Текст книги "Землетрясения"
Автор книги: Пьер Руссо
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 16 страниц)
Затем выделяется Мезо-Европа, сложившаяся под влиянием значительно более древнего складкообразования, а именно герцинской складчатости в конце палеозойской эры. От герцинской складчатости сохранились лишь некоторые следы: холмы Бретани, Арденны, Вогезы, Центральный массив. Эта складчатость затронула районы, входящие теперь в юг Великобритании, север Франции, Бельгию и Западную Германию.
Еще более древняя каледонская складчатость образует ось Палео-Европы. Она приурочена к началу палеозойской эры и почти повсюду выравнена эрозией. Поэтому ее следы сохранились лишь в отдельных районах, например в Шотландии и Норвегии.
И, наконец, Рихтер и Гутенберг выделяют ту часть Европы, которая никогда не испытывала складчатости, и образует продолжение огромной русской равнины – Сибирского щита. Этот исключительно стойкий район включает в основном страны Восточной Европы, Прибалтику, СССР и Скандинавию.
Читатель, разумеется, сразу же сообразил, что эги четыре региона разного возраста характеризуются неодинаковой сейсмичностью. Совершенно очевидно, что чем старше горы, тем больше они стабилизировались, тем меньше они сминаются в складки и тем реже здесь возникают землетрясения. Следовательно, мы можем предугадать, что сейсмичность снизится по мере перехода от Нео-Европы к Мезо-Европе, а затем к Палео-Европе.
Нам известна сейсмичность Нео-Европы, то есть Альпийской Европы, о которой мы только что говорили. Для французов представляют интерес только землетрясения в Альпах, поскольку они могут затронуть их страну.
Самое последнее землетрясение во Франции датируется 5 апрелем 1959 года, его эпицентр находился в долине Ибэ (департамент Нижние Альпы). Этот район уже испытал немало подземных толчков, но «и один из них не достигал такой интенсивности.
В селении Гранд-Серен (вблизи Барселонетты) верующие собрались на торжественную мессу в 11 часов (5 апреля приходилось на воскресенье), как вдруг они почувствовали, что земля уходит из-под ног. Прихожане увидели, как священник зашатался, прижался к алтарю и тут же услышали его крик: «Спасайтесь! Землетрясение!» В тот же миг обрушился свод. И в этом и в соседних селениях было разрушено 60 домов, а материальный ущерб оценивался в 800 миллионов старых франков.
Альпы повинны и в самом сильном землетрясении из всех, которые когда-либо испытала Франция. Оно разразилось В Провансе 11 июня 1909 года. Зона наибольшего разрушения проходила между рекой Дюране и озером Этан-де-Бер; многие селения лежали в развалинах, погибло около 40 человек.
Одно из последних землетрясений, которое тоже следует отнести на счет альпийской складчатости, если не на счет самих Альп, произошло в департаменте Верхние Пиренеи 25 ноября 1958 года. Пиренеи – ответвление Альп и почти их ровесники. Это землетрясение дало о себе знать только тем, что опрокинуло несколько дымоходов и нанесло небольшие повреждения отдельным домам в двух-трех селениях.
Переходя от Нео-Европы к Мезо-Европе, арене герцинской складчатости, мы вправе предположить, что сейсмическая активность будет здесь слабее. На самом деле она фактически сведена тут на нет. И только на северной границе герцинской складчатости время от времени раздаются ощутимые толчки. Заметим, что граница эта проходит через Бельгию, и если иногда парижане ощущают слабые толчки, то как отголоски возмущений, очаги которых находятся в том районе. Первое землетрясение в герцинской зоне Бельгии, о котором сохранились сведения в Париже, относится к 330 году. Сообщения о последующих землетрясениях приурочены к 1580, 1692, 1756, 1878 годам, а самое интересное – к 1938 году. Об этом последнем сейсмическом событии мы часто упоминали. Оно произошло 11 июля в 11 часов 58 минут; очаг его находился на глубине около 25 километров между Лиллем и Куртре. Разрушения вокруг эпицентра в основном ограничивались обвалившимися дымоходами.
