Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"
Автор книги: Тони Уолтхэм
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 20 страниц)
Сейсмические пояса и устойчивые участки
Как мы уже видели, самые активные сейсмические пояса протягиваются по периметру Тихого океана и вдоль линии Гималаи – Средиземноморье. Активность второго из названных поясов означает, что Европу можно подразделить на два района, характеризующихся разными сейсмическими условиями. Северная часть, по существу, устойчива и не подвергается крупным землетрясениям, тогда как в южной части вокруг Средиземноморья картина совершенно иная. Хотя по частоте землетрясений Средиземноморье нельзя сравнивать с краевыми зонами Тихого океана, оно знаменито тем, что здесь произошел один из самых сильных толчков в мире.
В 1755 т. не было приборов для точного измерения масштаба землетрясений, но сейчас считается общепризнанным, что землетрясение, которое произошло в столице Португалии Лиссабоне 1 ноября 1755 г., по-видимому, имело магнитуду около 8,9. Если существует максимальный предел магнитуды землетрясений, то интенсивность лиссабонского землетрясения, вероятно, была близкой к этому пределу. Толчок ощущался на огромной территории, включая всю Европу и все Средиземноморье. В самом Лиссабоне разрушения были ужасающими.
Никаких признаков надвигающейся катастрофы не было до 9 ч 30 мин утра, когда раздался звук, похожий на подземный гром. С ним совпал первый из трех главных толчков, который продолжался чуть более 6 мин. Многие районы города превратились в груды обломков, в разрушенных домах забушевали пожары. Это был день всех святых, и многие сотни людей, пришедшие на богослужения, погибли под обломками церквей. Установлено, что число человеческих жертв достигало 60 000, причем большинство погибло в течение первых 6 мин. Примерно через час после главного толчка море отступило, обнажив приливно-отливную полосу. Спустя некоторое время водные массы промчались назад и обрушились на берег в виде нескольких волн цунами. Значительная задержка во вступлении волн цунами позволяет предполагать, что они были связаны с афтершоками. Большинство эпицентров ударных волн, по-видимому, находилось в открытом море. Эти запоздавшие цунами довершили катастрофу. Многие из оставшихся в живых попытались покинуть рушащийся и горящий город, переправившись через реку Тахо. В 11 часов, когда более 100 человек собрались на берегу реки, над набережной пронеслась волна. Очевидцы этого происшествия, находившиеся в лодках, видели, как волна скрыла набережную и людей, а когда вода отступила, от массивной каменной набережной не осталось и следа, все стоявшие на ней были смыты и погибли. По рассказам современников, набережную «поглотила трещина в земле», но вероятнее считать, что она полностью погрузилась в песчаный грунт, который утратил свои несущие свойства из-за повышения давления грунтовых вод под действием цунами.
Через 28 лет после катастрофы в Лиссабоне, в 1783 г., крупное землетрясение произошло в области Калабрия южной Италии. Основные разрушения были вызваны многочисленными оползнями, возникшими на крутых склонах долин. Здесь же в 1908 г. случилось еще одно ужасное землетрясение, во время которого погибло более 100 000 человек. Значительный ущерб был нанесен городу Реджо-ди-Калабрия и порту Мессина в Сицилии. Разрушения были вызваны мощными подземными толчками, а также волнами цунами, пронесшимися по обоим берегам Мессинского пролива.
В Средиземноморском сейсмическом поясе землетрясения наблюдаются периодически. В 1926 г. произошло землетрясение, имевшее магнитуду 8,3, эпицентр которого находился вблизи острова Родос в Эгейском море. Южная часть Средиземноморья пострадала дважды – в 1954 и 1960 г. Во время первого из этих землетрясений погибли тысячи людей в районе Орлеанвиль в Алжире. Бедствие усугубилось тем, что обрушилась плотина Ламартин и в огромном, хлынувшем вниз потоке воды утонуло более 200 человек, оказавшихся поблизости. Землетрясение 1960 г. в марокканском городе Агадир произошло в районе, где с 1731 г. не было отмечено ни одного значительного подземного толчка. Но во время землетрясения 1960 г. город Агадир был разрушен настолько, что восстанавливать его не имело смысла. Территория города была выровнена бульдозерами, и жители покинули его. Во время землетрясения 1963 г. в Скопье (Югославия) было разрушено около 75 % зданий. Погибло более 1200 человек, но эту цифру можно считать поразительно низкой для землетрясения такой магнитуды. Этот факт объясняется тем, что в разрушенном городе не возникло пожаров, поскольку толчок произошел ранним летним утром, когда печи топились лишь в немногих домах, электричество же удалось немедленно отключить.
