Современная сейсмология — отрасль геофизики и принадлежит к числу наук о Земле. Ее методы близки главным образом методам экспериментальной физики.
Исследования сейсмических явлений имеют большое теоретическое и практическое значение. Они незаменимы при изучении внутреннего строения Земли, при построении любых гипотез о ее глубинах.
На основе сейсмических наблюдений разрабатываются проекты сейсмостойких зданий, составляют карты сейсмического районирования, необходимые для планирования сейсмостойкого строительства, ищут возможности для предсказания землетрясений и предупреждения появления цунами — гигантских волн, вызываемых землетрясениями в океане. Сейсмология дает возможность предсказания вулканических извержений на основе сведений о повышенной сейсмичности в зоне вулканов. Ее методами также пользуются при разведке полезных ископаемых и констатации отдаленных подземных взрывов. Таков неполный перечень проблем, связанных с современной сейсмологией.
В развитие сейсмологии Советский Союз внес значительный вклад. С этой позиции следует оглянуться назад и оценить путь, пройденный советской и мировой сейсмологией за 50 лет. В настоящее время основной прогресс в области сейсмологии связан с тремя странами: Советским Союзом, США и Японией. В некоторых отношениях СССР играет ведущую роль. Это относится, например, к таким проблемам, как изучение землетрясений и сейсмическое районирование.
Развитие сейсмологии в России началось в связи с изучением разрушительных землетрясений второй половины XIX в. Так, например, в 1862 г. на Байкале произошло землетрясение, с которым связано опускание значительного участка побережья, известного ныне под названием залива Провал. Тяжелые разрушения вызвали на Кавказе в районе Шемахи землетрясения 1859 и 1872 гг. Следует вспомнить землетрясение, жестоко разрушившее в 1887 г. город Верный (ныне Алма-Ата). Первым учреждением, в котором начались отечественные сейсмологические работы, было Русское географическое общество. Много сделали для развития сейсмологии геологи А. П. Орлов и И. В. Мушкетов. Они составили первый каталог землетрясений в России и сопредельных странах, изданный в 1893 г. Он имеет ценность и сейчас.
В работах этого периода установлена закономерная связь между землетрясениями и тектоническими движениями, в первую очередь связь с тектоническими разрывами и дислокациями земной коры, хотя эти выводы носили еще описательный качественный характер. В то время и сама сейсмология являлась, скорее, частью физической географии, чем самостоятельной наукой о Земле. Сейсмология не располагала тогда современными методами исследований, основанными на экспериментальной физике, механике и математике. Возможность регистрации в какой-либо точке упругих колебаний от удаленного от нее землетрясения была установлена еще в 1889 г. при сравнении записи колебаний маятника, предназначенного для фиксации колебаний отвеса под влиянием лунно-солнечного тяготения, с моментом землетрясения в Японии на расстоянии более 8000 км.
Однако геофизические приборы были весьма несовершенны, но в конце прошлого века даже такими примитивными сейсмографами были оборудованы всего три обсерватории: в Николаеве, Харькове и Юрьеве (Тарту). Началом же сейсмических исследований в России является организация в 1900 г. при Российской Академии наук Постоянной сейсмической комиссии. В ее деятельности принял участие Б. Б. Голицын.
Б. Б. Голицын начал заниматься сейсмологией будучи зрелым ученым. К этому времени он был не только хорошо подготовлен в области физики, но и имел ряд крупных научных работ. На протяжении ряда лет он возглавлял физический кабинет Российской Академии наук. Накопленный опыт и талант правильно подсказали ему актуальные задачи, необходимые для прогресса сейсмологии, которой в то время не хватало экспериментальных методов и приборов для точных наблюдений. В этом отношении мировая наука обязана Б. Б. Голицыну существенным достижением — созданием в начале века замечательных сейсмо)графо(в, в которых впервые колебания Земли были преобразованы в электрический ток. Теперь, в эпоху развития автоматики и электроники, особенно ясно, что именно это преобразование открыло новые горизонты в сейсмологии.
