Когда-то думали, что землетрясения вызываются обвалам в подземных пустотах. Вслед за знаменитым геологом XIX века Ч. Ляйелем проницательный русский геолог Д. Соколов в 1842 году писал: "Ни подъема, ни обрушения какой-либо толщи нельзя допустить без полости под нею". Представим себе это явление (в принципе возможное и отмеченное в районах развитого карста, где много подземных пещер, пустот). Камни, грунт, оторвавшиеся от свода, с силой ударяют в дно пещеры. Ясно, что удар в этом случае направлен от земной поверхности, и все расположенные там сейемоприемники покажут отрицательное вступление (только к очень удаленным могут подойти волны, направившиеся вниз от дна пещеры), Но таких сплошь отрицательных вступлений сейсмологи от настоящих землетрясений не получают.
Иное дело — модель сдвига...
Еще великий австрийский геолог Э. Зюсс в конце прошлого века обратил внимание, что землетрясения в Австрии как бы нанизаны на некие линии, причем линии эти были явно связаны со строением Альп. Правда, до него связь землетрясений со всякого рода разломами и сдвигами в земной коре (их называют дислокациями) замечали и Ляйель, и Соколов, и другие геологи. Но все эти предшественники, отмечая связь дислокаций с землетрясениями, подчеркивали, что считают дислокации следствиями независимо происходящих первотолчков (взрывов или обрушений). Зюсс впервые отождествил дислокации с очагами землетрясений. Он раз и навсегда разделил землетрясения на вулканические и тектонические, а тектонические в свою очередь попытался подразделить на сдвиговые землетрясения, вызванные горизонтальными напряжениями земной коры, и сбросовые (землетрясения с вертикальным взаимным перемещением "крыльев" — берегов трещины-дислокации).
В 1906 году в молодой науке сейсмологии произошло два больших события. Русский физик академик Голицын изобрел электромагнитный сейсмограф, неизмеримо повысивший точность регистрации землетрясений. А американский исследователь доктор Рид вооружил наконец науку настоящей теорией тектонического землетрясения. Эта теория, развитая и видоизмененная, лежит в основе всей сейсмологии по сей день.Калифорнийские землетрясения и сейчас высоко "ценятся" за необычайную чистоту и понятность происходящих движений. Сильные толчки привязаны здесь к уникальному для континентальной коры сдвиговому разлому Сан-Андреас. Сдвиговое движение по этому разлому, как медленное, без толчков (такое тектоническое движение носит название крипа), так и быстрое, с разрушением во время землетрясений, можно считать классическим, бесспорным. Во время землетрясения 1906 года крылья разлома сместили изгороди дороги на 7-8 метров!
"Кора во многих местах Земли, — писал Рид в своей знаменитой, сейчас ставшей хрестоматийной статье, — медленно перемещается, и разности перемещений в соседних областях создают упругие деформации, большие, чем порода может выдержать, затем возникает разрыв, и деформированные породы испытывают отдачу под действием их собственных упругих напряжений, пока эта деформация в значительной мере не будет снята... Эти деформации не возникают внезапно, но постепенно накапливаются благодаря медленному перемещению соседних областей".
До Рида (впрочем, этот взгляд и сейчас встречается среди сейсмологов) ученые представляли себе очаг землетрясения, источник сейсмических волн, в виде точки. По Риду, очаг — это прежде всего плоскость, более или менее, в зависимости от масштаба землетрясения, обширная площадка, по которой скользят друг относительно друга соседствующие блоки коры. Основные положения модели Рида не оспариваются по сей день. Поправки же и дополнения к ней основаны на все растущем осознании того факта, что геологическая среда, геологическое пространство-время во многом отличаются от условий лабораторных разрушений (Рид прямо применил к землетрясениям основы теории упругости, разработанной для совершенно других масштабов и материалов.)