В Париже, где интенсивность землетрясения достигала II баллов, те люди, которые почувствовали что-то неладное, ощутили только один-два толчка; очень немногие жаловались на тошноту и головокружение, некоторые видели, как вещи закачались или сдвинулись с места. Это не помешало отдельным взволнованным жильцам верхних этажей позвонить в полицию и справиться, не грозит ли разрушение их дому. Профессор Шарль Морэн, представивший в Академию наук отчет об этом землетрясении, определил его продолжительность примерно в 13 минут, а амплитуду – в 0,25 миллиметра. Добавим, что вслед за главным толчком последовало множество повторных и это продолжалось несколько дней.
Поскольку сейсмичность Мезо-Европы столь ничтожна, надо думать, что в Палео-Европе она еще слабее. Британские острова почти не знают землетрясений. Дейвисон насчитал там 1191 землетрясение за период с 974 по 1924 год. Самое сильное из них с магнитудой 5,5 произошло в 1884 году на юго-востоке Великобритании. Отметим, впрочем, что из-за каледонской складчатости сейсмичность Шотландии несколько выше. По той же причине в Норвегии в 1904 году произошло землетрясение с магнитудой 6. Что касается остальной части Скандинавии, то, если там и ощущаются время от времени слабые колебания грунта, их обычно приписывают стремлению к возобновлению изостатического равновесия, а не затухающей сейсмической активности.
По всей вероятности, именно каледонской складчатости мы должны приписать землетрясения, которые ощущались на западе Франции, например 30 июля 1926 года на побережье Нормандии, 7 июня 1931 года под Северным морем, 3 октября 1933 года в Орлеане, 14 августа 1935 года в Пюи-де-Дом и 6 января 1959 года в Нормандии и Бретани.
Мир сейсмический и мир устойчивый
Палео-Европа, Мезо-Европа, Нео-Европа – вот три аспекта нашего континента, три этапа его истории, которая тесно переплетается с историей земного шара в целом. Впрочем, история эта очень проста, если смотреть на нее глазами геолога.
Действительно, заглянув в глубь далекого прошлого таких древних стран, как Китай, Япония, Средний Восток, Италия, мы увидим, что во все времена их сейсмическая активность была почти такой же, как и в наши дни. В сущности, такое постоянство закономерно, поскольку вопреки географическим метаморфозам, которые от одной геологической эры к другой изменяли лик Земли, главные его черты оставались такими же, как в докембрийское время. Всегда на Земле были геосинклинали, где зарождались горы, которые со временем больше или меньше разрушались в зависимости от их возраста. Геосинклиналям противостояли обширные невозмутимые на протяжении веков континентальные платформы, покой которых никогда не нарушался.
Два сейсмических пояса, о которых говорилось выше, образуют всего лишь две узкие полосы, опоясывающие земной шар. Это сущий пустяк по сравнению с громадными территориям», где сейсмических возмущений не наблюдается. Достаточно перечислить места, где не бывает землетрясений, чтобы убедиться, что они составляют подавляющее большинство: Канадский, Китайско-Сибирский и Бразильский щиты, древняя платформа Индии, Аравии, Австралии и вся огромная территория Африки, за исключением северной части континента и линии разломов, отмеченной Великими озерами. Грунт не колеблется в этих районах. И те несколько возмущений, о которых говорят в Африке и Бразилии, составляют лишь 0,3 процента общего числа землетрясений, наблюдаемых за год, а толчки в Индии, Австралии и Мадагаскаре, вместе взятые, – лишь 0,2 процента. К несчастью, устойчивые районы не всегда принадлежат к числу самых богатых и, следовательно, самых населенных на земном шаре.
Впрочем, настало время поделиться с читателями еще некоторыми результатами научных исследований.
Мы рассмотрели всю поверхность земного шара и разделили ее на сейсмические и устойчивые районы. Но не кажется ли вам, что мы о чем-то забыли? А океаны? Они ведь занимают три четверти поверхности земного шара, и, безусловно, интересно выяснить, к какой же категории их отнести.
Так вот, надо сказать, что дно океанов, как правило, устойчиво. Больше всего поражает, что устойчиво даже дно Тихого океана. Кто бы поверил этому? Окруженный грозным сейсмическим поясом и огненным кольцом вулканов, Тихий океан принадлежит к числу регионов земного шара с самой слабой сейсмической активностью. Поступали сообщения о каких-то толчках, якобы ощущавшихся на Таити и других островах, но после тщательной проверки выяснилось, что эти утверждения были ошибочными. Теперь общепризнано, что, за исключением Гавайских островов, Тихий океан, с точки зрения сейсмологов, следует признать поистине самым тихим в мире.