Б. Б. Голицын многое сделал и для развития физических основ сейсмологии. Так, в 1909 г. им был разработан способ определения направления на эпицентр землетрясения. Способ этот позволяет оценивать место землетрясения по наблюдениям одной сейсмической станции. Он впервые ввел определение энергии землетрясений по сейсмограммам удаленных сейсмических станций. Б. Б. Голицын занимался также исследованием внутреннего строения Земли на основании наблюдений над упругими волнами, распространяющимися из очагов далеких землетрясений. Изучая в 1913 г. направление выхода этих волн на поверхность, он обнаружил, что на глубине 100 и около 500 км физические свойства вещества Земли довольно резко изменяются. Результаты этих исследований имели важное значение для развития физики Земли. Под руководством Б. Б. Голицына было организовано несколько сейсмических станций первого класса для записи колебаний от удаленных землетрясений, а также станции с аппаратурой для регистрации местных землетрясений. Все станции были оборудованы сейсмографами его конструкции.
В дореволюционной, экономически отсталой России наука часто развивалась в отрыве от практических нужд страны. Научные работы выполнялись небольшим числом ученых. В таких условиях находилась до 1917 г. геофизика, в частности сейсмология. Только благодаря работам Б. Б. Голицына в России имелись немалые достижения. Под его руководством сейсмологией занималось несколько научных работников, не составлявших определенного коллектива. Они изучали общую сейсмичность и вопросы внутреннего строения Земли. Однако изобилующие землетрясениями южные и восточные окраины страны в сейсмическом отношении мало изучались, так как там не было специалистов.
После Октябрьской революции положение изменилось. Интенсивное развитие сейсмологии и расширение сети сейсмических станций определялись запросами социалистической экономики, быстрым развитием промышленности и строительства на окраинах страны, где расположено большинство сейсмоопасных районов.
К 1923 г. в результате войны и ее последствий в СССР работали всего лишь три сейсмические станции: в Пулкове, Свердловске и организованная в 1922 г. В. Ф. Бончжовским станция в Кучине. Немного было и сейсмологов. В последующие годы группа сейсмологов пополнилась молодыми советскими учеными и составила отдел сейсмологии Физико-математического института Академии наук СССР. Его возглавил П. М. Никифоров, ученик и сотрудник Б. Б. Голицына.
Благодаря вниманию, а также значительным средствам, отпущенным Советским правительством на развитие науки, к 1926 г. возобновили нормальную работу шесть первоклассных сейсмических станций страны: в Пулкове, Свердловске, Ташкенте, Макеевке, Баку и Тбилиси. Начал издаваться бюллетень, обобщающий наблюдения сейсмических станций, которые явились существенным вкладом в Международную систему сейсмических наблюдений. Дальнейшее развитие сейсмологии полностью определилось быстрым ростом народного хозяйства и укреплением социалистического строя. Этот рост становится особенно интенсивным в связи с реализацией первого пятилетнего плана.
Проектирование в 1927 г. трассы Туркестано-Сибирской железнодорожной магистрали потребовало изучения сейсмичности Средней Азии и проведения мероприятий по предохранению сооружений от разрушений при землетрясениях. Плановое хозяйство требовало научного подхода к расширению промышленности и дальнейшему строительству. Поэтому, например, после разрушительного крымского землетрясения 1927 г. возникла необходимость в исходных данных для строительства сейсмостойких зданий. Несколько позже начались изыскания трассы транскавказской магистрали, проходившей в районах, подверженных землетрясениям. Эти и другие запросы народного хозяйства потребовали расширения работы советских сейсмологов. В результате к 30-м годам были сформулированы новые задачи: детальное изучение сейсмичности территории СССР, в первую очередь регионов Средней Азии, Кавказа и Крыма, и разработка научных основ сейсмостойкого строительства.
Изучение региональной сейсмичности требовало знания расположения эпицентров землетрясений и их интенсивности в сейсмоактивных зонах и вообще на территории Советского Союза. Для изучения региональной сейсмичности прежде всего были необходимы сведения о локализации землетрясений. В связи с этим начиная с 1927 г. и на протяжении первой пятилетки в СССР были созданы три региональные сети сейсмических станций: среднеазиатская (станции в Алма-Ате, Андижане, Фрунзе, Чимкенте, Семипалатинске и дооборудованная новыми приборами станция в Самарканде); кавказская (станции в Сочи, Грозном, Ереване, Гори, Они, Боржоми и дооборудованная новыми приборами станция в Пятигорске) и крымская (станции в Феодосии, Ялте, Симферополе и Севастополе). В 1929 г. была организована телесейсмическая станция во Владивостоке. Таким образом, за первую пятилетку число сейсмических станций в СССР увеличилось почти в три раза.
