Под покровом мантии

Гораздо труднее ответить на вопрос о том, когда произойдет землетрясение. Но когда ученые смогли полнее расшифровывать сигналы Земли, то оказалось, что за несколько часов перед землетрясением очень сильно изменяются и магнитное поле и наклоны земной поверхности. Если в опасных сейсмических зонах установить специальные наклономеры, то, следя за положением пузырьков в жидкости прибора, можно сказать, что в ближайшие часы произойдет землетрясение, и принять предупредительные меры. Если соединить наклономеры с системой автоматической сигнализации, то оповещение о грозящей катастрофе произойдет быстро и безотказно.

Как же расшифровываются эти сигналы недр?

В центре Урала, в окрестностях Свердловска, для сейсмической станции выбрана однородная скала, большая массивная гора, состоящая из пород однотипного строения. В глубоком подвале вмонтированы под разными углами сейсмографы, которые непрерывно вслушиваются в ритм жизни Земли.

Вот стрелка самописца медленно пошла вверх, потом вниз, вычерчивая на вращающемся барабане кривые различной амплитуды. Вдруг на ленте вырисовывается резкий пик, потом другой… Амплитуда кривых достигает предельного значения. В обсерватории тревожные звонки, загораются красные лампочки. Это где-то, может быть на Филиппинах, может быть на Гавайских островах или в Антарктиде, происходит землетрясение, разламывается Земля.

Оператор, внимательно наблюдающий за поведением сейсмографов, по углу входа сейсмических лучей может рассчитать, где, когда и какой силы произошло землетрясение. А дальше служба информация передает сообщение в специальный центр, где сведения, полученные от всех сейсмических станций, обобщаются, обрабатываются и уточняются.

В последние годы сейсмическая служба информации приобрела особое значение. Соединенные Штаты Америки начали усиленные подземные испытания ядерных бомб, в особенности в штате Невада. Советские сейсмические станции не только поймали эти сигналы, но и отделили их от тех, которые приходят во время землетрясений. Они оказались резко отличными, имеющими свою индивидуальную характеристику, и Советское правительство немедленно оповестило весь мир о ядерных взрывах и их последствиях. Однако американским государственным деятелям нужно было продолжать испытания. И они начали бесконечные дискуссии о необходимости контроля на чужих территориях, доказывая, что современные сейсмографы не настолько чувствительны, чтобы зафиксировать сотрясения Земли, идущие от ядерной бомбы, и отличить их от естественных сигналов нашей планеты. Американцы даже занялись подсчетами и установили, что будто для подземного взрыва обычной мегатонной водородной бомбы потребовалась бы специальная полость диаметром 500 метров, вырытая на глубине полутора-двух километров. Взрыв этой бомбы, говорили они, можно было бы зафиксировать, но изготовить такие углубления невозможно. Происходят же, мол, взрывы более слабые, и они не улавливаются обычными средствами.

Дискуссия между дипломатами длилась до тех пор, пока в нашей стране не был произведен специальный подземный взрыв, который немедленно был зафиксирован американскими сейсмическими станциями. США, разумеется, на весь мир завопили, что в Советском Союзе тоже производятся подземные взрывы. И тогда наше правительство разъяснило, что этот взрыв был произведен именно с той целью, чтобы американцы его зафиксировали. Помимо дипломатического значения, факт этот косвенно доказал исключительную чувствительность и точность современной техники сейсмических наблюдений.

Любое содрогание Земли пронизывает весь земной шар. Сейсмические волны отражаются от различных слоев Земли или преломляются ими. Каждое преломление, каждое отражение дает свои сигналы. Надо только уметь расшифровывать эту информацию недр. Многочисленные сопоставления данных землетрясений привели ученых к представлению о единой схеме строения недр нашей планеты.

