Чтение онлайн

Прибор Вихерта очень экономичен, по обратной стороной медали здесь выступает механическая регистрация, которая вызывает трение, а это нельзя не учитывать. Чтобы преодолеть трение, вес массы волчка значительно увеличивали. Вес 1 тысяча килограммов — обычен для сейсмографа Вихерта. Столько весит этот прибор в обсерватории Сен-Морского парка. Но более мощные станции пользуются еще более тяжелым волчком. В институте Физики Земли в Страсбурге волчок весит не менее 19 тонн!

Читатель, вероятно, заметил, что все эти сейсмографы регистрируют только горизонтальные компоненты землетрясения. Чтобы записать вертикальную компоненту, пользуются другим прибором, состоящим в основном из тяжелой массы, подвешенной на спиральной пружине. Чтобы масса как можно меньше зависела от грунта, выбирается слабая пружина. В этом случае решающую роль играет инерция. Будет ли грунт резко прогибаться или подниматься, пружина, связанная через станину с тяжелой массой, растягивается или сжимается, а масса остается неподвижной. Можно, следовательно, заставить ее, как и в горизонтальном сейсмографе, вычертить график на закопченной или фотографической бумаге.

Но большинством этих приборов, как вертикальных, так и горизонтальных, тяжелых, громоздких и неудобных в работе, перестали пользоваться с 1906 года, когда русский физик Б. Б. Голицын изобрел прибор, применяющийся теперь во всех странах мира. Этот ученый начал с того, что сконструировал горизонтальный сейсмограф, подобный тому, который изображен на рис. 14, но уменьшил вес тяжелой массы до нескольких килограммов. К концу маятника он прикрепил индукционную катушку, а сам маятник поместил между двумя магнитами. Не трудно догадаться, что, когда землетрясение вдруг начинает раскачивать маятник в катушке, которая перемещается относительно магнитов, возникает индуцированный переменный ток. Ток замыкается на гальванометре, и его зеркальце отражает синусоиды со светящимися точками, проектируя их на фотографическую бумагу. Так получается сейсмограмма без физической связи с грунтом, причем возможности увеличения практически не ограничены.

Конструкция вертикального сейсмографа не отличается большей сложностью. Представим себе рычаг ОА (рис. 16), движущийся в вертикальной плоскости вокруг точки О. Он поддерживается пружиной R и несет тяжелую массу М и индукционные катушки В. Когда рычаг, приводимый в движение вертикальным толчком, колеблется, катушки перемещаются между двумя магнитами. Как и в горизонтальном приборе, фотографическое отображение индуцированного тока получается после замыкания на гальванометр. Голицын предложил свои сейсмографы в 1911 году и снабдил ими сеть станций, начиная от Пулковской обсерватории и кончая Владивостоком. Не приходится сомневаться, что Голицын сразу же добился блестящих результатов, поскольку его прибором пользуются почти на всех станциях Советского Союза с усовершенствованиями, внесенными Никифоровым. Специалисты в других странах добились только повышения точности показаний, улучшив некоторые детали прибора Голицына. Это позволило улавливать сейсмические волны различной длины. До изобретения Голицына проблема увеличения амплитуды имела решающее значение. Вспомним, что сейсмические волны, какой бы разрушительной силы они ни достигали, всегда отличаются ничтожной амплитудой (порядка одного миллиметра) и что эти волны не отразились бы на сейсмограмме без их увеличения. Для этого и удлиняли маятники, использовавшиеся в XIX веке в качестве сейсмографов. Именно с этой целью Вихерт применил систему рычагов, которые усиливали ничтожные колебания астатического маятника, но электромагнитное реле Голицына сняло эту проблему. Оно позволило добиться увеличения в тысячу раз, а американский коллега Голицына Бениофф усилил амплитуду в 200 тысяч раз.