Рассматриваемый под этим углом зрения, Тихий океан значительно отличается от Атлантического. Землетрясения в Атлантике относительно часты, а их эпицентры вытянуты в меридиональном направлении в центральной части океана (рис. 20). Такое их размещение не должно вызывать удивления, если вспомнить, что именно здесь, на дне океана, вздымаются настоящие горы – Срединно-Атлантический подводный хребет. Подводный хребет проходит через острова Буве, Святого Павла, Азорские и Исландию. Его продолжает недавно открытый советскими учеными хребет Ломоносова, который проходит под водами Арктики. Пет ничего удивительного в том, что этой складчатости свойственны такие же катаклизмы, как и ее континентальным сестрам. Подводные сейсмические возмущения не очень опасны для судов, и, как мы говорили выше, после катастроф в Сан-Франциско и Мессине, экипажи судов даже становятся спокойнее, когда понимают, что имеют дело с землетрясением, а не с подводными рифами.
У Азорских островов Срединно-Атлантический подводный хребет образует конечную точку евразиатского сейсмического пояса. Но сам этот хребет дает ответвление к Индийскому и Тихому океанам. Вспомним, что в течение последнего геофизического года океанографы подтвердили существование огромного разлома, один отрезок которого проходит по той же трассе. Этот разлом, глубиной от 3 до 9 километров и шириной от 30 до 40 километров, достигает в длину 72 000 километров, включая, разумеется, все его ответвления. В 1960 году «Вема», океанографическое судно Колумбийского университета США, подтвердило, что этот разлом приурочен к ряду районов, отличающихся высокой сейсмической активностью.
Работы по исследованию дна Мирового океана не завершены, и весьма возможно, что его глубины таят еще много неожиданного.
Микросейсмические возмущения
Итак, на земном шаре имеются сейсмические и устойчивые районы. Это успокаивает население последних и вселяет смятение в души жителей сейсмических районов. Но и те, и другие не знают, что, в сущности, они живут в одинаковых условиях и что земля даже в глубине необъятных пространств Сибири ни на минуту не прекращает вздрагивать.
Речь здесь идет о «приливах на суше», когда дважды в день лунное притяжение приподнимает кору, точно так же как поверхность океанов. Если вам когда-либо посчастливилось посетить сейсмологическую обсерваторию, то вы уже поняли, о чем идет речь.
Стрелка сейсмографа никогда не знает покоя. Она подрагивает постоянно, даже когда нет никакого землетрясения. В этом подрагивании понемногу отражается все: и колебания, вызванные вашими шагами, и те, которые возникли из-за проезжающих неподалеку машин, поездов метро и железнодорожных составов, из-за деятельности расположенных поблизости заводов, из-за покачивания зданий при порывах сильного ветра и даже качания деревьев в саду. Разумеется, все эти движения очень разнородны; у некоторых колебаний период не превышает 0,1 секунды, у других от 15 до 30 секунд, а в холодную погоду бывают волны с периодом более 0,5 минуты.
Но это еще не все; когда сейсмолог вычеркивает из записи все такие помехи, в них кое-что остается. Образец такой очищенной от помех записи воспроизведен на рис. 22.
Р и с. 22. Сейсмограмма микросейсмов, зарегистрированных Парижским институтом физики земного шара 11 октября 1946 года Обратите внимание на периодическое возвращение цугов волн с более значительной амплитудой.
Речь идет о колебаниях особого вида, или, скорее, о равномерной вибрации с периодом от 3 до 10 секунд. Но периодически повторяются группы волн с более значительной амплитудой. Чем же объясняется такая вибрация? Раз все помехи устранены, надо думать, что она исходит из самого грунта, а поскольку здесь не может быть и речи о подлинных землетрясениях, мы имеем дело с микросейсмами. Это ничтожные сейсмические возмущения, поскольку колебания, передающиеся от них грунту, при длине волны не более 2 километров имеют амплитуду в несколько тысячных долей миллиметра.
Таковы микросейсмические возмущения, о которых с различной силой, но с невозмутимым постоянством свидетельствуют сейсмографы всех сейсмических станций мира в любое время дня и ночи. Эта деятельность никогда не прекращается. Зимой она усиливается и иногда в течение нескольких дней разражается микросейсмическими штормами.
