Нет, речь здесь пойдет не о чудовищах из известного фильма ужасов. И Земля в названии статьи указана с большой буквы не просто так. Мы поговорим сегодня о «дрожи» всей нашей планеты, которая достигает нас в виде землетрясений. Тема особенно актуальна сейчас, на фоне недавних трагических событий в Турции и Сирии.

Можем ли мы бороться с землетрясениями? Нет.

Можем ли мы хотя бы предугадывать их место и время? Иногда. Реже, чем хотелось бы.

А вот то, что мы точно можем делать, — ловить пронизывающие планету сейсмические волны. Их изучение необходимо не только для предсказания землетрясений и поисков возможной защиты от них, но и для понимания глубинной структуры Земли.

Сейсмология — это…

…«наука, изучающая распространение сейсмических волн в недрах Земли, сейсмические явления, причины, их вызывающие, связанные с ними явления и строение Земли».

А родилась она в 1880 году. Трое британских ученых — сэр Джеймс Альфред Юинг, Томас Ломар Грей и Джон Милн, работавшие в то время в Японии, основали первое в истории Сейсмологическое общество. Японцы, как никто другой, были заинтересованы в изучении землетрясений и потому охотно профинансировали деятельность общества.

Соединение финансов и интеллекта вскоре дало результаты: Джон Милн представил научной общественности сейсмограф — универсальный прибор (с горизонтальным маятником и самописцем) для изучения интенсивности и направления землетрясении и всех типов сейсмических волн.

Справедливости ради надо сказать, что попытки создать устройство, регистрирующее сейсмические волны, делались и раньше. Пусть они не обладали универсальностью и точностью сейсмографа Милна «отца» всех современных приборов, но могли фиксировать самое начало землетрясения.

Самому древнему устройству подобного рода почти 1900 лет. Его изобрел китайский ученый Чжан Хэн, бывший не только математиком и инженером, но и философом.

Землетрясение, по мнению ученого, всякий раз являлось следствием серьезного нарушения баланса между инь и ян (женским и мужским космическими началами). Поэтому прибор, созданный Чжан Хэном, имел вид сосуда с восьмью драконами, ориентированными по восьми частям света (север, юг, запад, восток, северо-запад, северо-восток, юго-запад, юго-восток). Внизу же, на подставке, в точности под драконами сидели восемь жаб с раскрытыми навстречу драконам пастями. Драконы символизировали мужское начало, жабы — женское.

Когда земля начинала трястись, сосуд реагировал на вибрацию — шарик, помещенный в соответствующем драконе, выпадал из его пасти прямо в пасть жабы. Так угадывалось направление на место катастрофы: если, скажем, шарик «изрыгал» северо-западный дракон, значит, землетрясение началось к юго-востоку от прибора.

Расстояние до места землетрясения драконо-жабий прибор мог указывать «всего» до сотни километров; но на таком расстоянии устройство работало безошибочно. В 138 году нарушение баланса инь-ян произошло в провинции Лунси — на пределе чувствительности прибора. Однако дракон в столице в присутствии всего императорского двора «выплюнул» шарик задолго до того, как прибыли первые гонцы с трагическим известием.

Зловещее свечение в небе

В отличие от Чжан Хэна, Джон Милн с коллегами считали землетрясения следствием вполне земных, осязаемых обстоятельств, а именно: движения тектонических плит. Той же точки зрения придерживаются и ученые XXI века.

Последнее крупное землетрясение, к примеру, произошло из-за «разногласий» движения Аравийской и Анатолийской тектонических плит. Аравийская плита движется на север, а Анатолийская (на которой расположена большая часть Турции) — на запад. Плиты трутся друг о друга все сильнее; когда напряжение достигает критического значения, происходит разлом. При этом освобождается огромное количество энергии, часть которой порождает сейсмические волны, а другая переходит в тепло.

Землетрясение в Турции и Сирии, помимо неисчислимых бед, дало и важную информацию, которую в будущем ученые надеются использовать для предсказания землетрясений. Дело в том, что за несколько минут до начала подземных толчков жители этих стран видели в небе яркое голубое свечение. Причем видели дважды — 6 и 20 февраля 2023 года.

