Изобретатель - природа - Изот Литинецкий

Несмотря на отдельные важные наблюдения, проведенные учеными Японии и других стран, за первую половину XX века убедительных свидетельств о существовании предвестников "подземных бурь" не было. Решительный перелом в развитии проблемы прогноза землетрясений произошел в 60-х годах. В 1964-1965 гг. по инициативе и под непосредственным руководством академика М. А. Садовского были организованы комплексные исследования предвестников: от создания прогностических полигонов до разработки физических основ и моделей процессов разрушений больших горных масс.

Целенаправленный поиск предвестников "подземных бурь" позволил ученым за последние двадцать лет выявить ряд прогностических признаков, которые могут свидетельствовать о назревающих землетрясениях. Так, прямые наблюдения показали, что перед землетрясением свойства горной породы в области будущего очага существенно изменяются. Во многих случаях за несколько месяцев, недель, дней или часов перед сильными толчками происходит заметная деформация земной поверхности. В ряде случаев наблюдаются аномальные наклоны перед сильными толчками. Но этот эффект проявляется на малых расстояниях от эпицентра и в большинстве случаев чрезвычайно осложнен наблюдениями вследствие различных помех. В частности, такие наблюдения проводятся уже много лет на Курильском полигоне (остров Шикотан). Но очень редко удается получить полезную для прогноза информацию.

Измерения, проведенные в США с помощью чувствительных протонных магнитометров, показали: во всех случаях смещению поверхности предшествует резкое изменение магнитного поля. Аналогичные данные были получены при изучении ташкентского землетрясения. Его "созревание" и возникновение напряжений в горных породах сопровождались местными аномалиями магнитного поля, которые исчезали после подземных толчков.

Выявлена также связь между возникновением повторных толчков при землетрясении и изменениями магнитного поля Земли. Этот факт, очень важный для прогнозирования подземных бурь, установили ученые Института геофизики и инженерной сейсмологии АН Армянской ССР. Записи, которые производились ими в эпицентрах землетрясений, свидетельствуют, что перед каждым повторным толчком интенсивность магнитного поля резко возрастает.

На приближение подземной бури указывают также появляющиеся аномалии в электрическом поле Земли, падение электрического сопротивления горных пород.

В 1973 году Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР зарегистрировал новое открытие, сделанное группой ученых Москвы и Ташкента: советские геохимики и геофизики обнаружили, что в период, предшествующий землетрясению, и в момент катастрофы в подземных водах изменяется концентрация содержащихся в них инертных газов - радона, гелия, аргона и химических элементов урана, фтора, а также изменяется изотопный состав гелия и урана.

У этого важного открытия довольно любопытная предыстория, с которой читателю, как нам думается, небезынтересно будет, хотя бы кратко, познакомиться.

Все началось с того, что еще на рубеже XIX и XX столетий, когда сейсмология как наука, по сути, только зарождалась, известный русский ученый, академик Б. Б. Голицын (1862-1916 гг.) указал на необходимость организации наблюдений над одним из источников пятигорской группы минеральных вод "одновременно с наблюдениями над различными сейсмическими явлениями". Дальше события развивались так.

В июле 1966 года в Институте физиотерапии и курортологии имени Н. А. Семашко производили очередной анализ ташкентской минеральной воды, в том числе определяли содержание инертного газа радона. И на этот раз, как обычно, инженер Мавашев взял пробу воды, с помощью специальной аппаратуры провел анализ... Результаты удивили Мавашева. Он проделал анализ заново, но итог все тот же - резкое падение концентрации радона. Задумавшись, инженер вспомнил, что во время предыдущего замера, проведенного в апреле до землетрясения, радона в воде содержалось в 2,5 раза больше. Невольно мелькнула мысль: "Не связано ли изменение концентрации с землетрясением 26 апреля?" Раздумья привели молодого специалиста на Центральную сейсмическую станцию "Ташкент". Были подняты все записи с анализами ташкентской минеральной воды, начиная с 1956 года. Тогда рядом с институтом имени Семашко была пробурена артезианская скважина, которая ушла в недра на глубину 1862 м и, по мнению геологов, попала как раз в зону одного из разломов, рассекающих недра Ташкента. Исследования показали, что начиная с 1961 года содержание радона в ташкентской минеральной воде стало заметно увеличиваться. К середине 1965 года оно уже почти удвоилось, но концентрация все еще продолжала повышаться. Начиная с октября 1965 года по апрель 1966 года содержание инертного газа стабилизировалось.