Последней новинкой был сейсмограф, сконструированный в Высшей педагогической школе Парижа. Этот прибор благодаря электронным усилителям увеличивает амплитуду в миллион раз. Однако это преимущество не так уж значительно, поскольку прибор пропорционально увеличивает и помехи. Даже шаги случайного прохожего, оказавшегося на расстоянии одного километра от станции, вызывают колебания, которые нарушают сейсмическую запись. Сейсмографы Милна — Шоу, Вихерта, Голицына, Бениоффа, а также приборы, сконструированные Майнка, Омори, Грене, Кервен — Пиккаром и другими, используются теперь на сейсмических станциях одновременно. Можно ли назвать это расточительством? Нет, нельзя! Каждый прибор обладает своими преимуществами: одними удобнее пользоваться для регистрации очень отдаленных, другими — близких толчков. К тому же оснащение станции зависит, несомненно, от весьма прозаических причин, и в первую очередь от щедрости правительства.

Вам, вероятно, интересно узнать, сколько же сейсмологических станций существует на земном шаре и как они работают. Разумеется, не может быть и речи, чтобы здесь их перечислить. Даже специалисты не в состоянии этого сделать. В списке, опубликованном в 1953 году Брюссельской обсерваторией, перечисляется 518 станций. Но в этом году не менее 20 станций закрылось, и не исключено, что столько же числилось только на бумаге. В Европе насчитывается около 85 станций, без Советского Союза, в Северной Америке — 130, в том числе 90 в США, в Южной Америке — 15, в Японии — 120, в других странах Азии — 40, в Африке — 18 обсерваторий, в Австралии — 5. После Международного геофизического года [58] несколько станций создано в Арктике и Антарктике.

В Европе (кроме СССР) к самым крупным относятся станции в Бухаресте, Будапеште, Копенгагене, Гренаде (Испания), Чопе, Гамбурге, Йене, Кью (Англия), Кируне (Швеция), Праге, Рейкьявике, Риме, Страсбурге, Штуттгарте, Толедо, Триесте, Икле (Бельгия), Упсале (Швеция), Варшаве, Цюрихе.

Каждая из них не ограничивается накоплением собственных наблюдений. Нет науки без обобщений! Бесчисленное множество мелких фактов не способствовало бы развитию науки, если бы факты не сопоставлялись и не обобщались теоретическими выводами. Вот почему некоторые из 500 обсерваторий, рассеянных по всему земному шару, занимаются сбором наблюдений окружающих их станций, а затем передают их Международной центральной сейсмологической службе в Страсбурге. Обсерватории, занимающиеся сбором сводок, имеются в Токио, Москве, Вашингтоне, Шиллонге (Ассам), Веллингтоне (Новая Зеландия), Оттаве, Мехико, Сантьяго (Чили), Иоганнесбурге, Мадриде, Алжире, Букаву (Конго, Леопольдвиль), Джакарте (Индонезия), Кветте (Пакистан). Международная центральная сейсмологическая служба в Страсбурге сводит все отчеты, анализирует и публикует характеристики землетрясений. Затем через несколько лет они публикуются в объемистых годовых каталогах, которые составляются в Кью под названием «Международная сейсмологическая сводка».

Впрочем, мы не станем задерживаться на этой международной и административной деятельности сейсмологов и, вместо того чтобы ждать у дверей обсерваторий выпуска сообщений, войдем и посмотрим, как же выслушивают земной шар.

Нам, разумеется, хочется посмотреть, как работают сейсмографы, но приближаться к ним не рекомендуется. Даже легкие шаги раскачивают пол, и этого достаточно, чтобы на сейсмограмме отразились помехи в виде незакономерных искривлений. Не надо забывать, что сейсмограф регистрирует даже колебание на 0,001 миллиметра. Но допустим, что нам все же разрешили подойти совсем близко к этим бесшумным приборам и наблюдать за их работой. На сейсмографе любой системы мы обнаружим вращающийся барабан, на который наматывается бумажная лента. Одни сейсмографы дают фотографическую запись, острие других наносит кривые на закопченную ленту. Казалось бы, что, если не происходит никаких сейсмических явлений, должна получиться прямая линия. Но на практике эти линии состоят из ряда еле заметных зигзагов; это следствие так называемых микросейсмических возмущений, к которым мы скоро вернемся.