Это странное явление обнаружил в 1873 году флорентинский монах Бертелли. После него многие ученые пытались разгадать тайну таких колебаний. По правде говоря, потребовалось очень немного времени, чтобы прийти к выводу, что они носят метеорологический характер. Действительно, сейсмологи, работающие в тропиках, заметили, что микросейсмические штормы совпадали с тайфуном (или циклоном), проносившимся в районе их станций. В Европе другие геофизики подтвердили, что микросейсмические штормы, как правило, совпадали с развитием над Атлантическим океаном области низкого атмосферного давления. Наконец, в США и Франции, независимо друг от друга, двое ученых экспериментально доказали предполагавшуюся ранее связь.
В США этим ученым был тоже монах Рамирес, представивший свое доказательство в 1940 году, в Европе – молодой исследователь Института физики земного шара в Париже Пьер Бернар, имя которого уже упоминалось нами. Бернар обнаружил на сейсмограмме обсерватории Сен-Морского парка запись микросейсмического шторма, возникшего внезапно. Это позволило Бернару выявить его причину. Молодой ученый затребовал сейсмограммы за этот день от ряда обсерваторий: из Страсбурга, Кью (Англия), Штуттгарта, Абиско (Швеция), Ксара (Ливан) и других и сопоставил их записи микросейсмического шторма. Это дало возможность определить его эпицентр. Бернар обнаружил, что источник шторма находился на юге Исландии, как раз там, где расположился минимум атмосферного давления. Итак, доказательство было получено. Бернар установил также скорость распространения микросейсмического шторма, равную 1,9 километра в секунду.
Оставалось выяснить, с помощью какого механизма атмосферная депрессия заставила вибрировать землю на расстоянии тысячи километров. Специалисты, такие, как индийский метеоролог Банерджи и крупный английский физик Уиппл, объясняли сейсмические штормы волнениями на поверхности океана: «Изменения атмосферного давления над поверхностью воды, которое сообщается дну океана и заставляет его вибрировать, порождает ряд волн; последние и создают мнкросейсмический шторм». Тот же Бернар уточнил двойственный характер этого механизма. «Некоторые мнкросейсмические штормы вызываются интерференцией волн на поверхности океана, распространяющихся во всех направлениях от периферии циклона к его центру; там они резко сталкиваются и образуют «пирамидальные волны»; другие микросейсмические штормы объясняются ударами морских волн о берег».
В 1947 году англичанин Дикон убедился, что действительно период вибрации микросейсмов меняется в точном соответствии с периодом порождающих их волн.
Распознавание циклонов и прогноз морских штормов
Разумеется, загадку микросейсмических возмущений еще нельзя считать окончательно решенной. В связи с этим возникает много вопросов. Почему, например, понижение атмосферного давления на Ботническом заливе порождает микросейсмические волны в Бретани, а не в Париже? Вы, вероятно, скажете, что это – теоретические проблемы, и даже сочтете их недостойными внимания. Предупреждаю вас, что интерес к ним вызван не только пустым любопытством. Достаточно сказать, что микросейсмам придавалось большое значение в войне, которую вели США с 1943 по 1945 год в самом центре Тихого океана.
Раз циклоны порождают микросейсмические штормы, закономерно, получив на сейсмограмме запись такого шторма, сделать вывод о присутствии циклона в соседних водах. Можно даже определить место этого циклона, поставив три или четыре сейсмографа на соответствующем расстоянии, как это делают геодезисты со своими приборами при триангуляциях. Так, американцы в последнюю войну, основываясь на работах Рамиреса, нашли способ обнаружения циклонов посредством регистрации микросейсмических штормов. Этому методу метеорологической защиты американцы придавали серьезное значение при десантных операциях, которые от одного острова к другому должны были привести их в Японию. В настоящее время этим методом пользуются для прогнозов штормов в Карибском море.
Однако сам метод еще далеко несовершенен. Поэтому Пьер Бернар и заинтересовался прогнозами волнений на поверхности океанов. Французский ученый исходил из того, что в большинстве случаев микросейсмические штормы предшествуют волнению на поверхности океана. Это позволяет строить прогнозы морских штормов на основе микросейсмических бурь. Таким образом можно предусмотреть волнение на поверхности океанов и предсказать его силу, период и продолжительность. Бернар решил разработать до конца этот метод, для чего снабдил свой сейсмограф специальным электрическим регистриром. Новая техника прогнозирования волнений на поверхности морей и океанов будет в дальнейшем совершенствоваться, но здесь мы о ней больше говорить не будем. Нам надо было только показать, что такое якобы чисто теоретическое исследование, как изучение микросейсмических штормов, может дать практические результаты.