28 апреля. Восьмибалльным толчком началось печально знаменитое ташкентское землетрясение. Замеры показали - концентрация радона падает. К концу 1966 года она достигла величины 1956 года. С февраля 1967 года содержание радона снова начало постепенно повышаться. В середине марта наступила стабилизация повышенной концентрации, а в конце марта на Ташкент обрушилось семибалльное землетрясение. После этого толчка содержание инертного газа опять резко уменьшилось. Зависимость явная!

Выявленная ташкентскими и московскими учеными закономерность подтвердилась при изучении дагестанского землетрясения 1968 года - накануне катастрофы концентрация радона в термоминеральной воде возросла в три раза. Аналогичное явление было обнаружено и в других сейсмоактивных районах.

Чем же объясняется повышение содержания радона перед землетрясением и почему именно этому, а не какому-нибудь другому элементу, выделяющемуся из пород перед подземной бурей, уделяют первостепенное внимание сейсмологи и гидрологи?

Дело в том, что в любом грунте есть вода. Пропитывая породы, она на своем пути растворяет различные химические элементы, находящиеся в них. Но в любой породе есть мелкие поры, заполненные газами. Вода в них не проникает, слишком они малы. Значит, если бы газ вышел из пор и вода попала бы в них, изменился бы и ее состав. А теперь представьте себе, что в одном из сейсмоактивных районов назревает подземная буря. Мы уже говорили, что перед землетрясением в земле нарастают внутренние напряжения. Колоссальное давление в очаге землетрясения приводит к растяжению пород, к разрушению многих пор, к образованию трещин. В образовавшиеся пустоты, естественно, устремляется вода. Интенсивно пробиваясь по тонким трещинкам к поверхности земли, она растворяет на своем пути вещества, не доступные ей раньше. Изменяется химический состав воды. В водоносных слоях повышается концентрация выделяющихся из пород радона, терона, урана, углерода, гелия и многих других элементов. Из них радон - лучший индикатор подземных процессов. У него два важнейших преимущества перед другими элементами. Первое: инертный радон не вступает ни в какие химические реакции, то есть не "отвлекается" по пути к поверхности земли. Второе: радон недолговечен, период его полураспада немногим более трех с половиной суток. После этого его концентрация в воде становится прежней. Все же другие элементы накапливаются в воде в течение длительного времени, и поэтому точной картины изменения ее состава нельзя увидеть. Этим и объясняется то большое внимание, которое сейсмологи и гидрологи уделяют эмиссии радона из земных слоев. Радон очень "гибкий инструмент" для наблюдений за меняющимися со временем процессами в глубинах земли. Не менее важно и то, что до водоносных слоев пробурить скважину значительно легче, чем в глубину, до очага землетрясения, К этому следует добавить: радиоактивность радона позволяет применять для измерений несложные по конструкции счетчики. Институт сейсмологии уже наладил непрерывное автоматическое измерение количества радона в минеральной воде. Чем сильнее ожидаемый подземный толчок, тем четче его можно предвидеть по графикам концентрации радона.

И все же у оперативного, краткосрочного "радонового прогноза" землетрясений имеется одно "но". Пока неизвестно, для всех ли мест земного шара годится этот метод прогнозирования, все ли подземные бури он может предсказать. Так, например, на Курильском полигоне, где сильные землетрясения происходят очень часто, радоновый прогноз не проявил себя. "Во многих случаях, - рассказывает доктор технических наук Ф. И. Монахов, - мы не обнаружили даже сколь-нибудь заметного изменения содержания радона в подземных водах, что считается предвестником сейсмической активности".

В последние годы большую популярность в научном мире приобрел метод прогнозирования землетрясений по аномалии изменений скорости объемных сейсмических волн перед сильным толчком. В основе его лежит регистрация резкого разрыва и расширение горных пород вдоль зоны разлома в земных недрах, когда напряжение в них достигает критической точки. В результате разрывов в насыщенных водой породах образуется множество крошечных полостей. Это замедляет скорость прохождения через породы продольных волн (волн давления, Р-волн), которые идут быстрее по трещинам, наполненным водой. Однако на другой тип сейсмических волн - так называемые поперечные волны, или "волны сдвига" (S-волны), - образование новых трещин оказывает мало влияния. Таким образом, резко нарушается обычное соотношение скоростей волн давления и волн сдвига.