Организация большего числа сейсмических станций и необходимость научных обобщений и теоретических изысканий потребовали новых организационных форм, и в 1928 г. в Академии наук СССР был создан Сейсмологический институт. К этому времени, в частности, относится и начало подготовки специалистов-сейсмологов в Ленинградском университете, Ленинградском горном институте и в Московском университете. Одной из значительных и практически важных задач, которые решил Сейсмологический институт в первые годы существования, явилась первая схема сейсмического районирования территории СССР. Эта работа была результатом изучения разрушительных последствий землетрясений и геологической обстановки сейсмоактивных регионов, а также обобщения данных сейсмических станций. Схема сейсмического районирования была утверждена в законодательном порядке для регулирования строительства в сейсмоактивных зонах Советского Союза. Позже, на основании специальных исследований, были составлены государственные нормы строительства сейсмостойких сооружений. Такие планомерные мероприятия по защите сооружений в государственном масштабе были возможны только в социалистической стране.
В Сейсмологическом институте начали развиваться и другие направления. К ним следует отнести изучение вибраций и сотрясений крупных промышленных сооружений (мостов, фундаментов), развитие сейсмического метода разведки полезных ископаемых, конструирование новой сейсмической аппаратуры. В институте стали создаваться основы новой теории распространения сейсмических волн и начались исследования сейсмическими методами строения земной коры и земных глубин. В нем были разработаны и внедрены первые советские сейсмографы с оптической и гальванометрической регистрацией, осциллограф и другое оборудование для сейсмических станций. В первом приближении был изучен разрез земной коры в Средней Азии и на Кавказе по наблюдениям региональных сейсмических станций, а ее строение на Урале ив центре Русской платформы — по наблюдениям сейсмических волн мощных взрывов. Были исследованы глубины очагов землетрясений на Дальнем Востоке (Охотская зона) и на Памире (Гиндукушская зона глубоких землетрясений).
В дальнейшем, вплоть до начала Великой Отечественной войны, сейсмическая служба пополнялась новыми сейсмическими станциями. Были организованы Центральная сейсмическая станция в Москве, станции в Душанбе и Зугдиди. В середине 30-х годов был создан Институт физики и геофизики Академии наук Грузинской ССР со своей сетью сейсмических станций. Таким образом, к 1941 г. были сформулированы и отчасти решены некоторые новые задачи сейсмологии. Наиболее существенным было составление схемы сейсмического районирования страны и перечня мероприятий по сейсмостойкому строительству. Был создан коллектив сейсмологов и положено начало развитию республиканских сетей станций.
В годы Великой Отечественной войны научная разработка проблем сейсмологии осуществлялась в меньшем объеме. Сейсмические станции испытывали затруднения, а часть из них оказалась на территории, временно занятой врагом, и бездействовала.
В первые послевоенные годы сеть сейсмических станций была не только восстановлена, но и пополнена. Были организованы новые станции на Украине (во Львове, Черновицах), на Кавказе (в Ленинакане, Абастумани), в Средней Азии (в Гарме, Ашхабаде), на Камчатке (в Ключах). Начались комплексные исследования сейсмичности Гармского, наиболее активного района СССР. Там были поставлены наблюдения над деформацией земной коры и наклонами земной поверхности, связанными с землетрясениями. Эти работы велись Гармской экспедицией Сейсмологического института АН СССР.
Интенсивное развитие сейсмологии началось после разрушительного Ашхабадского землетрясения 6 октября 1948 г. Тогда, наряду с несомненными достижениями, выявились и некоторые недостатки отечественной сейсмологии. К числу достижений относилась правильность мер обеспечения сейсмостойкости сооружений. Ашхабадское землетрясение 1948 г., как и Ташкентское 1966 г., показали, что современные сейсмостойкие здания, построенные с учетом сейсмического районирования, пострадали незначительно, хотя в некоторых местах Ашхабада сила сотрясения превышала 10 баллов. Старые же небольшие дома с глинобитными стенами и тяжелыми крышами были сильно разрушены.
