Текст книги "Катастрофы и катаклизмы"

В 1341 г. произошло сильное землетрясение на территории современного Крыма, Украина, приведшее к изменениям рельефа. Водами Черного моря была затоплена часть суши.

В 1406 г. сильный смерч под Нижним Новгородом разрушил дома местных жителей.

В 1519 г. землетрясение в Мессинском проливе, Италия, разрушило поселение Реджио-ди-Калабрия.

2 февраля 1556 г. землетрясение в провинции Шаньси, Центральный Китай, унесло 820 000 человеческих жизней. Это самое масштабное землетрясение по числу жертв за всю историю зарегистрированных землетрясений.

1632–1633 гг. После шести месяцев непрерывных мелких окрестных землетрясений произошло извержение вулкана Везувий, Италия.

В 1638 г. во время землетрясения в Никастро, Сицилия, Италия, погибло около 10 000 человек.

В 1693 г. во время землетрясения на северо-востоке Сицилии погибло почти 93 000 человек.

Об этом спорят ученые. Анатомия землетрясений

Крупнейший американский сейсмолог Брюс Болт размышляет о том, как возникают землетрясения.

Еще не так давно было широко распространено мнение, что причины землетрясений всегда будут скрыты во мраке неизвестности, поскольку они возникают на глубинах, слишком далеких от сферы человеческих наблюдений. Долгое время господствовал взгляд, что землетрясения приходят как наказание за человеческие грехи…

Сегодня мы можем объяснить природу землетрясений и большую часть их видимых свойств с позиций физической теории. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс постоянного геологического преобразования нашей планеты. Рассмотрим теперь принятую в наше время теорию происхождения землетрясений и то, как она помогает нам глубже понять их природу и даже предсказывать их.

Первый шаг к восприятию новых взглядов заключается в признании тесной связи в расположении тех районов земного шара, которые наиболее подвержены землетрясениям, и геологически новых и активных областей Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах плит, поэтому мы делаем вывод, что те же глобальные геологические, или тектонические, силы, которые создают горы, рифтовые долины, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба, те же самые силы представляют собой и первичную причину сильнейших землетрясений. Природа этих глобальных сил в настоящее время еще не совсем ясна, но несомненно, что их появление обусловлено температурными неоднородностями в теле Земли. Обращает на себя внимание тот факт, что большинство самых разрушительных землетрясений – таких, как Сан-Францисское 1906 г., Японское (Мино-Овари) 1891 г. и Гватемальское 1976 г. – возникло в результате вспарывания крупных разломов, выходящих на поверхность.

Полезно ввести классификацию землетрясений по способу их образования. Больше всех распространены тектонические землетрясения. Они возникают, когда в горных породах под действием тех или иных геологических сил происходит разрыв.

Однако землетрясения возникают и от других причин. Подземные толчки другого типа сопровождают вулканические извержения. И в наше время многие люди все еще считают, что землетрясения связаны главным образом с вулканической деятельностью. Эта идея восходит к древнегреческим философам, которые обратили внимание на широкое распространение землетрясений и вулканов во многих районах Средиземноморья. Сегодня мы также выделяем вулканические землетрясения – те, которые происходят в сочетании с вулканической деятельностью, но считаем, что как извержения вулканов, так и землетрясения являются результатом действия тектонических сил на горные породы, и они не обязательно возникают вместе. Сам механизм образования сейсмических волн при вулканических землетрясениях, вероятно, тот же, что и при тектонических.

Третью категорию образуют обвальные землетрясения. Это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где есть подземные пустоты и горные выработки. Непосредственная причина колебаний грунта заключается при этом в обрушении кровли шахты или пещеры. Часто наблюдаемая разновидность этого явления – так называемые горные удары. Они случаются, когда напряжения, возникающие вокруг горной выработки, заставляют большие массы горных пород резко, со взрывом, отделяться от ее забоя, возбуждая сейсмические волны. Горные удары наблюдались, например, в Канаде; особенно часто они отмечаются в Южной Африке.

Что служит предвестником готовящегося землетрясения? Предложений выдвинуто много, но все еще неясно, какие из предполагаемых предвестников можно считать надежными.

