Музыка недр
Прогноз... Научное пророчество... Капитан "Бигля" Роберт Фицрой проявил ограниченность, не приняв идей своего знаменитого пассажира Чарлза Дарвина, но он искупил это непонимание тем, что сам совершил своего рода научный подвиг. Уже адмиралом, он организовал в прошлом веке первую в мире службу прогноза погоды и тем обрек себя на форменные мучения. Его прогнозы оправдывались, конечно, намного хуже, чем современные, и если мы и сейчас подтруниваем над синоптиками, когда вместо обещанной переменной облачности без осадков на весь день устанавливается нудный дождь, то тогда было еще хуже. Многие видели в Фицрое шарлатана, нечто вроде цыганки-гадалки, и знаменитый английский юмор довел моряка-энтузиаста до самоубийства. И все же синоптики видят будущее. Самый обычный комнатный барометр, если уж очень упорно начнет "падать", является неподдельным пророком бури...
Что-то вроде барометра земных недр есть и в распоряжении сейсмологов. И есть давно...
Дилатенсия и вся свита связанных с ней явлений, возможно, не смогут рассказать обо всех тонкостях сейсмической погоды на завтра, но ведь это и не требуется. Требуется именно недвусмысленное и точное предсказание "сейсмической бури", катастрофы.
В 1911 году, за пять лет до своей смерти, академик Голицын писал:
"Скорость распространения продольных и поперечных волн, оказывается, для того же самого места не является величиной постоянной. Она изменяется с течением времени, в зависимости от состояния натяжения внутренних слоев Земли. С увеличением натяжения скорости эти убывают".
В своем научном завещании Голицын уделил особое внимание работе венгерского сейсмолога Е. Ковеслигети, подметившего, как в зоне подготовки будущей катастрофы меняется скорость проходящих сейсмических волн от обычных, слабых землетрясений. Голицын назвал этот путь разработки прогноза "особенно интересным и важным".
Итак, сейсмические волны от землетрясений и взрывов бывают двух родов в зависимости от направления вызванных ими колебаний частиц почвы: продольными (Р) и поперечными (5). Продольные волны бегут в √З раза быстрее поперечных. Именно поэтому почти все очевидцы сильных землетрясений рассказывают о двух сотрясениях, причем второе бывает сильнее первого. Это — своеобразная "милость" природы. Первый толчок, как бы он ни был смертоносен, все же лишь предупреждает о следующем, еще более смертоносном. Правда, заблаговременность этого предупреждения часто недостаточна, чтобы можно было принять действенные меры спасения.
Сейчас, вооруженный знанием о двух основных видах сейсмического излучения, опытный сейсмолог даже без приборов может прикинуть, далеко ли от него произошел толчок. После первого удара (это — вступление продольной волны) через какое-то время происходит второй, еще более сильный (поперечные волны приходят позже). Если между толчками проходит, скажем, 10 секунд, сейсмолог мысленно умножает это число на 9. Полученное число 90 — это число километров от наблюдателя до гипоцентра землетрясения. Зная же это расстояние и оценив балльность происходящего землетрясения по ощущению и разрушениям, можно оценить и примерную энергию в очаге землетрясения.
Естественно, еще точнее все эти вычисления получаются при анализе сейсмограмм, где первые вступления продольной и поперечной волн обычно неплохо выделяет даже не очень подготовленный специалист. Но отношение скоростей Vp/V постоянно и равно √З только в первом приближении. Оно меняется от породы к породе, с глубиной. Меняется оно и во времени, о чем и писал Голицын. Но оказывается, в самом этом явлении еще много спорного, и практически прогноз по Vp/Vs все как-то не наладится. Ко времени нашего приезда в Гарм в 1973 году и на симпозиуме прогнозистов летом 1974 года не всем было ясно даже, что стоит за прогностическим "седлом" изменения скоростей, что физически меняется? Очаг или среда? А если среда, то продольные или поперечные волны меняют свою скорость, сигнализируя об опасном сгущении тектонической энергии?