Недостаточной оказалась оперативность системы сейсмических наблюдений того времени и сравнительно малая точность определения положения эпицентров и глубин очагов, а также отсутствие способов оценки силы сотрясения в эпицентральной зоне по записям удаленных сейсмических станций. Так, например, сейсмические волны Ашхабадского землетрясения достигли Москвы всего через четыре минуты, а в то же время прямая связь с пострадавшим районом в первые моменты после землетрясения была затруднена.
Надо напомнить, что в СССР ежегодно происходит по крайней мере несколько разрушительных землетрясений. Зоны, в которых возможны сильные землетрясения, охватывают почти все горные области, расположенные по южным и восточным окраинам СССР. В этих зонах находится более 100 крупных городов, и среди них — столицы девяти союзных республик (Ашхабад, Алма-Ата, Ереван, Ташкент, Душанбе, Фрунзе, Баку, Кишинев, Тбилиси). Широкий размах строительства и связанные с этим огромные капиталовложения требовали для областей, где происходят землетрясения, более точного сейсмического районирования.
Послевоенные народнохозяйственные планы предусматривали создание в областях, отличающихся высокой сейсмичностью, населенных пунктов, крупных промышленных центров, гидротехнических сооружений. Угроза землетрясений заставляет вносить в строительство коренные изменения. Обязательное усиление сейсмостойкости повышает его стоимость на 5—10%, а значит, заставляет тратить миллионы рублей только на сейсмостойкость сооружений.
Перед советскими сейсмологами со всей остротой встала задача разработки методов предсказания землетрясений. Сама ее постановка в широком масштабе не имела прецедентов и является примером мирных и гуманных целей советской науки, направляемых на благо общества.
Землетрясения не происходят случайно, их возникновение закономерно. Однако раскрытие этих закономерностей дело нелегкое. Трудно указать, когда будет решена эта задача, хотя принципиальная возможность решения не вызывает сомнений. Надо сказать, что все делавшиеся до 1948 г. попытки предсказания землетрясений не дали результатов. Обнаружение предполагаемых предвестников землетрясений затрудняется недостаточным знанием природы землетрясений и малой изученностью тех явлений, с которыми они связаны. Дальнейшие исследования в этом направлении должны вестись на основе более глубокого изучения физической природы землетрясений.
Директивные органы и Академия наук в 1949 г. приняли меры для дальнейшего укрепления и развития сейсмологии. По инициативе С. И. Вавилова и Г. А. Гамбурцева была сформулирована новая проблема — проблема поисков предвестников сильных землетрясений с целью создания в дальнейшем способа предсказания их наступления. Эта задача потребовала более широкого изучения причин и условий возникновения землетрясений, соответственно более глубокого комплексного геолого-геофизического подхода и развития в сейсмологии ряда новых направлений. Стало необходимым непрерывное наблюдение за медленными процессами, протекающими в Землей приводящими к возникновению землетрясений. При этом пришлось, наряду с более подробным изучением землетрясений, следить за медленными деформациями земной коры, изучать строение земной коры сейсмоактивных областей методами сейсмологии и геологии, а также моделировать процессы, связанные с возникновением разрывов в горных породах и распространением сейсмических волн.
Новые требования и задачи вновь привели к расширению сети сейсмических станций СССР, созданию экспедиционных исследований в эпицентральных зонах наиболее значительных и разрушительных землетрясений недавнего прошлого. Это потребовало вместе с тем усиления и увеличения численности сейсмологов и значительного улучшения и усовершенствования сейсмической аппаратуры. В связи с ростом сейсмических исследований возникла необходимость организации сейсмологических учреждений в ряде союзных республик и областей, подверженных землетрясениям. Вместе с тем возникла необходимость координации всех сейсмологических исследований в стране. С этой целью в 1949 г. при Академии наук СССР был организован Совет по сейсмологии.
В Академии наук СССР сейсмологические исследования сосредоточились в Геофизическом институте (ныне Институт физики Земли). Организатором и руководителем этих работ стал Г. А. Гамбурцев.