Глава одиннадцатая
Человек против землетрясений
Заглавие этой главы несколько ироническое, ведь чтобы высказаться против чего-нибудь, надо по крайней мере иметь возможность это сделать. Между тем еще в античные времена Сенека провозгласил: «Нет никакого средства против землетрясений»[66]66
Сенека, Луций Анней (4 год до н. э. – 65 год н. э.) – римский ученый и философ. В двух его сочинениях – трагедия «Медея» и трактат «Вопросы естествознания» – содержится много сведений о географических представлениях того времени. – Прим. ред.
[Закрыть]. И далее автор «Вопросов естествознания» утверждал, что «землетрясение – это такое зло, которое распространяется вдоль и поперек земного шара. Оно неотвратимо, ненасытно и опасно для всех, так как не только поглощает отдельные дома, семьи и города, но и уничтожает целые народы и разрушает обширные области». В самом деле, некоторые бедствия всецело зависят от того, проявит ли человек достаточно мудрости или наоборот окажется неосмотрительным. К их числу относятся войны и несчастные случаи в дороге, но сейсмические катастрофы принадлежат к той категории бедствий, перед которой бессильна наша добрая или злая воля. К ним применимы слова Наполеона о любви: «Единственный способ ее победить – это бегство, если только оно возможно». Но можно ли дать совет жителям Эльзаса или Лотарингии под страхом нового нашествия бежать из своей страны и поселиться где-нибудь на чужбине? Точно так же нельзя требовать от населения сейсмических зон, чтобы оно покинуло родные места. «Где родился, там и пригодился», – говорит народная пословица. Раз землетрясения неотвратимы, единственное, что мы можем им противопоставить, – это ограничение числа жертв и масштабов ущерба.
Что же, это не так уж мало, и думается, что читатель согласится с нами, вспомнив первые главы книги. Он ведь уже знает, что при почти равной магнитуде последствия землетрясений бывают далеко не одинаковые. Вспомним, что в Сан-Франциско было только 700 убитых, а материальный ущерб оказался совсем ничтожным, тогда как в Мессине и в Японии число человеческих жертв превысило 100 тысяч и почти все строения оказались разрушенными. Задуматься над причиной подобных контрастов полезно, но нужно поставить перед собой более практическую задачу: как свести последствия землетрясений до того уровня, какой мы наблюдали в Калифорнии?
Короче, теперь мы хотим выяснить, почему же при одном землетрясении больше жертв, чем при другом, почему сооружения в одном случае пострадали сильнее, чем в другом. Итальянские власти после землетрясений 1783 и 1908 годов пытались дать населению сейсмических районов советы, как спастись самим и как уберечь сооружения. Мы последуем их примеру. Скажем сразу же, что число человеческих жертв во многих случаях зависит от прочности строений и что чаще всего смерть несут обломки зданий и пожары, особенно когда пожарные команды бессильны что-либо предпринять, ибо нечем наполнить шланги.
Один ответ на вопросы, которые мы ставим в этой главе, уже напрашивается: если исключить пожар, то свыше 90 процентов человеческих жертв и больше 50 процентов материального ущерба причиняются разрушением строений из-за недостаточной их прочности. Чем же объясняется хрупкость строений? Да тем, что они часто сооружаются из материала низкого качества и без учета требований сейсмостойкости.
Размер ущерба зависит от методов строительства
Вспомним о широком разнообразии используемых строительных материалов или о хижинах отставших в своем развитии народов и даже о традиционных японских домиках из бамбука и бумаги. Такие домики не рушатся при землетрясениях, а просто распадаются. Опасность возникала, только если хозяин имел неосторожность покрыть свой домик тяжелой крышей: ее обвала приходилось бояться.
Далее вспомним суррогаты камня, которые так широко применяются при строительстве, например совсем необожженный или обожженный только солнцем кирпич, используемый в Южной Америке и даже на юго-западе США; глинобитные хижины Ближнего Востока. А сколько еще других не подходящих для строительства материалов! Лед в Гренландии, ил на Тайване, лёсс в Китае. При первом подземном толчке все это рушится или оседает, погребая людей.
В памяти возникают и массивные сооружения античного мира – храмы, дворцы. Их строили из тяжелых каменных глыб, и они обязаны своей прочностью не столько скрепляющему известковому раствору, сколько самой тяжести материала. Масса позволяет таким строениям выдержать колебания небольшой амплитуды, но берегитесь трещин в стене и молниеносного обвала при сильном толчке!
