Дрожь земли 

Землетрясение – одно из самых разрушительных и опасных явлений на Земле. Каждый год землетрясения приносят миру бедствия и многочисленные жертвы. К сожалению, с древних времён наши представления о сейсмическом процессе кардинально не изменилось. Конечно, сегодня мы можем говорить о наличии электромагнитных, сейсмических, тепловых, ионосферных и других предвестниках землетрясений. Но их нерегулярность и отсутствие обширных сетей наблюдения не позволяют учёным со 100% точностью говорить о готовящемся сейсмическом событии.

На сегодняшний день нет и законченной теории, объясняющей зарождение землетрясения.

Нам досконально не известно о происходящих в гипоцентре землетрясения (гипоцентр – область в земной коре, где зарождается и протекает землетрясение) процессах. Это всего лишь малая доля тех проблем, что существуют в современной сейсмологии.

Отсутствие чёткого представления о сейсмическом процессе не позволяет точно оценить ущерб от землетрясения.

Если энергия землетрясения велика, это отнюдь не означает, что разрушения будут катастрофические, так и наоборот – если выделенная при толчках энергия была мала, то всё равно есть вероятность, что здания в населённых пунктах могут получить существенные повреждения. Сейчас существует большое количество различных моделей землетрясений, но ни одна не может объяснить, почему разрушаются здания когда, казалось бы, этого не должно произойти; почему сейчас мы регистрируем предвестники перед землетрясением, а через год оно происходит внезапно без каких-либо признаков; почему толчки ощущаются там, где их никогда не было. К тому же сейсмические процессы, происходящие на глубинах 200–600 км, вероятно, имеют несколько иную природу, нежели процессы, происходящие на глубинах 5–30 км. Мы не можем сказать, что все модели не верны – они справедливы для какого-то отдельного региона и определённых условий. К сожалению, пока ещё нет универсальной, и объясняющей всё сейсмической модели.

В сейсмологии землетрясения, как и любые вибрации, относят к волновым эффектам, а сотрясения оценивают в баллах по шкале MSK-64. Строго говоря, макросейсмическая шкала MSK-64 имеет отдаленное отношение к физике, а следовательно не может давать реальной картины произошедшего события. Оценка происходит по результатам сейсмических толчков – трещины в зданиях и грунте, смещения предметов, гул и т.п. Существует и шкала Рихтера. Она позволяет определить магнитуду землетрясения (величина безразмерная), характеризующую энергию землетрясения. Есть и другие шкалы.

Землетрясение – процесс крайне сложный, и пока мы видим только то, что лежит на поверхности как в переносном, так и прямом смысле.

В сейсмологии все процессы сотрясения, колебания, удары, взрывы принято относить к волновым явлениям. Нами разрабатывается несколько иная модель, основанная на относительно простых и хорошо известных физических законах. Причиной сотрясений мы считаем удар.

В отличие от волн, распространяющихся в пространстве, сотрясения представляют собой движения масс в какой-то области пространства.

Не будем акцентировать внимание на описании физических экспериментов и различных математических расчётов, мы лишь отметим – было показано, что сейсмическое излучение представляет собой распространение механического импульса по законам, которыми описываются удары. Частица среды приобретает импульс и отдает его соседним частицам, при этом действует хорошо нам известная ещё со школы ньютоновская сила, пропорциональная изменению импульса каждой частицы изучаемой системы (гора, здание и т.п.). Начало любого сотрясения характеризуется выходом небольшой части системы из равновесия под действием ньютоновской силы – изменения импульса частиц. После того, как сейсмические волны уйдут, происходит процесс восстановления равновесия системы. Если новое равновесие не совпадает с первоначальным, можно говорить о разрушении системы, то есть ее переходе в новое состояние.

Как же нарушается это равновесие, спросите Вы?

Окружающий нас мир представляется системой масс, связанных более или менее сильными связями. К таким телам можно отнести, например, строительные конструкции, горы или различные массивные образования в земной коре, формирующиеся тяготением планеты. Их совокупность мы называем "системой связанных масс". Формы и объемы тел разнообразны. Они взаимодействуют между собой в статике и динамике. Материальные системы постоянно и прерывисто изменяются под действием физических полей. На них действует поле тяготения планеты, а также переменные поля температуры, влажности и т.п.

По нашему мнению, основной причиной разбалансировки системы является сила тяжести или, другими словами, вес геологических тел. Каждый кубометр горных пород весит около 3 тонн. На глубине 40 км весовое давление может превышать 120000 т/кв. метров. Это колоссальная нагрузка!

К тому же температура на больших глубинах может достигать сотен градусов. Очевидно, что при таких давлениях и температурах механические свойства материалов отличаются от тех, что находятся на поверхности Земли. Говоря проще, земная кора "плавает" в вязкой массе. Естественно, что со временем тот или иной элемент системы, ввиду разности масс, трения и прочих характеристик, будет проседать под собственным весом, вызывая сотрясения окружающей среды. При этом сдвигающаяся масса тормозит, производя удар о какие-либо неоднородности и/или нижележащее основание, в результате чего происходит распространение механического импульса от одного элемента системы к другому.

С помощью данной теории можно объяснить, почему относительно слабые землетрясения могут вызывать значительные разрушения. Выполнив простой опыт и расчёты, можно не сложно показать, что два шарика с разной массой, падающие с такой высоты, что их потенциальная энергия одинакова, будут при ударе о землю давать разный импульс. То есть при одинаковой высвободившейся энергии генерируемый импульс будет разным. Верно и то, что при одинаковом импульсе возможно выделение разной энергии. Также происходит и при землетрясениях – при определённых условиях сейсмические события с равной энергией дают разную величину импульса, что и приводит к неодинаковым последствиям.

К сожалению, учёные порой не замечают очевидного из-за обилия той информации, что приоткрывают каждый день, пытаясь понять суть того или иного процесса.

Например, законы упругости, что довольно часто используются для объяснения природы землетрясения, не могут быть использованы при рассмотрении процессов с сильными давлениями и, тем более, протекающими на протяжении нескольких месяцев, десятков и сотен лет. По общепринятой "теории упругой отдачи" Генри Филдинга Рейда высвобождаемая при землетрясении энергия должна была бы разогреть окружающую среду до значительных температур, но этого не происходит и более того она даже в ряде случаев (землетрясение с магнитудой 8.1 в Китае, горы Куньлунь, 14 ноября 2011 года) снижается. При этом энергия в миллионы Джоулей предположительно выделяется в считанные секунды, что является весьма сомнительным и противоречивым.

Естественно нельзя утверждать, что все существующие сегодня теории сейсмических процессов неверны. Они лишь ограничены.

На наш взгляд в современной сейсмологии сформировался кризис. Результаты наблюдений не могут быть объяснены одним единственно правильным способом. Конечно, со временем эта проблема будет решена, но возможно возникнет ещё больше вопросов… 

Текст подготовлен младшим научным сотрудником Андреем Панфиловым, старшим научным сотрудником, кандидатом физико-математических наук Сергеем Мишиным и ведущим научным сотрудником, кандидатом геолого-минералогических наук Ибрагимом Хасановым лаборатории региональной геологии и геофизики СВКНИИ ДВО РАН.

MagadanMedia.