Вскоре после Ашхабадского землетрясения природа поставила перед советскими сейсмологами еще одну задачу. В ночь с 4 на 5 ноября 1952 г. в результате катастрофического землетрясения на Камчатке побережье последней, а также берега Курильских островов оказались под волнами цунами. Высота волн местами достигала 20 м, а в среднем — 7—8 м на протяжении 1000 км побережья. Было много разрушений и жертв. Это событие заставило Совет по сейсмологии АН СССР поставить вопрос о создании службы оповещения о возможных цунами и начать районирование побережья по степени опасности катастроф такого рода.
Все это привело к организационному и материальному усилению отечественной сейсмологии. Во-первых, еще раз была значительно расширена сеть сейсмических станций и положено начало сейсмической службе. К настоящему времени в СССР действует более 100 сейсмических станций различных типов. Их сеть находится на уровне двух крупнейших — японской и американской. Все станции снабжены разработанной и построенной в СССР аппаратурой.
Значительно усовершенствованы методы машинной обработки результатов сейсмических наблюдений, в первую очередь определения положения эпицентров и глубин очагов с помощью электронных вычислительных машин. Развиты математические основы некоторых методов интерпретации сейсмических наблюдений. Решительно усилилась оперативность сейсмической службы. Сейсмическая станция «Москва» подает срочные донесения обо всех разрушительных землетрясениях. Для большей точности таких донесений рад сейсмических станций оборудован фотоэлектрическими сигнализаторами сильных землетрясений. Введена служба срочных оповещений о возможности возникновения цунами. Эту задачу сейчас осуществляет Сахалинский комплексный научно-исследовательский институт Сибирского отделения Академии наук GCCP и Гидрометеослужба. Задача решается на основе сейсмических наблюдений, ибо сейсмические волны распространяются с большей скоростью, нежели волны цунами. За время существования службы
уже подан ряд предупреждений от прибрежных сейсмических станций. Следует сказать, что при местных землетрясениях время решения вопроса о возможности цунами и оповещения населения может составить всего 15 минут. Интересно отметить цунами, возникшее от землетрясения в Чили в мае 1960 г. Волны пересекли Тихий океан за 25 часов. Это землетрясение вызвало на Курильских островах волну высотой 3—5 м, а в Японии — до 10 м, с периодом в один час.
Проблема прогноза землетрясений, как указывалось, была поставлена в 1949 г. Ее предполагали решать моделированием землетрясений с поисками предвестников разрушительных процессов (цикл пластических деформаций, микротрещин). Однако проблема оказалась очень трудной ввиду сложности строения земной коры, неоднородности поля ее прочности, а также из-за крайне малых скоростей предваряющих тектонических деформаций, которые поэтому маскируются экзогенными явлениями. Тем не менее поиски предвестников землетрясений продолжаются. В настоящее время перспективными считаются наблюдения за изменением деформаций земной коры при помощи наклономеров и определения относительных смещений коры у концов кварцевых стержней в десятки метров длиной, устанавливаемых в штольнях. Чувствительность таких кварцевых установок к деформациям достигает 10~9. Скорость деформации в зоне очага перед землетрясением должна возрастать за счет пластической подготовки разрушения, но признак этот не всегда имеет место. В настоящее время ведутся поиски предвестников по изменению скоростей сейсмических волн в напряженной перед землетрясением области очага и по деформации земной коры. В этом направлении получены интересные предварительные результаты. Будут использованы прецизионная (высокоточная) повторная геодезическая съемка, а возможно, и наблюдения за изменением электромагнитных явлений в сейсмоопасной зоне. Сейчас развивается лишь методика оценки повторяемости землетрясений на основе наблюдений сейсмических станций за частотой и магнитудой или энергией землетрясений.
