Землетрясения - Пьер Руссо

Итак, не будет ли логичнее при оценке разрушительной силы землетрясения исходить из того же критерия? Нельзя ли измерить его энергию в эргах и составить на этой основе шкалу, которая облегчит сопоставление землетрясений по сравнению со шкалой интенсивности?

Для такой шкалы бомба, сброшенная на Хиросиму, представляется подходящей основой. Тем читателям, для кого необычна такая единица измерения, как эрг, скажем, что 8×1020 эргов хиросимской бомбы равны 22 224 тысячам киловатт-часов, или же 8160 миллиардам килограмм-метров, то есть энергии, которая выделилась бы при падении Эйфелевой башни с высоты 1000 километров.

С учетом всех изложенных выше соображений измерение в эргах энергии, выделяемой при землетрясениях, представляется лучшим способом их классификации по степени разрушительности. На первый взгляд измерение энергии землетрясений кажется не очень-то легкой задачей, но никаких непреодолимых трудностей не возникает, о чем свидетельствует само определение понятия «энергия». Энергия — это работа перемещающейся силы. Но разве землетрясения не вызываются силой (напряжением), которая перемещает пласты горных пород, а иногда даже целые блоки земной коры? Именно так подошел к этой проблеме американец Рид, изучая катастрофу в Сан-Франциско в 1906 году. Рид вычислил силу, вызвавшую землетрясение, и ее перемещение. Последнее он измерил на основе смещения разлома Сан-Андреас; силу же принял равной той, которая потребовалась для появления самого разлома, то есть для того, чтобы разбить гранитную полосу длиной 435 километров и толщиной 20 километров. Перемножив эти два параметра, Рид получил энергию, равную 1,75×1024 эргов.

Признаемся, что метод Рида несколько рискован. Более того, он не всегда применим. Сейсмологи предпочитают обычно вычислять энергию землетрясения по данным сейсмограмм. Действительно, сейсмограммы дают почти точное изображение сейсмических волн, распространяющихся от очага. Поскольку энергия, которую передают эти волны, определяется математически, исходя из их периода и амплитуды, очевидно, что вполне возможно прибегать к математическим вычислениям, хотя это и менее удобно. Именно так поступил известный английский геофизик Джефрис, который вычислил, что как при Памирском (1911), так и при Монтанском землетрясениях (1925) высвободилась энергия, равная примерно. 1021 эргов. Но при самых сильных землетрясениях высвобождается около 1026 эргов, что равно 12,5 тысячи хиросимских атомных бомб. Эта величина! примерно соответствует пределу сопротивления земной коры: ни один толчок не может перейти этот предел, не раздробив земную кору.

А самые слабые подземные толчки, регистрируемые только сейсмографами, в 800 миллионов миллиардов раз слабее. Они высвобождают энергию, равную 108 эргов, то есть примерно такую же, как при взрыве снаряда малого калибра. Разумеется, такие незначительные толчки наблюдаются гораздо чаще, чем сильные землетрясения, поскольку в среднем за год одно землетрясение с энергией, превышающей или равной 1026 эргов, приходится на 10 толчков с энергией, равной 1026–1024 эргов, и на 100 толчков с энергией 1024–1022 эргов и т. д. Итак, в среднем 1 миллион зарегистрированных толчков соответствует высвобождению в среднем за год 12,43×1026 эргов (по Гутенбергу и Рихтеру).

Рис. 11. Кривая показывает количество энергии, ежегодно высвобождавшейся при землетрясениях в 1904–1952 годах. Единица измерения на оси ординат равна 1026 эргов (по данным Гутенберга и Рихтера).

Эта последняя цифра свидетельствует о том, что совсем не обязательно должно произойти много сильных землетрясений, чтобы был выдержан средний годовой показатель. Следовательно, энергию, высвобождаемую землетрясениями за год, следует скорее приписать одной-двум сильным катастрофам, чем множеству слабых толчков. Кроме того, высвобождение сейсмической энергии сильно колеблется из года в год. В этом можно убедиться при рассмотрении кривой на рис. 11, вычерченной Гутенбергом и Рихтером на основе статистических данных. Точка, соответствующая 1906 году, поднимается на 1/9 выше всех остальных, причем за ней следует год очень слабой сейсмической активности.

