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 землетрясенияКлючом 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[48].
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.
Глава восьмая
Энергии землетрясений
«Мы уже собирались лечь, — рассказывает свидетель Агадирского землетрясения, — как вдруг с ужасом почувствовали, что наш дом приподняло и резко встряхнуло; все это продолжалось восемь-десять секунд. Вокруг воцарился мрак. Мебель начала перемещаться поперек комнаты, среди чудовищного гула стали трескаться стены. Двери завалило, а окна распахнулись, и стекла разбились вдребезги. Охваченные паникой, мы бросились бежать по улице, заваленной обломками».
«Наша вилла погрузилась в темноту, — пишет другой уцелевший, — не было электричества, не действовал телефон. Стены падали со всех сторон, как у карточных домиков».
«Казалось, наступил конец света, — продолжает третий. — Камни летели со всех сторон. Мы схватили то, что нам попалось под руку, и бросились к машине. К счастью, наш дом не развалился, пока мы в нем находились».
«Мы услышали глухой гул и ощутили резкий и продолжительный толчок, который длился секунд десять. В тот же момент погасло электричество, и нам показалось, что пол нашей комнаты начал раскачиваться. С ужасающим грохотом рухнула стена, часть потолка обвалилась и стала под острым углом к стене…»
Бесполезно вспоминать о показаниях других свидетелей. Мы уже неоднократно приводили подобные отрывки, в которых описывались все те же явления землетрясения, только под разным углом зрения. Дело в том, что каждый реагирует на катастрофу по-своему — в зависимости от темперамента и умения сохранять хладнокровие. «Тот, кто сам пережил землетрясение, знает, что трудно описать его иначе, как предельную сумятицу ударов, толчков, колебаний, следующих один за другим то в том, то в другом направлении — сверху, снизу, со стороны», — пишет Маселуйэн.
Даже ученый, которому обычно приписывают хладнокровие, воспроизводит событие со своей точки зрения, инстинктивно останавливаясь на подробностях, которые больше всего его интересуют. Рихтер рассказывает очень характерный анекдот относительно прогулки известного ботаника Гюго де Ври по улицам Сан-Франциско после катастрофы 1906 года. Ботанику показали пострадавшую зону в городе и предместьях, трещины, горизонтальные и вертикальные смещения земной коры, весь тот геологический хаос, который свидетельствовал о размахе катастрофы. Де Ври не проронил ни слова, сохраняя спокойствие, почти равнодушие. Но вот он подошел к тому месту, где трещина расколола дорогу, сместив ее более чем на шесть метров. Лицо ученого просветлело. «Наконец-то хоть один факт, имеющий отношение к ботанике!» — воскликнул он и, растроганный, нагнулся, чтобы рассмотреть какие-то искалеченные деревца.