Наиболее важным результатом работы отечественной сейсмической службы по подробному изучению территории СССР на основании инструментальных наблюдений сейсмических станций СССР является «Атлас землетрясений СССР», изданный в 1962 г. Появлению атласа предшествовало развитие методов определения относительной энергии сейсмических волн по показаниям сейсмических станций. Атлас является коллективной работой сейсмологов Академии наук СССР и академий наук тех союзных республик, территории которых подвергаются воздействию землетрясений — Украинской, Грузинской, Армянской, Азербайджанской, Туркменской, Узбекской, Таджикской, Казахской, Киргизской, а также Сибирского отделения АН СССР. Атлас — это сводка наблюдений для изучения причин и условий возникновения землетрясений и для уточнения карты сейсмического районирования территории СССР, поскольку одним из способов такого изучения является сопоставление интенсивности землетрясений и их эпицентров с геологическими и геоморфологическими элементами соответствующих участков земной коры.
Велико значение атласа для уточнения схем сейсмического районирования СССР. Знание интенсивности или относительной величины энергии землетрясений, а также глубины очагов позволяет объективно оценить относительный поток энергии на поверхности Земли. Такое районирование при введении в него коррективов за счет геологических и местных грунтовых условий будет надежнее старого и единственно возможным для ненаселенных территорий. Основными материалами атласа являются каталоги и составленные по ним карты Карпатской, Крымской, Кавказской, Копет-Дагской, Алтайской, Байкальской, Дальневосточной и Арктической сейсмических зон. Они включают около 10000 эпицентров. Составлены также подробные карты сейсмичности отдельных эпицентральных зон. Это уже послужило основой для уточнения общей карты районирования территории СССР по степени сейсмической опасности. Однако размах строительства и разумная экономия при возведении в сейсмоопасных зонах таких сооружений, как плотины Нурекской, Токтогульской, Саянской, Ингурийской и других ГЭС, требуют выбора благоприятного места строительства, а также записи колебаний земной поверхности в случае разрушительных землетрясений в соответствующих зонах.
Следует отметить некоторые успехи, достигнутые в изучении детального «текущего» сейсмического режима отдельных сильносейсмических районов. Эти работы, помимо изучения условий возникновения сильных землетрясений, дали дополнительные ценные сведения для детализации сейсмического районирования, связанного с тем, что сильные землетрясения происходят редко, а слабые значительно чаще. Таким образом, появилась возможность получить необходимые данные за более короткие сроки. В результате определяется экспериментальная зависимость между относительной энергией и частотой землетрясений в районах высокой сейсмической активности и сильнейших землетрясений. Такие работы проводились совместными силами Академии наук СССР и республиканских академий наук. Они осуществлялись в экспедициях и на местных сетях постоянных сейсмических станций. Для этой цели проведены экспедиционные исследования на Кавказе, в Туркмения, Таджикистане и Казахстане. Организованы локальные сети высокочувствительных сейсмических станций в Северном Тянь-Шане и Таджикистане. Подробные сведения о сейсмическом режиме получены в Гармской зоне.
Первые попытки исследования сейсмического режима плейстосейстовых областей (областей наибольшего разрушения вокруг эпицентров) показали, что оно невозможно без учета особенностей глубинного строения земной коры в зонах размещения очагов землетрясений и без выявления глубоких разломов в земной коре, к которым тяготеют очаги крупных землетрясений. Для этой цели Г. А. Гамбурцевым и его учениками были разработаны и применены методы и аппаратура для глубинного сейсмического зондирования земной коры и определения положения глубинных разломов. Последние обнаруживаются путем высокоточного определения положения очагов очень слабых, но частых землетрясений, обычно возникающих вдоль таких разломов.
Метод глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) основан на использовании сравнительно небольших взрывов и на применении принципов подобия записей при прослеживании сейсмических волн, принятых в сейсморазведке. Этот метод позволяет изучать строение земной коры с гораздо большей точностью и детальностью, чем раньше. Наиболее значительные результаты, имеющие мировую известность, при помощи метода ГСЗ получены по программе Международного геофизического года, когда было изучено строение земной коры в зоне Охотского моря, Камчатки, Курильских, Командорских островов и о-ва Сахалин — переходной от Азиатского континента к Тихому океану. При этом было пройдено несколько тысяч километров морских и сухопутных комплексных профилей с применением других геофизических методов. В результате был обнаружен особый тип земной коры, переходный от океана к континенту. Он характеризуется значительной толщей осадочных напластований, незначительной мощностью гранитного комплекса, часто с нечеткой границей у подошвы, и довольно мощной толщей пород базальтовой группы. Такие же особенности затем были обнаружены и во внутренних морях — Каспийском и средней части Черного моря. Эти особенности строения земной коры в переходных зонах и в центральных частях некоторых внутренних морей были позже подтверждены на основании наблюдений над короткопериодными поверхностными сейсмическими волнами. В настоящее время метод ГСЗ пользуется всемирной популярностью и очень широко применяется почти при всех региональных геолого-геофизических исследованиях.