...В 1974 году инженер Вермишева построила кривую отношения скорости продольной волны к скорости поперечной по тысяче с лишним слабых землетрясений, происшедших в районе с мая 1973 года по ноябрь 1974 года. Тогда-то она и увидела, что могла бы предсказать землетрясение 13 сентября 1973 года не только во сне. Перед этим днем и еще перед отдаленным Алайским землетрясением 10 августа 1974 года кривая демонстрировала глубокие и резкие падения. К сожалению, кривая была построена не до, а после событий — наш прогноз все еще, увы! "крепок задним умом"... Не все сотрудники всерьез заинтересовались той кривой. Многие скептически пожимали плечами. Не верили расчетам? Нет, самому параметру!
Дело здесь в том, что у сейсмологов нет ясной точки начала отсчета. Чтобы определить отношения скоростей, надо построить особый график — график Вадати. Значение параметра на этом графике зависит от того, какой момент времени считать за время самого землетрясения. Но сам этот момент определяется... из того же графика Вадати. Получается, что сейсмолог как бы решает уравнение с двумя неизвестными, пользуясь всего одним уравнением.
Конечно, точность можно еще повышать, и в немалой степени, но неабсолютность, статистичность результата всегда останется. Когда мы под давлением коллег тщательно проверили свои результаты, все сошлось. Два землетрясения 12-го и 13-го класса в 1973 году на юге Гармского района и сильнейшее Алайское землетрясение за 200 километров от гармского полигона действительно могли бы быть предсказаны пи отношениям скоростей волн от слабых тресков, непрерывно сигналящих нам о чем-то из недр Гармского района.
Что же все-таки стоит за явлением изменения Vp/Vs? Кое-что мы знали об этом из литературы, но знали мы и о спорах до сих пор сопутствующих исследованию этого эффекта на практике.
Во времена Голицына еще не было хорошо разработанной модели очага землетрясения. Голицын говорил — натяжение слоев... Это значит, недра Земли перед разрывом-толчком натягиваются как гитарная струна, готовая лопнуть. В такой струне действительно падает скорость бегущих звуковых волн.
Но ведь недра Земли разрушаются не от растягивающих усилий, а от сжимающих. Значит, все должно быть наоборот, скорость проходящих волн должна возрастать! Мы уже знаем, как объясняет этот парадокс теория дилатенсии. Но приложение лабораторного эффекта дилатенсии к сейсмологии — дела новое, непривычное. Некоторые сейсмологи все еще упорно уверяют, что ни скорости продольных и поперечных волн, ни соотношение этих скоростей в действительности перед землетрясением не меняются, это кажущееся явление, квазиэффект! Они считают, что отношение скоростей почти не зависит от среды, а только от самого очага слабого землетрясения.
Перед сильным толчком появляются среди слабых землетрясений очень похожие на будущий толчок по расположению! осей сжатия и растяжения (и это действительно так — об этом! читатель уже знает). К этим-то новым очагам и привязывали] "кажущиеся" пониженные прогностические отношения скоростей некоторые наши коллеги.
Почему кажущиеся? Да потому, объясняли специалисты, что при разной ориентации очага землетрясения сейсмические волны, испускаемые им, по-разному взаимодействуют со средой, поляризуются. И тогда мы видим (на сейсмограммах), как перед толчком яснее проявляется самое первое вступление поперечной сейсмической волны (на сейсмограмме эта вступление нужно выискивать на фоне уже вовсю выписываемой продольной волны, и ошибки возможны). Уменьшается инструментально измеренное время между приходом продольной и поперечной волн, отсюда и квазиэффект прогностического "седла" — предвещающего сильный толчок прогностического понижения, отношения скоростей слабых землетрясений.
Самым драматичным (для нас) было то, что и мы поначалу очень поверили в оригинальную "гипотезу очага" и с этой верой начали нашу работу над отношением скоростей. И простой статистический подсчет поначалу дал как будто слабое подтверждение этой гипотезы, но, как потом оказалось, на уровне ошибки. (Ох уж этот уровень ошибки! Как трудно привыкнуть все время помнить о нем и как легко творить новые результаты, начисто о нем забыв!) Пришлось взяться за дело уже как следует. По странному совпадению, удача ждала нас именно с тем землетрясением, которое было "предсказано" дважды — в том "пророческом" сне, о котором шла речь выше, н "задним числом", на графике.