее опасные в сейсмическом отношении районы Китая. Может быть, удастся выяснить, через сколько лет повторяются в некоторых местах сильные землетрясения. В дальнейшем это облегчит их предсказание.

Кирилл перевел дыхание.

- Довольно, - поспешно сказал профессор, протягивая руку к зачетной книжке.

- Я хотел еще рассказать о сейсмоустойчивых постройках, - запротестовал Кирилл.

- Не жадничайте, батюшка, - добродушно усмехнулся профессор, с видимым удовольствием вписывая оценку в зачетную книжку. - Оставьте что-нибудь вашим товарищам. Излишество вредно даже на экзамене...