В связи с выполнением программы МГГ необходимо отметить исследование микросейсмических колебаний (микросейсм), которые возникают в результате образования и прохождения циклонов над океанами и морями. Волны при концентрическом набегании к центру циклонических областей вызывают упругие колебания земной коры, распространяющиеся в виде микросейсм и наблюдающиеся на расстояниях до 2000—3000 км. Изучение и определение источников микросейсм имеет значение для прогноза погоды. Московским университетом была разработана аппаратура, а Гидрометеослужбой организованы шесть специальных микросейсмических станций для наблюдений микросейсм, вызываемых тайфунами и циклонами в Тихом и Атлантическом океанах.
Советскими сейсмологами в значительной мере разработан вопрос о процессах, происходящих в очагах землетрясений, правильное понимание которых важно для решения кардинальных вопросов сейсмологии: изыскание способа прогноза землетрясений и изучение внутреннего строения Земли. Многочисленные наблюдения показали, что амплитуды колебаний или сейсмическая энергия излучается очагом неравномерно по всем направлениям. В СССР впервые была использована модель землетрясения в виде механической дислокации. Теоретический источник, эквивалентный очагу землетрясения, представляется при этом в виде площадки внутри Земли, противоположные грани которой внезапно смещаются одна относительно другой в плоскости скольжения. По-видимому, такой источник в условиях больших гидростатических давлений является наиболее вероятным. В связи с этим была разработана методика такого моделирования. По этой методике проведено исследование очагов землетрясений в основных сейсмоактивных областях мира: Тихоокеанской, Азиатско-Средиземноморской, Арктико-Атлантической и др. Всего исследованы очаги 300 наиболее сильных землетрясений. Получены известные закономерности ориентации осей главных напряжений в очагах землетрясений. Так, например, в очагах всего Тихоокеанского кольца и большей части Азиатского пояса напряжения сжатия ориентированы горизонтально и вкрест простирания структур. В зоне очагов Атлантического пояса и Прибайкальской зоны горизонтально и вкрест простирания структур ориентированы напряжения растяжения. Это отображает характер общего напряженного состояния в изученных областях. В настоящее время ведутся дальнейшие работы по определению напряжений, действующих в очагах землетрясений, а также совершенствуются соответствующие методы.
Важную группу задач сейсмологии составляют теоретические исследования внутреннего строения Земли, в первую очередь ее верхней оболочки — верхней мантии и влияния последней на развитие земной коры. Изучение распространения упругих волн, вызываемых удаленными землетрясениями, является основным методом при построении сейсмической модели Земли. Наблюдения одной из лучших в мире сетей сейсмических станций, разбросанных на огромной территории СССР, имеют первостепенное значение для получения сведений о распространении сейсмических волн через земной шар. Эти наблюдения широко используются учеными всех стран для изучения строения Земли. Результаты советских работ последнего времени в этом направлении касаются изучения слоистости и
механических свойств оболочки Земли, залегающей между земной корой и земным ядром, и самого земного ядра, граница которого лежит на глубине 2900 км. Исследованы также условия существования так называемых границ раздела второго рода (менее четких) внутри оболочки Земли. На этих границах на глубине 1200, 1700, 2300 км предполагалось изменение градиента скорости сейсмических волн как функции глубины. В результате изучения амплитуд продольных и поперечных волн установлено, что вероятнее существование не четких границ, а довольно плавного изменения упругих и других механических свойств в переходных зонах, мощностью порядка первых сотен километров.
Исследования поляризованных поперечных волн, распространяющихся через слой повышенной скорости сейсмических волн на глубине около 500 км, показали анизотропию, неравномерность свойств вещества оболочки Земли на этой глубине.