Мы уже видели, что получаются ясные сейсмические сигналы у раздела Мохоровичича, у того раздела, который отграничивает верхнюю мантию от земной коры. Но не только этот раздел фиксируют сейсмографы. По ускорению или замедлению прохождения сейсмических волн сейчас выделяются несколько зон, как бы концентрически вложенных друг в друга внутри Земли. Эти зоны называются геосферами.

Крупные зоны — это земная кора, мантия и ядро, но внутри каждой из них довольно четко выявляются, так же как в составе земной коры, отдельные подзоны или слои.

Вот мантия Земли. Она занимает примерно 70 процентов всей массы нашей планеты. Взяв начало под земной корой, мантия простирается до глубины почти в 3000 (точнее — 2900) километров от поверхности Земли. В зоне мантии скорость сейсмических волн то быстро возрастает, то замедляется, и по этому возрастанию или замедлению в ней выделяют верхнюю и нижнюю мантии. В составе верхней мантии, в свою очередь, выделяют несколько слоев. Первый слой — приземной, или подкоровый, толщиной около 100 километров (наблюдается до глубины 150 километров). Магматисты говорят, что в нем много очагов, питающих вулканы. Здесь располагаются центры, или, как говорят геологи, фокусы землетрясений.

За подкоровым следует слой относительного покоя. Он лежит на глубинах от 150 до 200 километров. В последние годы этот слой называют именем Гутенберга, в честь крупного геофизика, который впервые разработал элементарную схему внутреннего строения Земли, о которой мы сейчас говорим. Дальше идет слой без названия, ничем как будто не примечательный; располагается он на глубине от 200 до 400 километров от поверхности Земли.

Затем на глубине от 400 до 800 километров от поверхности Земли скорость сейсмических волн вдруг начинает резко возрастать. Этот участок мантии выделен под названием слоя Голицына, в честь русского ученого, академика, который заложил научные основы сейсмологии. Ему же принадлежит честь разработки конструкции сейсмографов. Это он в начале нашего столетия подвел научную базу под все явления сейсмики и землетрясений. Благодаря Б. Б. Голицыну сейсмология стала математически обоснованной наукой.

Слой, носящий имя Голицына, отличается большой активностью. Здесь располагаются очаги крупнейших, так называемых глубокофокусных землетрясений. Долгое время ученые не могли объяснить причину концентрации очагов в этой зоне, и только на основе представлений о строении атома стала возможной расшифровка процессов, протекающих в слое Голицына. Экспериментально установлено, что при давлениях порядка ста тысяч атмосфер происходит срыв верхних электронных оболочек атома и переход их на нижние орбиты. Все экспериментальные установки, в которых достигалась эта величина давления, взрывались. И ученые предполагают, что сотрясения Земли, идущие из слоя Голицына, связаны именно со срывом электронных оболочек атомов. Там часто происходят взрывы огромной силы, которые вызывают страшные разрушения и на поверхности Земли.

А дальше идет зона почти абсолютного покоя, тоже не имеющая названия. Она прослеживается с глубины 1200 километров от поверхности Земли. Здесь начинается нижняя мантия Земли. Здесь сейсмические волны достигают почти предельной скорости в 12–12,5 километра и затем проходят по всей нижней мантии с одинаковой или почти одинаковой скоростью. На глубине 2900 километров вновь происходит резкий перепад скоростей распространения сейсмических волн.

Еще глубже лежит ядро Земли. Бесконечные споры ведут ученые о его составе. Надо сказать, что есть два вида колебаний Земли: продольные и поперечные. Продольные колебания возникают в виде сжатия и расширения вещества по направлению распространения бегущей волны. Поперечные колебания возникают в результате своеобразного кручения вещества; здесь колебание вещества происходит перпендикулярно распространению движения волны. Продольные волны движутся быстрее поперечных.

При переходе от мантии к ядру Земли скорость продольных волн с 12,5 километра в секунду вдруг скачком уменьшается до 8,5 километра в секунду. То же происходит и с поперечными волнами: их скорость с 7,5 километра в секунду снижается до 5 километров.