В последние годы работы по прогнозу землетрясений в большой степени были направлены на точные измерения особенностей физических свойств пород земной коры в сейсмически активных областях континентов. Были установлены специальные чувствительные приборы, с помощью которых можно изучать долгопериодные изменения этих свойств. Объем выполненных измерений пока еще не велик, и полученные результаты сильно расходятся: в одних случаях перед местным землетрясением наблюдались необычные вариации физических свойств, в других не было замечено ничего особенного либо возникали вариации, не связанные с землетрясениями.

Землетрясение на Тайване. 1999 г.

Прежде всего особый интерес сейсмологов привлекают предвестниковые изменения скорости продольных сейсмических волн, поскольку сейсмологические станции специально сконструированы так, чтобы точно отмечать время прихода волн. Идея, на которой основано использование этого параметра, очень проста. Если свойства горных пород перед землетрясением изменяются, то может меняться и скорость сейсмических волн. Такое изменение во времени легко обнаруживается с помощью современных сейсмографов и хронометров.

Второй из параметров, которые могут быть использованы для прогноза, – это изменение уровня земной поверхности, например наклон поверхности грунта в сейсмичных районах.

Третий параметр – выделение инертного газа радона в атмосферу вдоль зон активных разломов, особенно из глубоких скважин. Сообщалось, например, что в некоторых районах СССР непосредственно перед землетрясениями обнаруживаются значительно возросшие концентрации радона. Однако поскольку в настоящее время еще собрано очень мало данных о содержании радона в различных геологических условиях, сейчас еще нельзя утверждать, что наблюдавшееся возрастание было исключением из нормального хода изменения концентрации этого газа.

Четвертый параметр, привлекающий большое внимание, – электропроводность пород в зоне подготовки землетрясения. Из лабораторных экспериментов, проведенных на образцах горных пород, известно, что электрическое сопротивление водонасыщенной породы, например гранита, резко меняется перед тем, как порода начинает разрушаться под действием высокого давления.

Пятый параметр – вариации уровня сейсмической активности. По этому параметру имеется больше сведений, чем по четырем другим, но полученные до сих пор результаты не позволяют сделать определенных выводов.

Можно предположить, что вариации этих пяти параметров происходят в пять стадий, которые проявляются в деформированных породах коры перед крупным землетрясением, во время землетрясения и сразу же после него.

11 марта 1669 г. произошло извержение вулкана Этна, Италия. Погибло 20 000 человек (по другим данным – от 60 до 100 тыс.). Реки расплавленной лавы похоронили под собой 50 городов.

7 июня 1692 г. землетрясение на Ямайке разрушило город Порт-Ройял, вотчину карибских пиратов. Погибли две трети населения – 1600 человек. Волна цунами вместе с оползнями смыла в море северную часть города со всеми жителями.

1 ноября 1755 г. произошло Лиссабонское землетрясение. Было зафиксировано 500 подземных толчков. Погибло 50 000 (по другим источникам – 100 000) человек.

Весь город вместе с бесценными сокровищами искусства и памятниками эпохи Просвещения был разрушен. Разрушительная сила землетрясения ощущалась на огромной территории, особенно в Европе и Северной Африке. Были человеческие жертвы в Марокко и даже в Люксембурге.

В мировой практике прогнозирования землетрясений лучше всего отработаны долгосрочные прогнозы, когда бедствие предсказывается на много лет вперед, а точная дата катастрофы не указывается. Среднесрочный прогноз дается на год, но тут можно ошибиться, как говорится, на все 100 %. Ну а краткосрочного прогноза, задача которого предсказать природное явление за несколько дней, практически не существует. В этой ситуации людям помогает лишь внимательное наблюдение за поведением животных: инстинктивно они предчувствуют катастрофу за несколько часов и начинают проявлять беспокойство.

При прогнозировании землетрясений ученые чаще всего обращаются к опыту стран, которых постигли самые тяжелые катастрофы. Больше всего достижений в предсказаниях стихийных бедствий у армянских исследователей.