Ученые считают, что это явление может быть вызвано как раз сильнейшей деформацией пород непосредственно перед землетрясением. Скальные породы имеют кристаллическую структуру, а при сильном сжатии кристалла в нем возникает мощное электрическое поле (на бытовом уровне мы сталкиваемся с этим эффектом при использовании пьезозажигалок). Электрические разряды попадают в атмосферу и ионизируют воздух. При этом появляется свечение, похожее на полярное сияние.

Яркости свечению добавляют и освобождающиеся из зоны разлома глубинные газы (в том числе радиоактивный радон). Молекулы воды, всегда имеющиеся даже в самой безоблачной атмосфере, образуют с этими газами аэрозольную взвесь, в которой электричество распространяется гораздо быстрее. В результате перед самым землетрясением люди видят у себя над головой красивые голубые «полотна», но не успевают насладиться этим зрелищем.

В том-то и дело, что не успевают… Слишком малое время проходит между появлением свечения и началом землетрясения, чтобы это явление можно было практически использовать.

Однако оно навело ученых на мысль использовать те изменения в электрическом поле, которые и приводят к свечению. В самом деле, в нормальных условиях напряженность электрического поля в атмосфере вблизи поверхности Земли составляет 100-150 вольт на метр, а перед землетрясением увеличивается в тысячи раз.

Вопрос: за сколько времени это происходит? Если за несколько часов, то тоже не годится. А если за несколько дней?

Российские ученые из Института космических исследований РАН установили, что к изменениям электрического поля чувствительны и верхние слои атмосферы. Причем там, в ионосфере, эти изменения могут быть зафиксированы спутниками за несколько суток до начала землетрясения. А это, по крайней мере, даст возможность эвакуировать людей из зоны ожидаемого стихийного бедствия.

Наши физики работают сейчас над моделью «литосферно-атмосферно-ионосферного взаимодействия», в которой индикаторами близкого землетрясения будут служить также увеличение выхода радона, повышение температуры поверхности (хорошо видимое со спутников) и, наоборот, резкое снижение влажности воздуха. Они надеются, что такой комплексный подход к проблеме даст возможность предсказывать и место, и время землетрясения с точностью, достаточной для спасения жизни людей.

Еще одно ядро

Принято считать, что Земля «в разрезе» выглядит следующим образом: кора, мантия, внешнее ядро, внутреннее ядро. Однако изучение сейсмических волн последнего землетрясения, судя по всему, добавит в эту структуру еще один компонент.

В последней февральской публикации британского журнала Nature наша планета изображена состоящей не из четырех, а из пяти слоев. Внутри внутреннего ядра имеется еще одно — «самое внутреннее» ядро: раскаленная сфера радиусом 650 км (напомним, экваториальный радиус Земли равен 6378 км).

Сейсмические волны — это инструмент, позволяющий ученым «прослушать» нашу планету до самых глубинных ее слоев. В зависимости от состава слоя волны проходят его, отражаются или затухают по-разному.

Ученые использовали сейсмографы, расположенные как вблизи землетрясения, так и в антиподе — точке, прямо противоположной на поверхности Земли. Это позволило им отследить множественные волны, «скачущие» туда-сюда сквозь Землю, словно мячик для пинг-понга.

Метод наложения волн от каждого события дал возможность построить детальную картину прохождения волн через каждый внутренний слой. Оказалось, что волны, проходящие через «самый-самый» внутренний слой, затухают иначе, чем проходящие через слой «просто внутренний».

Авторы исследования утверждают, что им удалось не просто открыть еще одно внутреннее ядро Земли, но и определить его состав: сильно сжатое кристаллическое железо. Предложенный учеными метод изучения сейсмических волн может дать ответы и на многие другие вопросы, связанные с «внутренней жизнью» нашей планеты. В частности, мы сможем узнать, когда и как именно у Земли появилось магнитное поле (необходимое для защиты жизни от жестких космических излучений), и не может ли оно внезапно исчезнуть.

Михаил СТЕПАНОВ