Магнитуда землетрясений

Измерение землетрясений по их энергии представляется вполне естественным и логичным способом классификации сейсмических возмущений. Зато он недостаточно удобен: не всегда легко вычислить энергию землетрясения, а поскольку для этого пользуются самыми различными методами, полученные результаты не всегда сопоставимы. В этом, разумеется, заключается основная трудность. Ее сразу же учли многие ученые, и они поставили перед собой задачу разработать другой метод классификации, который при соблюдении энергетической «иерархии» был бы все же более удобным.

В 1935 году Рихтер и Гутенберг нашли решение. Вместо того чтобы оценивать землетрясение в зависимости от энергии, они характеризуют его посредством магнитуды. Это очень остроумный показатель. Магнитуда связана одновременно с энергией возмущения[53] и с его интенсивностью в данном месте, то есть ее можно определить и на основе теоретических положений и из сейсмограмм. Другими словами, магнитуда является функцией энергии (поскольку она пропорциональна ее логарифму) и в то же самое время функцией интенсивности (поскольку, согласно определению, она является логарифмом амплитуды сейсмических волн на расстоянии 100 километров от эпицентра). Наконец, основное преимущество магнитуды заключается в том, что она дает, как отмечает Ротэ, «физическую шкалу, не зависящую от наблюдателя и от места наблюдения».

Магнитуда обозначается цифрами от 0 до 9. Магнитуда 9 соответствовала бы землетрясению в Лиссабоне. Сотрясения, вызванные атомной бомбой, имеют магнитуду 5, а взрывы в шахтах — порядка 2,5..

Разумеется, величина магнитуды зависит от интенсивности, ибо чем сильнее землетрясение, тем больше будет показатель интенсивности на любом расстоянии от эпицентра. Сейсмическое возмущение с магнитудой более 7 регистрируется всеми сейсмографами земного шара, причем его интенсивность достигает IX–XI в радиусе 500–600 километров. Землетрясение с магнитудой 6–7 регистрируется повсеместно, пока угловое расстояние от эпицентра не достигнет 90 градусов; интенсивность такого землетрясения равна VII–VIII в радиусе 220 километров. Землетрясение с магнитудой 5 регистрируется вплоть до углового расстояния 45 градусов от эпицентра и достигает интенсивности VII в радиусе 150 километров. Наконец, землетрясение с магнитудой ниже 5 не регистрируется, если его интенсивность ниже X. Вспомним, что интенсивность должна быть по крайней мере равна II баллам, чтобы сотрясения ощущались людьми, а разрушения причиняются лишь при V баллах.

Магнитуда — это строго объективный физический критерий для оценки мощи землетрясения. Характеристика землетрясения на основе его интенсивности означает прежде всего, что мы ограничиваем себя определенным районом и даже судим о нем со слов обывателя. При такой характеристике можно поддаться глубоко субъективным настроениям, исходя из таких данных, как, например, число жертв, масштабы причиненного ущерба, число пострадавших. Судя о мощи землетрясений по таким фактам, кто из нас не захочет приписать исключительное геофизическое значение катастрофе, происшедшей в Агадире?

Рихтер справедливо отмечает: «Слабый толчок, ощутимый в центре Лос-Анжелеса, может привести к непрерывным телефонным звонкам на сейсмической станции Пасадена на протяжении полусуток, в то время как сильное землетрясение в отдаленных частях океана иногда проходит незамеченным, исключая записи сейсмографа, и в результате о нем появляются одна или две строчки в конце газетной страницы»[54].

Напротив, объективность такого критерия, как магнитуда, совершенно очевидна.

Возможно, читателю интересно познакомиться с применением этого критерия на практике, я имею в виду список землетрясений начиная с 1897 года с указанием их магнитуд. Он заимствован из цитировавшегося выше труда Рихтера, поэтому нет ничего удивительного в том, что мы увидим в начале этого списка названия землетрясений, о которых в нашей книге ничего не упоминалось (см. стр. 178).

Этот список представляет большой интерес, и если читателю будет любопытно сравнить его с перечнем самых разрушительных землетрясений, приведенным на стр. 139–141, то он убедится, что данные не совпадают.

Магнитуда — Дата — Район

8,9 — 31 января 1906 года — Колумбия — Эквадор

8,9–2 марта 1933 года — Япония

8,7 — 12 июня 1897 года — Ассам

8,7–5 августа 1897 года — Япония

8,7 — 21 сентября 1897 года — Остров Калимантан (Борнео)