Национальная служба сейсмической защиты совместно с Массачусетским технологическим институтом США и Объединенным институтом физики Земли Российской Академии наук с помощью высокоточных инструментов получили данные о том, что территория Армении испытывает сжатие в северо-восточном направлении (10+2 мм в год).

Наука постоянно ищет ответ на вопрос: где, какой силы и когда произойдет сейсмический толчок? Учеными Армении впервые найдена математическая зависимость между характеристиками одного из многих десятков предвестников – геодезического предвестника – и параметрами будущего землетрясения (магнитудой и длиной очага).

Наводнение 1777 г. в Санкт-Петербурге

Сегодня уже можно сказать, как на разных участках активных разломов ведет себя стихия, и понять, где готовится землетрясение.

Одновременно направляются усилия на применение новых технологий сейсмостойкого строительства. В Японии, в городе Кобе, где при землетрясении в январе 1995 г. погибли 5 тыс. человек и были разрушены некоторые сооружения, построенные по последнему слову техники, не пострадали здания на резиновых подушках, построенные после 1980 г.

28 сентября 1759 г. на глазах многих очевидцев в мексиканском штате Мичоакан родился новый вулкан Хорулло, превратившийся со временем в большую конусообразную гору.

23 октября 1766 г. произошло извержение вулкана Майон на острове Лусон, Филиппины. Погибли более 2000 человек. В течение 2 месяцев гора выбрасывала пепел и лаву.

24 апреля 1771 г. на японский остров Ишигаки обрушилась цунами высотой 85 м.

21(10) сентября 1777 г. произошло первое наводнение в Санкт-Петербурге, Россия. Вода поднялась на 310 см.

В 1783 г. сильные землетрясения, извержения вулканов сотрясали Исландию, лава покрыла территорию 570 км². Плотный слой пыли закрыл небо. Из-за пепельного дождя исчезла вся рыба в прибрежных водах. Из-за отсутствия солнечного света на острове перестала расти даже трава. В результате от голода погибла половина крупного рогатого скота и треть всех овец. Умерли 49 000 человек – четверть населения страны. Люди жевали недубленую кожу и канатную нить. Был даже выработан план эвакуации населения и размещения его в Дании. Но жители отказались покидать свой остров.

1 апреля 1793 г. произошло сильное землетрясение в Японии, во время которого о. Унсен со всеми жителями (53 000) исчез в водах моря. Землетрясение раскололо остров пополам и пробудило к жизни вулкан, который позже взорвался.

4 февраля 1797 г. землетрясение в Эквадоре почти полностью разрушило город Кито. Погибли 40 000 человек – большая часть населения города. Землетрясение разбудило от спячки два мощных вулкана: Котопахи и Чимборасо.

Весной 1804 г. песчаные бури в районе торгового центра Тимбукту в Западной Африке унесли жизни многих тысяч людей. Нигде не встретишь описания этой бури, потому что в живых не осталось никого. Например, караван из 2000 человек и 3000 верблюдов, который начал свой путь в оазисе Цагора, должен был достичь города Тимбукту через 52 дня. Однако произойти этому было не суждено. Караван сбился с пути и погиб.

12 марта 1812 г. произошло землетрясение в Венесуэле, почти полностью разрушившее город Каракас. 20 000 человек погибли.

1 февраля 1814 г. произошло извержение вулкана Майон на о. Лусон. Филиппины. Погибли более 2200 человек.

5—12 апреля 1815 г. во время извержения вулкана Тамборо (Тамбора) на о. Сумбава, Индонезия, погибло почти 4900 жителей. В воздух было выброшено, по приблизительным подсчетам, 1,7 млн т обломков.

19 (7) ноября 1824 г. в Санкт-Петербурге, Россия, произошел потоп. Вода в Неве поднялась на 410 см.

 
В королевстве приливов
Хочу у моря я спросить,
Для чего оно кипит?
 

Н. Заболоцкий

С тех пор как существует человечество, тайны моря волновали людей. И среди многих загадок – одна из самых интересных: почему с неумолимой регулярностью море то надвигается на берег, то отступает от него? Здесь мы расскажем, как от легенд и суеверий, возникших вокруг приливов в древности, люди перешли к изучению и объяснению этого интереснейшего явления природы. А также какую колоссальную роль сыграли приливы в истории человечества, какое место занимают они в современной жизни и какое будущее их ожидает.