По сейсмограммам советских сейсмических станций, содержащим наблюдения над объемными волнами от глубоких землетрясений юга СССР, Афганистана и Индии с очагами 200 км под земной поверхностью, получено детальное распределение скоростей распространения сейсмических волн до глубины 1400 км и обнаружены два минимума скорости поперечных волн: на глубинах 150 и 350 км. Первый минимум скорости связан с астеносферой — слоем ослабленной твердости (при поднятии этого слоя, например под океанами, он, возможно, связан с вулканизмом) , второй пока не получил объяснения. Сейсмологические исследования теснейшим образом переплетаются ныне с другими разделами физики Земли, ибо известно, например, что увеличение земного теплового потока наблюдается в местах с уменьшенной скоростью распространения сейсмических волн. Вариации скорости связаны и с гравитационными аномалиями.
Результаты исследования строения земного ядра позволили оценить резкость границы субъядра (внутреннего центрального твердого ядра) на глубине 5000 км. При этом впервые было доказано существование волн, отраженных от этой границы. Сделаны предварительные оценки пределов величины твердости внутреннего ядра, которая едва ли превосходит 10% от твердости земной оболочки.
Кроме продольных и поперечных сейсмических волн, которые распространяются, отражаются и преломляются в мантии и земной коре, возникают поверхностные (идущие вдоль поверхностей слоев Земли) сейсмические волны, скорость распространения которых зависит от периода колебаний. Эти волны позволяют получать ценную дополнительную информацию о строении Земли и земной коры. При этом, например, поверхностные сейсмические волны Релея и Лява при периодах более 10 мин практически свободны от влияния земной коры и доставляют информацию о строении оболочки Земли и даже земного ядра.
Эти длинные поверхностные волны представляют интерес в связи с тем, что их скорости отражают лишь крупные и глубинные особенности строения Земли. В частности, такие волны были зарегистрированы, правда единичными сейсмическими станциями, от Чилийского землетрясения 1960 г. и Аляскинского землетрясения 1964 г. Так, при сильнейшем землетрясении на Аляске 28 марта 1964 г. при помощи макетных установок были зарегистрированы релеевские волны, обежавшие вокруг Земли более пяти раз и прошедшие свыше 200 тыс. км за 12 час. Характер изменения фазовой скорости с изменением периода колебаний определяется строением Земли до глубины порядка 700 км; период этих волн составляет около 8 мин.
Использование такого рода наблюдений — новый прием в сейсмологии, ставший доступным только благодаря быстрому вычислению на электронно-счетных машинах дисперсии скоростей в зависимости от той либо иной модели или распределения упругих модулей и плотности Земли по глубине. Для самих же наблюдений необходима специальная длиннопериодная аппаратура, которая также появилась лишь в последние годы. Расчетные групповые и фазовые скорости, предвычисленные по различным моделям распределения скоростей, несколько расходятся с наблюденными данными. Эта задача еще ждет полного решения. Одним из существенных итогов и особенностей развития сейсмологии в условиях нашего социалистического государства, уделяющего большое внимание росту науки и культуры в республиках, является создание республиканских сейсмологических учреждений, сетей станций и коллективов научных работников-сейсмологов.
На базе сейсмологических учреждений республиканских академий наук и принадлежащих им станций организуются укрупненные территориальные или зональные центры и сети региональных станций, необходимые для изучения местных землетрясений, строения коры, сейсмического районирования и наблюдения за колебаниями при разрушительных землетрясениях, что стало особенно важным в результате изучения последствий Ташкентского землетрясения. Научное руководство работами по сейсмологии в СССР и их координацию осуществляет Совет по сейсмологии. На него возложено также общее руководство Единой системой сейсмических наблюдений в стране.
Значительный размах строительства, намеченный директивами XXIII съезда КПСС, требует от сейсмологов новой напряженной работы, надежного обоснования мер повышения сейсмостойкости крупных сооружений и жилищного строительства в сейсмоактивных зонах. Важно усилить поисковые работы, касающиеся обнаружения предвестников землетрясений.
Нет сомнений, что, вступая во второе пятидесятилетие, советская сейсмология будет множить свои успехи и решать встающие перед ней новые проблемы.
—Источник—
Развитие наук о Земле в СССР. М.: Наука, 1967
Автор: Е. Ф. Саваренский
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