Несколько землетрясений в Сицилии в 1968 г. разрушили ряд деревень. Первые толчки были не очень сильными, но они заставили жителей покинуть свои дома; при шестом и седьмом толчках рухнуло большинство зданий. В деревне же Монтеваго, где первые толчки были слабыми и почти все жители остались в домах, большая часть населения, насчитывавшего 281 человек, погибла.
Предупреждение в виде предварительных толчков, возможно, спасло многие жизни во время землетрясения во Фриули (северная Италия) в мае 1976 г. Вечером, без пяти девять, начались резкие сотрясения, в домах с грохотом попадали со стен картины и задребезжала посуда. Через 5 мин последовал более сильный толчок. Он не вызвал разрушений, но люди в панике выбежали на улицы. Еще через 2 мин произошел главный толчок, который продолжался 55 с и достиг магнитуды 6,8. Деревни превратились в руины, но многие люди спаслись благодаря тому, что вовремя покинули дома. Тем не менее число погибших достигло 966 человек.
Британские острова являются полной противоположностью сейсмической зоне Средиземноморья. Они лежат на безопасной плите в сейсмически устойчивом районе. Еще ни разу не было зарегистрировано землетрясения с эпицентром в Ирландии. В Англии, Уэльсе и Шотландии землетрясения случались, но они были очень слабыми. В 1975–1977 гг. в районе Сток-он-Трент отмечались десятки мелких сотрясений. Выяснено, что они возникали главным образом на небольших разломах, приуроченных к каменноугольным отложениям. Перемещение по этим разломам было вызвано проседанием горных пород при добыче каменного угля. Возможно, осуществлялись также подвижки по древним разломам в толщах, подстилающих каменноугольные отложения. Незначительные Глубинные смещения такого масштаба могут происходить в любом месте, даже на достаточном удалении от активных границ плит, но они редко вызывают серьезные разрушения. Так, во время толчков в Уоррингтоне в ноябре 1976 г. упало с подставок несколько телевизоров. Рассказывают, что в начале того же года во время землетрясения в Херефорде с жердочки в клетке упал попугай. Слабые сотрясения, происшедшие в угленосном бассейне к северу от Ноттингема в 1974 и 1975 г., имели такое же происхождение, как и в районе Сток-он-Трент, и столь же незначительные последствия: многих обеспокоил ночью шум, некоторые ощутили вибрации, но разрушений зарегистрировано не было.
Землетрясение в Колчестере 22 апреля 1884 г. было, возможно, самым сильным из всех, когда-либо происходивших в Великобритании. Обрушилась крыша деревенской церкви в Ленгенхоу, колокольня при этом осталась неповрежденной. На острове Мерм открылись трещины в земле, а в деревне Уайвенхоу упали многие дымовые трубы и провалились крыши домов. Этот толчок вызвал, вероятно, единственный в Великобритании смертельный случай при землетрясении: в деревне Роухедж из печной трубы вывалились кирпичи и убили ребенка, сидевшего в кухне на полу. Явление 1884 г. было столь необычным для Великобритании, что получило название «великого английского землетрясения». Однако его едва ли можно сравнивать с землетрясениями в других районах мира.