На нашей планете приливы существовали задолго до того, как появились океаны. И даже до того, как образовалась Луна, которая отчасти управляет ими. Согласно одной из теорий, притяжение Солнца породило огромные приливы на поверхности Земли еще в те времена, когда она представляла собой расплавленную массу. В какой-то момент эти приливы стали настолько большими (поверхность Земли так далеко выпятилась в сторону Солнца), что часть расплавленной массы оторвалась и вихрем взвилась в космическое пространство. Так появилась Луна. И поверхность Земли тотчас же стала испытывать притяжение новорожденного небесного тела. В начале своего космического путешествия Луна была намного ближе к Земле, чем теперь. И надо думать, что в то время, когда земные испарения, сконденсировавшись во влагу, образовали океаны, приливы, порождаемые Луной, достигали огромной высоты. Они обрушивались на острова-континенты, меняя их очертания и вымывая из твердых земных пород соль и другие химические вещества, которые теперь содержатся в морской воде.

По мере того как Луна отдалялась от Земли, приливы слабели и наконец стали такими, какими мы наблюдаем их сегодня. Но и теперь они испытывают заметные колебания. Каждые несколько столетий расположение Земли, Луны и Солнца относительно друг друга повторяется, что обусловливает длительные приливные циклы: в сравнительно недавнем прошлом, где-то около 550 г. н. э., приливы были минимальны, в 1400 г. они достигли максимума, а следующий минимум ожидается примерно в 2400 г.

В наши дни, по мере того как Луна неуклонно отдаляется от Земли, приливы продолжают незаметно ослабевать. Одновременно приливное трение замедляет вращение Земли, вследствие чего с каждым столетием земные сутки удлиняются на доли секунды. Так будет продолжаться и дальше, и в невообразимо далеком будущем (через многие миллионы лет) лунные приливы исчезнут вовсе.

Одна из причин того, что мы так поздно получили первые сведения о приливах и так мало знаем о них и сейчас, состоит в том, что первые записи исторических фактов пришли к нам от древних египтян, греков и римлян. Эти цивилизации развивались на берегах Средиземного моря, где приливы почти незаметны.

Даже английское слово «tide», означающее «прилив», имеет весьма туманное происхождение. По-видимому, оно происходит от древнеанглийского «tid» или немецкого «zeit», а оба эти слова означают «время» или «относительно времени». Это наводит на мысль, что уже в древние времена люди подметили связь подъемов и спадов поверхности океана с фазами Солнца и Луны. У древних греков соответствующее слово означало отступление и наступление воды.

Первое упоминание о приливах относится приблизительно к 425 г. до н. э. и принадлежит перу древнегреческого историка Геродота, который, описывая некий залив у побережья Аравии (вероятно, Красное море), заметил: «Там каждый день отступает и наступает прилив». Полутора веками позже Пифей из Массилии, который отважился выйти за пределы не знающего приливов Средиземного моря и обогнуть Британские острова, заметил некую связь между приливами и Луной. Но ни Геродот, ни Пифей не дают объяснений этому странному явлению.

И только когда Плиний, великий римский натуралист и писатель, подарил древнему миру в 77 г. н. э. свою «Естественную историю», появилось точное описание приливов: «Многое было сказано о природе вод; но самое удивительное – это попеременное наступление и отступление приливов, проявляющееся по-разному, но всегда порождаемое Солнцем и Луной. Прилив дважды наступает и дважды отступает между каждыми двумя восхождениями Луны……

Так или иначе, но к началу христианской эры сам факт существования приливов и их очевидной связи с Луной был общепризнанным. Спустя 7 столетий Беда Достопочтенный, английский ученый, живший в эпоху раннего Средневековья, утверждал, что прилив и Луна связаны теснейшими узами: «И так же море следует за Луной не только в ее восходах и закатах, но и в ее неизменно чередующемся прибывании и убывании; прилив не только приходит нынче позже, чем накануне, как и она, но, как она, он то увеличивается, то уменьшается…»

Первым мощным рывком к пониманию природы приливов стали опубликованные в 1687 г. «Начала» Исаака Ньютона, в которых великий математик и философ изложил свой закон всемирного тяготения.