Впрочем, оставим эти уходящие в прошлое способы строительства и ограничимся поведением при землетрясении современных зданий. Здесь немало примеров дают нам катастрофы в Сан-Франциско, Мессине и Японии. Строения там сооружались из камня, скрепленного известковым раствором, но мы уже говорили, что причиной чудовищных разрушений было низкое качество работ и плохие строительные материалы. Добавим к этому и мертвую хватку традиций: жители некоторых областей Италии даже в 1930 году строили новые дома по способу, который Малле считал преступным еще в 1857 году. Рихтер пишет: «В Калифорнии часто использовали настолько слабый раствор, что после нескольких разрушительных землетрясений оказалось выгодным собирать кирпичи разрушенных зданий, смывать с них остатки старого раствора и вновь продавать»[67]67
Ч. Ф. Рихтер, Элементарная сейсмология, ИЛ, М., 1963, стр. 93.
[Закрыть].
…И от строения поверхности
Разумеется, размеры ущерба зависят главным образом от интенсивности сотрясений, а последняя в свою очередь от строения поверхности. Строить жилища близко от разлома – это поистине искушать судьбу! Нет сомнения, что рантье, которому пришло бы в голову построить взлелеянную в мечтах виллу на краю разлома Сан-Андреас, недолго наслаждался бы ею. И вряд ли нашлась бы компания, которая согласилась бы ее застраховать.
Земля не везде одинаково прочна, даже если в ней нет трещин. Ее прочность зависит от слагающих пород. Если рельеф сложен компактными и стойкими породами, например гранитами, то поверхность вибрирует, подвижки происходят целыми глыбами, которые не деформируются… Чтобы построенные на таком грунте дома сразу же обрушились, нужен внезапный и достаточно интенсивный толчок. Наоборот, на рыхлом грунте, скажем на песчаном или глинистом, сопротивляемость толчкам не везде одинакова, и, следовательно, деформация тоже оказывается неодинаковой в разных местах. Достаточно небольшого толчка, чтобы разрушить дома, построенные на таком грунте: они деформируются неравномерно и испытывают воздействие сил, нажимающих на них в разных направлениях. Положение становится особенно угрожающим на стыке жестких пород с наносами: даже слабого толчка достаточно, чтобы все превратить в развалины.
Как будто единственная возможность избежать разрушения зданий, воздвигнутых в таких местах или на любом другом рыхлом грунте, – это строить жилища легкими и эластичными, чтобы они плотно примыкали к грунту и могли приспособиться к его деформациям. Именно так уже издавна строят в Японии. Вспомним описания старого Токио с его жилищами из раскрашенной бумаги, которые послушно изгибались при землетрясении, а затем так же легко принимали первоначальную форму. Тростник победил дуб и на этот раз!
Фримен, поборник сейсмостойких строений
Потребовалось землетрясение 1923 года, чтобы обнаружить, что тростник подвел.
Уже землетрясение 1906 года в Сан-Франциско заставило призадуматься инженеров и архитекторов. Оно показало, что обычные каменные строения разрушались, причиняя гибель, деревянные домишки тоже разваливались, правда не нанося такого вреда, и только высокие здания с металлическим каркасом победоносно выдержали натиск. События 1923 года в Токио и Иокогаме подтвердили превосходство массивных строений над легкими. После катастрофы тяжелые монолиты из бетона, непоколебимые и невоспламеняющиеся, возвышались среди развалин, красноречиво доказывая, что подземные толчки не имеют над ними власти.
После этого строители впервые призадумались, не пора ли заняться исследованием проблем сейсмостойкости архитектурных сооружений не эмпирически, а теоретически. Первый сигнал тревоги дал американский инженер Фримен, о котором мы уже упоминали.
«Как в нашей стране, страдающей от землетрясений, архитекторы смеют заниматься строительством, не учитывая возможности сейсмических возмущений! – негодовал этот поборник сейсмостойкой архитектуры. – Сейсмология остается теоретической наукой, и никто не пытается сделать из нее практические выводы! Возмутительно, что курсы лекций, читаемых в высших школах, и техническая литература не отводят ни одной строки сейсмическим явлениям и не учат будущих инженеров, как бороться с ними».