Одним из наиболее крупных землетрясений, которыми знаменита Калифорния, было землетрясение 19 апреля 1906 г. с магнитудой 8,3. Эпицентр его находился к северу от Сан-Франциско. Смещение по разлому Сан-Андреас наблюдалось на протяжении 440 км и достигало 6,3 м по горизонтали. Произошло три толчка, которые продолжались более минуты; размеры нанесенного ущерба были огромны. Многие районы города были стерты с лица Земли, на окраине города вследствие сильных колебаний земной поверхности был сброшен с рельсов поезд. Самые серьезные разрушения были зарегистрированы в доках на берегу залива; здания, стоящие на рыхлом аллювии, пострадали гораздо больше, чем те дома, которые были построены на твердых коренных породах. Но худшее было еще впереди: разразился пожар, и все деревянные постройки, а город в основном состоял из них, загорелись. Водопровод был поврежден и вышел из строя. Попытка бороться с пожаром при помощи динамита оказалась бесполезной, и огонь бушевал в течение трех суток. В результате 500 кварталов города были полностью уничтожены, но общее число погибших было поразительно небольшим – всего около 700 человек. Хорошо, что небоскребы, столь характерные для американских городов, не стали модными в Сан-Франциско.
До этого землетрясения и после него в Калифорнии случилось еще много других землетрясений, но, возможно, самое показательное из них отнюдь не было самым крупным. В 6 ч утра 9 февраля 1971 г. в Сан-Фернандо, пригороде Лос-Анджелеса, произошло землетрясение, магнитуда которого достигла 6,6.
Оно захватило густонаселенный район и было так подробно зарегистрировано и изучено, что стало своеобразным эталоном, на примере которого можно оценить, какой ущерб способно причинить землетрясение в городском районе.
Землетрясение возникло на ранее не закартированном разломе под горой Маджик-Маунтин в 10 км к северу от главной заселенной долины. Толчки продолжались целую минуту. Подача газа и электричества была прекращена в самом начале землетрясения. Может быть, отчасти благодаря этому после землетрясения не возникло пожаров. Большинство домов в районе были деревянными и хорошо сохранились, хотя многие кирпичные трубы не устояли. В то же время старые каменные здания были разрушены вплоть до центра Лос-Анджелеса. Вероятно, из-за раннего времени суток и малочисленности людей на улицах погибло всего 65 человек, которые были в основном убиты падающими кирпичами.
На холмах за Сан-Фернандо было отмечено около тысячи мелких поверхностных оползней и камнепадов в каньонах. Более сильное нарушение грунта наблюдалось на аллювиальных равнинах вокруг гор. Там были сильно повреждены некоторые шоссе; обрушилась крупная транспортная развязка, включавшая несколько только что построенных путепроводов, из ее относительно тонких опорных башен выпали железобетонные плиты. С тех пор возникли сомнения: приемлемы ли сложные по своей конструкции высокие путепроводы для сейсмоопасных районов? Старое, построенное около 40 лет назад здание Госпиталя ветеранов разрушилось почти полностью и погребло под обломками 44 человека. Современные же, укрепленные железобетонными конструкциями корпуса больницы Олив-Вью выдержали толчки. Упали только лестничные блоки, прикрепленные к крыльям главных зданий. Это еще раз подтвердило антисейсмическую ценность железобетона.
Сохранению многих человеческих жизней при землетрясении в Сан-Фернандо способствовала также счастливая случайность: как раз перед землетрясением уровень воды в нижнем водохранилище Ван-Норман был понижен для проведения профилактического ремонта. Земляная плотина водохранилища была построена по ускоренному методу, и в ее середине остались недостаточно консолидированные, насыщенные водой осадки. При вибрации во время землетрясения возникло обширное оползневое обрушение на внутренней стороне плотины. Вода чуть не перелилась через полуразрушенную дамбу, и 80 000 человек были вынуждены покинуть свои дома до тех пор, пока водохранилище не будет осушено. За этот урок по конструкции и качеству строительства плотин в сейсмических районах чудом не было заплачено дорогой ценой огромных человеческих жертв.
Мы знаем, что на территории Китая, в поясе, простирающемся от Юнняня до Пекина и далее на северо-восток в Маньчжурию, издавна отмечалось много землетрясений. Возможно, там проходит линия какой-либо границы плит. Восточное побережье и остров Тайвань располагаются вдоль активной границы плит по периферии Тихого океана, а юго-восточные провинции страны почти асейсмичны. В западной части известно несколько довольно крупных землетрясений. Но два самых сильных в истории Китая землетрясения, которые одновременно явились и самыми разрушительными из известных в мире, наблюдались на территории пояса Юннянь – Пекин.