Этот закон гласит, что все тела притягиваются друг к другу с силой, зависящей от их размеров и расстояния между ними, а еще точнее, что «каждые два тела притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».

Это означает, что каждое тело в пространстве притягивает любое другое тело. Чем они больше, тем сильнее притяжение; чем дальше они друг от друга, тем притяжение слабее.

Поскольку Луна и Солнце – наши ближайшие соседи в пространстве, приложение к ним закона тяготения наиболее показательно. Фактически Ньютон ограничил свое исследование главным образом гравитационными силами Солнца и Луны, которые в зависимости от положения их в пространстве воздействуют на воду и сушу на Земле. И суша, и вода испытывают на себе действие этих сил, но вода, будучи жидкой и более подвижной, реагирует на них сильнее.

Примем как факт, что приливы – результат притяжения океанов Солнцем и Луной. Но почему же приливы ведут себя столь своеобразно?

Например, почему в некоторых частях света бывает два прилива в сутки, а в других – только один? И почему даже там, где бывает два прилива в сутки, они иногда равны по высоте, а иногда совершенно различны?

Почему в одном конце Панамского канала в течение суток бывает два прилива высотой 3–3,5 м, а в другом его конце (всего в 50 км) – только один, и его высота не достигает даже 0,8 м?

Почему высота приливов в заливе Фанди (Новая Шотландия, Канада) достигает 15–20 м, а в Нантакете, всего в нескольких сотнях миль от залива Фанди, она составляет чуть более полуметра?

Все эти вопросы дают представление о том, сколько важных факторов не смог учесть Ньютон, создавший первую состоятельную теорию приливов.

Наши сегодняшние знания о приливах основываются на ньютоновом законе всемирного тяготения. Но поскольку Земля принимается в нем за целое тело, то в приложении к океану, являющемуся ее жидкой оболочкой, нам следует ввести поправку в формулировку этого закона. Для этого достаточно заменить всего лишь одно слово – вместо слова «квадрат» (расстояния между телами) поставить слово «куб». Этого требует небесная механика, наука настолько сложная, что лучше всего удовлетвориться адаптацией X. А. Мар-мера, согласно которой «приливообразующая сила небесного тела изменяется прямо пропорционально его массе и обратно пропорционально кубу расстояния от него».

Масса Солнца в 26 млн раз больше массы Луны. Если бы они находились на одинаковом расстоянии от Земли, сила притяжения Солнца превышала бы силу притяжения Луны в 26 млн раз.

Однако Луна в 389 раз ближе к Земле, чем Солнце. Если, следуя закону Ньютона, возвести это число в куб – т. е. дважды помножить его на самое себя, – то получится 59 млн. Сравнив это число с числом 26 млн, легко убедиться, что приливообразующая сила Луны превышает приливообразующую силу Солнца в 2 раза. Поэтому Луна является главным приливообразующим фактором, а Солнце – лишь второстепенным. Разумеется, теоретически все небесные тела должны оказывать некоторое влияние на земные приливы, но их размеры или удаленность делают это влияние незначительным.

Если бы вы оказались на острове посреди океана и Луна стояла бы прямо над вашей головой, вы бы находились в точке, где Луна сильнее всего воздействует на земную поверхность, притягивая к себе каждую ее частицу. Вода, будучи жидкой и подвижной, естественно, реагирует на это воздействие сильнее, чем «твердая» земля, хотя действие силы притяжения испытывают на себе все частицы. Вы сами стали бы чуть легче в результате этого притяжения. Сам ваш остров неощутимо переместился бы вверх к Луне, ибо земная кора испытывает притяжение Луны так же, как и вода. Ученые вычислили, что город Москва дважды в сутки поднимается и опускается на целых 40 см. Мы не замечаем подъемов Земли точно так же, как и ее вращения, потому что мы сами – часть этого движения.