Когда Фримен бросил первый камень в болото косности, когда он начал кричать, бушевать, требовать пересмотра учебных программ, конструирования измерительных приборов, сбора статистических данных, проведения экспериментов, только тогда зашевелились власти в его стране. Проблема была поставлена на обсуждение конгресса, который проголосовал за выделение соответствующих ассигнований. Измерительные приборы, которых требовал Фримен, были изобретены, сконструированы и распределены по сейсмическим районам США. Тогда идея об усилении жесткости конструкций получила всеобщую поддержку. Стало очевидным, что, если здание состоит из нескольких слабо связанных частей, землетрясение может отразиться на каждой из них по-разному, так что каждая линия контакта станет неизбежно линией разрыва. В частности, на рыхлом грунте рекомендовалось возводить только монолитные здания, и те, кто последовал этому совету, добились поразительных результатов.
Здания, столь же жесткие, как стальные кубы, остались нетронутыми на растрескавшейся и смятой в складки земле. Были и такие строения, которые наклонялись от толчков, но не растрескались, и их удалось выпрямить домкратом. Научились придавать жесткость не только самим зданиям, но и их внутреннему оборудованию. Если закрепление мебели посредством металлической арматуры и оказалось неосуществимым, то по крайней мере удалось прочно закрепить дверные коробки и оконные рамы, канализационные и водопроводные трубы, нагревательные приборы, осветительную аппаратуру, не говоря уже о штукатурке потолков, один квадратный метр которой, согласно одному американскому докладу, может весить до 39 килограммов.
Единственная трудность, которую не удалось преодолеть сторонникам сейсмостойкой архитектуры, заключалась в следующем: исследования, начатые в Германии в 1930 году и продолженные в США, показали, что у грунта могут быть свои собственные периоды колебаний. Если у здания оказываются случайно точно такие же периоды колебаний, то может возникнуть явление резонанса, способное свалить самое прочное сооружение. Объясним, в чем тут дело. Все знают, что качели при данной длине веревок имеют совершенно определенный период колебаний. Можно увеличить или уменьшить амплитуду, но нельзя изменить продолжительность ьтих колебаний. Если раскачивать качели в одном темпе, то есть сообщить им импульс, отвечающий периоду их собственных колебаний, то амплитуда этих колебаний все больше и больше увеличивается. В этом случае говорят, что качели «резонируют». Явление резонанса имеет очень важное значение и может даже привести к катастрофе. В 1850 году около Анжера полк, не нарушая размеренного шага, вступил на подвесной мост. Период шагов совпал с периодом колебаний моста. И тут произошло то же, что случается с качелями: мост начал раскачиваться все сильнее и сильнее, пока его колебания не стали столь значительными, что тросы лопнули и солдаты очутились в воде.
Ну так вот, исследования периодов колебаний, проводившиеся в США в 1935–1940 годах, показали, что вибрации «резонирующего» здания при повторных импульсах могут привести к его разлому. Как бороться с этой угрозой, еще не найдено. К счастью, в действительности к периоду колебаний здания присовокупляются колебания различных его элементов – каркаса, балок, полов и т. д., – и они взаимно погашаются.
Как сейсмические толчки разрушают строения
Не думайте, что удовлетворение такого требования, как жесткость здания, совсем уж простая проблема. В самом деле, исследования, связанные с сейсмостойкостью, сопровождались не только опытами, но и потоком математических и инженерных выкладок. Ученые обнаружили, что эту проблему надо решать не только в статике, но и в динамике и что подземный толчок – сам по себе явление значительно более сложное, чем думали раньше.
Разумеется, мы не станем здесь излагать все детали математических вычислений и сложных анализов и ограничимся лишь теми выводами, к которым пришли специалисты. Теперь эти выводы кладутся в основу проектирования всех сейсмостойких сооружений.
Прежде всего отметим, что сейсмостойкое сооружение должно проектироваться совсем не так, как обычное. Последнее несет главным образом вертикальные нагрузки. Идет ли здесь речь о жилом доме, мосте или водонапорной башне, жесткость должна с особенной тщательностью обеспечиваться по вертикальной компоненте. Надо рассчитать так, чтобы пол десятого этажа не рухнул, если на него поставят рояль или несгораемый шкаф. Что касается горизонтального сопротивления, то здесь не приходится бояться ни перегрузки, ни ударов, разве только давления сильных ветров. В данном случае вместо каменной стены можно обойтись цементной, прикрепленной к металлическому каркасу.