28 июля 1976 г. примерно в 160 км к юго-востоку от Пекина в густонаселенном районе северо-восточного Китая произошло очень мощное землетрясение с магнитудой 8,2, эпицентр которого находился в огромном промышленном городе Таншань. Масштаб разрушений и число человеческих жертв были почти беспрецедентными. Жилые дома и магазины, учреждения и заводы превратились в груды обломков. Весь город практически сровнялся с землей. Некоторые районы, расположенные на рыхлых грунтах, во время землетрясения сильно осели и покрылись множеством огромных трещин. Одна из таких трещин поглотила здание больницы и переполненный пассажирами поезд. Развитию трещин способствовало обрушение старых выработок в угольных шахтах. Население Таншаня насчитывало полтора миллиона человек, но лишь очень немногим удалось избежать телесных повреждений. Официальных сообщений об этой катастрофе из Китая не поступало, но в достоверном, хотя и неофициальном отчете, помещенном в гонконгской газете, сообщалось, что погибло 655 237 человек. В это число, правда, были включены также жертвы землетрясения за пределами Таншаня, в частности в Тяньцзине и Пекине. Во время землетрясения в восьми глубоких угольных шахтах, пройденных в твердых коренных породах, находилось около 10 000 шахтеров. Судя по сообщениям, ни один из них не погиб. Хотя в подземных выработках начались камнепады и затопление, всем шахтерам удалось спастись. А два месяца спустя почти все шахты вновь приступили к работе.
Эпицентр самого сильного в Китае землетрясения, произошедшего 23 января 1556 г., находился в городе Сиань (провинция Шэньси). Сиань расположен на берегах великой реки Хуанхэ, где равнины, выполненные рыхлыми осадками, чередуются с низкими холмами, сложенными тонким лёссовым материалом. По рассказам очевидцев, целые города погружались в грунт, разжиженный вследствие колебаний, и тысячи жилищ, вырытых в рыхлых лёссовых холмах, обрушились в считанные секунды. Поскольку толчок произошел в 5 ч утра, большинство семей еще находилось дома и с этим, несомненно, связано огромное число жертв – 830 000. Это единственное землетрясение, при котором погибших было больше, чем при катастрофе в Таншане.
Ударные волны Таншаньского землетрясения 1976 г. достигли Пекина и произвели значительные разрушения в столице Китая. Сейсмологи предсказывали, что произойдут новые землетрясения, поэтому после толчка 28 июля большинство 7-миллионного населения столицы ночевали на открытом воздухе, хотя шел сильный дождь. Людям посоветовали покинуть все здания и держаться подальше от построек, к домам высотой более пяти этажей запрещено было подходить, все крупные магазины были закрыты. Второго августа наблюдался мощный афтершок, который вызвал дальнейшие разрушения; при этом погибло несколько человек, проводивших спасательные работы в ранее рухнувших зданиях. Население Пекина продолжало ночевать под открытым небом, но крупных сотрясений больше не последовало. Наконец, 15 августа власти решили, что опасность миновала, и люди вернулись в свои дома.
Прогноз землетрясений
Предсказание землетрясений всегда было популярной темой, но лишь в последнее десятилетие оно перешло от прорицателей и религиозных фанатиков к ученым. К сожалению, эта проблема и в настоящее время остается трудной. Китайские специалисты заявляют, что в последние годы они предсказали 18 землетрясений из 31, но признают, что иногда объявленная тревога оказывалась ложной. По наблюдениям калифорнийских сейсмологов, в течение последних нескольких лет 25 раз сообщалось о «приближении землетрясений», но лишь в 15 случаях действительно последовали сильные толчки. Хотя, несомненно, имеется определенный прогресс в предвидении землетрясений, успехи в этой области пока еще недостаточны.
Один из распространенных способов предсказания землетрясений основан на анализе предварительных толчков, хотя отчетливые предварительные толчки до начала главного землетрясения скорее являются исключением, чем правилом. Подземные удары могут быть обнаружены при помощи сейсмографов или же Определены по поведению животных. Незадолго до землетрясения 1835 г. на побережье Чили все чайки устремились внутрь материка, а собаки покинули город Такауана. Перед землетрясением 1906 г. в Сан-Франциско всю ночь выли собаки. Китайцы заметили, что перед началом землетрясения змеи выползают из своих нор, а крысы покидают здания. Несомненно, животные и птицы ощущают гораздо более слабые колебания, чем человек. Японские исследователи установили, что наиболее чувствительными являются фазаны, которые вполне могут отличить сейсмические сотрясения от колебаний, вызванных движением транспорта.