Если взять кусок парафина и сжимать его в тисках, то можно заметить, что, сжимаясь в направлении действия сдавливаемых челюстей тисков, образец как бы расширяется в перпендикулярном направлении. Так, решил Рид, все идет и в сжимаемом кубе горных пород: всегда есть ось наибольшего сжатия и перпендикулярная ей ось наименьшего сжатия (или, проще, растяжения). Плоскость же разрыва пойдет по диагонали куба (под 45 градусов к осям напряжения) — либо по одной, либо по другой, либо по обеим (В том случае, если помимо одноосного сжатия в тисках образец находится в состоянии достаточно высокого всестороннего давления, как это всегда бывает в недрах Земли. Без этого условия трещина может пойти иным образом). Расположение в пространстве этих осей и плоскостей, если их установить, и есть механизм землетрясения.
Можно мысленно окружить очаг землетрясения шаровой поверхностью, сферой. Энергия из очага пойдет во все стороны неравномерно. Самый большой импульс движения от очага пойдет в двух противоположных направлениях вдоль оси растяжения. (В недрах Земли, в условиях всестороннего сжатия, строго говоря, не может быть оси растяжения, а может быть только ось наименьшего сжатия. Но для простоты о ней часто говорят как об оси растяжения) Самый большой импульс смещения к очагу — вдоль оси сжатия. Если нанести на сферу все положительные вступления первой волны в виде плюсов и все отрицательные в виде минусов, то ось сжатия окажется в центре области минусов, ось растяжения — в центре области плюсов, а границы между ними совпадут с пересечением сферой двух возможных плоскостей разрыва.
Примерно так представил себе сдвиговую модель очага землетрясения японский ученый Накано в 1923 году. Примерно таким видят сейчас практически механизм землетрясений сейсмологи.
Только невозможно, да и нет нужды окружать очаг сферой из сейсмоприемников. Зная законы преломления волн, можно такую сферу построить на чертеже. Сейсмический луч от очага до каждой станции проткнет эту сферу в той или иной точке. На чертеже сфера изображается плоскостью — кружком, на который проектируют и очаг землетрясения, вернее, ту точку очага, откуда начинается и откуда приходит самая первая волна-сигнал (центр кружка), и станции — точки с положительными и отрицательными вступлениями. Нужно только, чтобы станций было больше да и расположены они были на разных расстояниях от эпицентра землетрясения, более или менее равномерно вокруг него. Значит, нужно либо равномерно размещать сеть станций вокруг сейсмичных районов (так устроена наша гармская сеть станций), либо хорошо наладить международную сеть, международное сотрудничество, обмен сейсмологической информацией. И то и другое в наше время более или менее сделано.
Землетрясение — это горообразование в действии, это воплощенное время сейсмотектонического процесса, это пульсация секундной стрелки на часах тысячелетий. А если это так, то установленный механизм землетрясения, а точнее, механизмы тысяч землетрясений, рассмотренные в комплексе, во времени и пространстве, — это построчная расшифровка истинного смысла и содержания до сих пор таинственного и спорного явления, имя которому — геологический процесс. При обращении к каталогам механизмов землетрясений для разных районов мира охватывает острое чувство присутствия при обычно скрытом своей медлительностью процессе, чувство близости открытия. Чувство это, может быть, преувеличено. Механизмы раскрывают не все и кое в чем, как видит читатель, двусмысленно.
И все же трудно представить себе картину мира, из которой кто-то вычеркнул бы то, что дала науке расшифровка механизмов, то есть движущих сил, землетрясений. Поэтому имена тех, кто разрабатывал методику этих расшифровок, навсегда останутся в истории науки. Это японцы Накано и Хонда, американцы Байерли и Ходжсон, наши Кейлис-Борок и Введенская. Нельзя не поклониться этим людям за минуты острого чувства озарения, которое охватывает, когда из кажущегося сумбура цифр начинает вырисовываться картина, которую так и хочется назвать истиной. Но не нужно слишком поспешно следовать этому желанию...