Теперь нам хочется взглянуть на сейсмограмму землетрясения. Возьмем для примера сейсмограмму Японского землетрясения 1923 года, которое мы проследили с начала и до конца в пятой главе (см. рис. 4). Она записана в Сен-Морской обсерватории и проанализирована Эблэ, о чем уже говорилось на стр. 90, 91.

Правда, здесь приведена лишь часть сейсмограммы, так как полная запись занимает три четверти метра. Однако и этого отрывка достаточно, чтобы привести нас в замешательство. Глядя на более или менее резко выраженные зигзаги, мы поражаемся, как же сейсмологи могут их расшифровывать таким образом, чтобы узнать время наступления землетрясения, его магнитуду, расстояние от эпицентра и многое другое. Скажем в двух словах, как это сделала женщина-сейсмолог Лабруст, что «анализ сейсмограммы заключается в точном замере времени наступления отдельных фаз (с точностью до 0,1 секунды для первой фазы и до 1 секунды для последующих), в определении природы волн и их первопричины в пространстве и во времени (эпицентр, глубина очага, время в очаге), так же как и в определении более или менее сложных траекторий, по которым следовали эти волны». Но кое-что из того, что мы увидим при более внимательном изучении сейсмограммы, требует объяснения. Чтобы войти в курс дела, допустим, что мы провели возле приборов ночь с 31 августа на 1 сентября 1923 года. До 3 часов все было спокойно. С 3 часов 11 минут сейсмограф вдруг начинает регистрировать группы волн. Это очень короткие волны с большой скоростью и ничтожной амплитудой. Мы могли бы считать их незначительными, если бы не… Скажем только, что такие волны называют первыми, или волнами Р, и посмотрим, какими они будут минут через 15. Мало-помалу их сменят другие волны с большей длиной и амплитудой. Это вторые волны, или волны S (крайние слева на рис. 4). Далее мы видим, что через какое-то время волны S в свою очередь вдруг преобразуются в волны гораздо большей длины. Их амплитуда так велика, что зигзаги достигают 17 сантиметров! Это длинные волны, или волны L [59] .

Но запись еще не закончена. В течение последующих двух часов сейсмограф продолжает регистрировать толчки. Волны L превращаются в колебания с более коротким периодом, затем они вытягиваются в цуг правильных синусоидальных волн, которые тем медленнее затухают, чем больше расстояние от очага землетрясения.

Волны Р, волны S, волны L — вот то, что сейсмологи называют тремя главными фазами сейсмограммы, тремя группами различных и характерных волн, тайну которых нам предстоит теперь разгадать.

В тот же день 1 сентября 1923 года, когда нам удастся установить связь с другими станциями, мы узнаем, что это сейсмическое возмущение с той же последовательностью волн Р, S и L было зарегистрировано повсеместно. Нас поразит, что наступление различных фаз землетрясения было зарегистрировано повсюду в разное время. Чем дальше находилась станция от эпицентра, тем позднее было зарегистрировано землетрясение. Мы могли бы даже составить график, подобный тому, который представлен на рис. 17.

На этом графике по оси абсцисс отложены расстояния (в тысячах километров) от сейсмологической станции до эпицентра, а по оси ординат — время прохождения (в секундах) волн Р, S и L. Как и следовало ожидать, мы прежде всего установили, что время пробега волны тем продолжительней, чем больше расстояние между станцией и эпицентром, и, далее, что определенные таким образом точки образуют для каждой из трех фаз непрерывные кривые.

Но эти три кривые не похожи друг на друга. Кривая L прямолинейна; кривые волны Р и S выгибаются и заканчиваются ниже. Что же это значит? Кривые подтверждают показания сейсмограммы: из трех видов колебаний, одновременно зародившихся в очаге землетрясения, волны Р приходят первыми, поскольку они распространяются с наибольшей скоростью. Волны 5 распространяются с меньшей скоростью, a L — еще медленней. Вспомним, что сейсмические волны бывают продольными и поперечными, причем именно продольные волны отличаются наибольшей скоростью. Отсюда можно сделать вывод, что фаза Р соответствует вступлению продольных волн (то есть расширению — сжатию), а фаза S — вступлению поперечных волн (подобных кругам на поверхности воды)…