Хотя отклонения в поведении животных позволяют предсказать лишь те землетрясения, которым предшествует несколько предварительных толчков, в Китае этим методом был осуществлен один из самых успешных прогнозов, известных на данный момент. Многие даже непрофессиональные наблюдатели замечали, что в течение всего 1974 г. поведение животных в Хайнэне (Маньчжурия) было странным и что признаки их беспокойства усилились 28 января 1975 г. В 2 ч ночи 4 февраля было объявлено, что в ближайшие два дня следует ожидать сильного землетрясения. Местное население покинуло дома; чтобы «выманить массы из зданий», была организована демонстрация кинофильмов под открытым небом. В половине восьмого утра того же дня действительно произошло землетрясение, имевшее магнитуду 7,3. Оно сровняло с землей 90 % зданий города, но «число человеческих жертв было минимальным».
Некоторые менее определенные методы прогноза основываются на изучении природных явлений, которые могут вызвать землетрясение. Прилив, заполняющий водоемы в новолуние или полнолуние, может оказаться вполне достаточной силой, чтобы в деформированных породах превысились пределы их упругости. В Гималаях землетрясения чаще происходят во время муссонных наводнений. Понижение атмосферного давления также может способствовать землетрясению. Образующиеся при падении давления высокие и тонкие, как дымка, облака иногда даже называют «предвестниками землетрясения».
Еще более сомнительным критерием прогноза является периодичность сейсмической активности. В Лиссабоне, например, сильные землетрясения отмечались в 1344, 1531 и 1755 г., следовательно, вскоре там снова должно произойти землетрясение, но прогноз, основанный на 200-летнем цикле, едва ли может указать точный срок, имеющий практическое значение. Недавно наблюдались подвижки вдоль почти всей зоны Анатолийского разлома в Турции, за исключением одного района близ Эрзинджана. Следовательно, в этой части разлома породы напряжены и в ближайшее время возможно их обрушение, но указать точно время ожидаемого землетрясения нельзя. На основе подобных же соображений, но с привлечением современного оборудования в 1973 г. было предсказано, что через 6 месяцев в Калифорнии в районе «замкнутого» участка разлома Сан-Андреас близ Холлистера разразится землетрясение. Однако ничего подобного не произошло.
Недавно советским ученым удалось достигнуть поразительных успехов в предсказании землетрясений. Они исходили из того, что перед землетрясением свойства породы меняются. Наиболее важным для прогноза является изменение скорости сейсмических волн. Скорость продольных сейсмических волн сначала снижается вследствие образования трещин, а затем возрастает, по мере того как вода заполняет эти трещины. Стало быть, сейсмолог должен лишь регистрировать ударные волны от незначительных, происходящих почти непрерывно сотрясений и уловить момент, когда изменится соотношение скоростей Р– и 5-волн, которое перед сильным землетрясением уменьшается на 5—10 %. Землетрясения следует ожидать, когда скорости волн снова станут обычными. На основании этих наблюдений можно предсказать время начала землетрясения.
Это хорошо видно на записях ударных волн, предшествовавших двум землетрясениям на территории Советского Союза. Судя по верхней записи, соотношение скоростей продольных и поперечных волн закономерно уменьшалось в течение двух месяцев. Затем оно начало возрастать, предупреждая, что землетрясение произойдет в ближайшие два месяца. Еще ценнее то обстоятельство, что интервал времени, в течение которого происходят эти изменения, указывает на интенсивность ожидаемого землетрясения. Первое из землетрясений имело магнитуду 5,4, и в течение четырех месяцев до этого события сейсмические скорости были пониженными. Предварительный период для землетрясения с магнитудой 4 составил лишь два месяца. А если бы период изменений длился 14 месяцев, это свидетельствовало бы о потенциальной возможности катастрофического землетрясения с магнитудой 7.
