Геофизика. Сейсмология — наука о землетрясениях. Скорость распространения сейсмических волн

Изучением процессов, возникающих в горных породах под воздействием различных физических процессов, занимается особая отрасль науки — геофизика. Геофизики изучают упругие колебания, возникающие при сильных толчках, изучают температурный режим Земли и отдельных ее слоев, силу тяжести, магнитные и электрические свойства, радиоактивность и пр.

В большинстве случаев усилия геофизиков направлены на изучение поверхностных зон земной коры, для обнаружения полезных ископаемых, но с помощью геофизических методов исследований "мы проникаем и на большие глубины.

Важнейшим разделом геофизики является сейсмология— наука о землетрясениях. Изучение землетрясений помогает выяснить внутреннее строение Земли. «Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит. Свет от этого фонаря пока еще очень тусклый, но не подлежит сомнению, что со временем он станет гораздо ярче и позволит нам разобраться в этих сложных явлениях природы»,— так писал в своих «Лекциях по сейсмометрии» основоположник сейсмологии академик Б. Б. Голицын.

Изучают внутреннее строение Земли, регистрируя все содрогания Земли — естественные и искусственные.

Ежегодно происходит около десяти тысяч землетрясений. Движение Земли при землетрясениях происходит обычно одновременно и перпендикулярно и параллельно земной поверхности.

Один из очевидцев землетрясений в Греции рассказывал о своих ощущениях. «Представьте,— говорил он,— если бы вас доставили на крышку котла, в которое кипит вода,— крышка трясется во всех направлениях, устоять нет возможности. Вот то же я ощущая при землетрясении».

Перед учеными возникла задача: как регистрировать подземные толчки, когда все кругом трясется? Что» можно принять за точку опоры? Точку опоры удалось найти русскому академику Б. Б. Голицыну. Наблюдая за поведением маятника, он увидел, что в силу- инерции маятник при толчках на некоторое время остается на месте.

После того как была найдена точка опоры, решить конструктивную задачу записи землетрясения не составило труда. И сейчас самопишущими приборами —сейсмографами системы академика Б. Б. Голицына — обеспечены все геофизические станции мира.

Одним из ранних впечатлений детства автора этой книги был большой силы взрыв, происшедший 29 апреля 1915 года в 8 часов вечера в Петрограде. Зарево осветило весь Петроград, зашатались дома, последовал страшной силы звук, а затем пламенем было объято все заречье Невы, вся Охта, Лишь значительно позднее стало известно, что в это время взорвался весь запас тротила и динитробензола на Охтенском заводе. Пулковская станция отметила сильные колебания Земли и воздушную волну большой силы. Материалы взрыва обследовались академиком Голицыным. Он нашел, что взрывная волна возбудила колебания Земли, распространявшиеся со скоростью 3—5 километров в секунду от места взрыва.

Ряд взрывов несколько меньшей силы изучался в Германии, во Франции, в США, но исключительное место среди этих наблюдений занимает изучение Коркинекого взрыва в окрестностях города Челябинска.

16 июля 1936 года в 12 часов местного времени было взорвано 1800 тонн аммонала и аммиачной селитры, заложенных в 30 колодцах на глубине 18—20 метров и в траншее 900 метров длиной. Эти взрывы были рассчитаны так, чтобы, подняв на воздух породу, вскрыть угольный пласт. В это время геофизики установили восемь временных сейсмических станций на расстоянии в 50—100—200—300—500 километров от места взрыва. Все эти станции были ориентированы почти точно в широтном направлении. Девятая станция, регистрировавшая взрыв, была в Свердловске.

Она располагалась в меридиональном направлении от места взрыва. Несколько лет обрабатывались сейсмологами данные этого взрыва. От места взрыва распространялись на глубину колебания (сейсмические волны) и после неоднократного преломления и отражения от тех слоев, которые встречались на пути, снова возвращались к поверхности; здесь их записывали сейсмографы. Расчеты на основании сейсмограмм показали, что в окрестностях Челябинска можно различить на глубину четыре слоя: первый слой около десяти километров толщиной, второй около семи, третий около двенадцати и четвертый около девяти километров.

В каждом из этих слоев менялась скорость распространения волн; с глубиной скорости сейсмических волн резко возрастали. Такое резкое нарастание скорости сейсмических волн с глубины 40—50 километров наблюдается и при естественных землетрясениях.

Почти во всех странах мира налажена сеть сейсмических станций, регистрирующих колебания Земли. Записи землетрясений научно обрабатываются и обобщаются в научных центрах.

Изучая современные материалы о скорости распространения сейсмических волн, мы можем установить, что в недрах Земли существует несколько слоев с характерными скоростями распространения сейсмических волн (6). Первый слой 40—50 километров толщиной получил название земной коры; второй слой до глубины в 400 километров — подкоровый; еще глубже, до глубины 800 километров, залегает третий слой, называемый слоем Голицына. Четвертый слой иногда называют нижней частью промежуточной оболочки; он располагается до глубины 1200 километров.

Пятый слой, промежуточный, лежит на глубине от 1200 до 2900 километров. Глубже располагается так называемое ядро Земли. В последнее время стали выделять внешнее ядро с глубины 2900 до 5000 километров и внутреннее ядро до центра Земли. В каждом из этих слоев скорости сейсмических волн более или менее постоянны или возрастают равномерно.

К содержанию книги: КАМЕННЫЕ ДОКУМЕНТЫ