После того как советские ученые обнаружили это явление, оно было подтверждено американскими, японскими и китайскими сейсмологами, которым удалось осуществить удачный прогноз в районах, где имелось достаточно густая сеть сейсмографов.
Смещение пород к очагу землетрясения имеет и другие следствия: например, уменьшается удельное электрическое сопротивление пород, изменяется их магнитная восприимчивость, повышается содержание радона в грунтовых водах. Если удастся учитывать эти факторы в сочетании с изменениями скоростей волн, надежность прогноза, безусловно, возрастет,
Японские сейсмологи отдавали предпочтение прогнозированию землетрясений на основании изучения деформаций земной поверхности, выявляемых при детальной геологической съемке и измерении медленных изменений углов ее наклона вблизи разлома. Но давать прогнозы времени землетрясения на базе такого подхода нелегко. Вокруг городка Палмдейл у Лос-Анджелеса за период с 1959 по 1974 г. наблюдалось очень медленное поднятие участка площадью около 13 000 км2, центральная часть которого стала выше на 45 см. Это куполоподобное образование располагается в районе разлома Сан-Андреас, по которому местами не было смещения с 1932 г. Предполагалось, что такое воздымание характерно для ситуации, предшествующей землетрясению. Это подтверждалось и уменьшением скорости сейсмических волн в данном районе. Но начиная с 1974 г. лавовый купол Палмдейл перестал подниматься, и никто еще точно не знает, что это означает.
В наши дни, когда механизм землетрясения изучен достаточно хорошо, было бы заманчиво поставить вопрос: возможно ли осуществлять контроль над этим природным явлением? К сожалению, предотвратить землетрясение человек не может. Но он может вызвать движение земной коры, прежде чем напряжение в породах достигнет критического уровня. Наиболее действенным из существующих приемов является проведение мощного взрыва. Подземный взрыв ядерного устройства в Неваде в 1968 г. вызвал толчок магнитудой 6,3, за которым последовал ряд землетрясений с магнитудой до 5,0.
Еще один искусственный способ усиления напряжений – это строительство крупных водохранилищ, которые не только создают дополнительную нагрузку на породы за счет веса воды, но и повышают давление грунтовых вод, что уменьшает сопротивление пород трению. После 1935 г., когда было заполнено водохранилище Мид в Аризоне, в этом ранее асейсмическом районе за 10 лет произошло 600 толчков магнитудой 5,0. Водохранилище Койна близ Бомбея было заполнено в 1967 г., после чего последовало множество землетрясений; во время одного из них, магни-туда которого достигала 6,5, были разрушены дома и имелись человеческие жертвы.
Многообещающий способ вызывания землетрясений был случайно открыт в Денвере (США). Здесь начиная с 1962 г. в скважину глубиной 3600 м, пробуренную в трещиноватых гранитах, стали нагнетать отработанные жидкости. За 80 лет до 1962 г. в этом районе было отмечено лишь три слабых сотрясения грунта, а с 1962 по 1968 г. здесь наблюдалось 610 мелких землетрясений. К счастью, Денвер – это район асейсмический. Причины сотрясений грунта были выявлены, и закачивание в породы отработанных жидкостей прекратили.
Удалось выявить очень четкую связь между количеством нагнетаемой жидкости и числом землетрясений: ежемесячно нагнеталось более 27 млн. л жидкости и происходило более 50 мелких землетрясений. В основном сотрясения возникали в зоне разлома, как раз под забоем скважины, причем толчки начались ровна через семь недель после начала закачки. Выявился достаточно точный метод контроля мелких подвижек, происходящих на глубине в насыщенных жидкостью породах, которые пребывают в напряженном состоянии. Закачка воды в пласты, которую обычно* применяют в нефтеносных районах с целью добыть больше нефти, чем может выделиться под собственным давлением пород, подтвердила полученные в Денвере результаты.
Таким образом, нагнетание воды может вызвать множество слабых сотрясений, которые компенсируют одно крупное. Высказывалось мнение, что замкнутые зоны разлома Сан-Андреас следует привести в движение подобным образом, прежде чем напряжения достигнут опасного уровня. Но кто осмелится искушать судьбу, играя с такой бомбой замедленного действия, как разлом Сан-Андреас?
