Читать онлайн «Эврика-87». Страница 20

В. Бгатов считает, что его гипотеза поддается экспериментальной проверке. Для этого надо провести изотопный анализ кислорода, вырывающегося временами из кратеров вулканов в газовых струях. Ранее вулканологи в своих исследованиях не интересовались изотопным составом вулканического кислорода, считая, что он проникает в эти выбросы из атмосферы.

Вывод ученого имеет, по оценке специалистов, большое практическое значение для воссоздания палеогеографических ландшафтов, существовавших на ранних этапах становления нашей планеты. Появляется возможность лучше проанализировать ход геологических процессов, приведших к образованию многих видов полезных ископаемых, точнее определить закономерности их размещения в земной коре, сокращая тем самым расходы на их поиски.

О чем шумит Земля

В мире инфразвуков Земля звучит как большой оркестр, включающий в себя инструменты разного размера, силы и высоты звучания. Земной оркестр не ведает антрактов. Чуткие сейсмографы, прижатые к телу планеты, фиксируют эту "музыку" - непрерывные, на первый взгляд хаотические колебания земной поверхности. Эти колебания очень слабенькие по сравнению с волнами от землетрясений, потому и название получили - микросейсмы. Бытует мнение (и отчасти это так), что микросейсмы - помехи, что они мешают выделению регулярных волн, отраженных и преломленных на границах нефтеносных куполов, рудных жил, разломов, вулканических резервуаров, слоев в коре, мантии, ядре планеты.

Но, как говорится, микросейсмы микросейсмам рознь. Иногда микросейсмы вызваны океаническими волнами, набегающими на материки, порывами ветра, даже деятельностью человека. Это и впрямь помехи.

Однако существует и другой шум Земли, внутреннего, "собственного"

происхождения. Эти микросейсмы полезны, они могут многое рассказать о недрах планеты. Эндогенные, как их называют, микросейсмы имеют относительно высокую частоту (15-60 колебаний в секунду), их легко спутать с ветровыми. Но это принципиально разные вещи. Еще основоположник российской сейсмологии академик Б. Голицын отмечал, что высокочастотные микросейсмы обнаружены в самых разных частях Земли и, стало быть, должны иметь отношение к некоему глобальному качеству планеты.

Но к какому именно? Над этим задумались несколько лет назад Л. Рыкунов, профессор физического факультета Московского государственного университета, ныне член-корреспондент Академии наук СССР, и его ученики, сейчас сотрудники Института физики Земли АН СССР, кандидат технических наук О. Хаврошкин и кандидат физико-математических наук В. Цыплаков.

Кропотливые исследования - теоретические разработки, конструирование новой аппаратуры, полевые наблюдения, обработка данных на ЭВМ - привели к открытию. Оно зафиксировано в Государственном реестре под номером 282 и состоит в том, что обнаружено неизвестное ранее явление:

длиннопериодные процессы, происходящие на Земле и в ее недрах, управляют высокочастотными сейсмическими шумами.

Шумы эти то усиливаются, то слабеют. Оказалось, что ослабление и усиление шумов происходит в такт с собственными колебаниями Земли, лунносолнечными приливами, волнами от сильных землетрясений и даже штормовыми микросейсмами. Открытие прояснило понимание важного качества земных недр - их активности, проявляющейся в такт называемой сейсмической эмиссии - излучении волн высокой частоты.

Исследователи шли несколькими путями: применяли аналогии с акустической эмиссией, изучали микросейсмы в широком диапазоне частот, опирались на опыт регистрации сверхслабых астрофизических сигналов.

Явление акустической эмиссии было известно физикам ранее: образцы материалов под нагрузкой "звучат" - излучают высокочастотные сигналы.

Это связано с существованием в образце дефектов структуры, трещин. Под давлением дефекты нарушаются, перестраиваются - излучают волны.

Оказывается, похожее явление имеет место и в столь большом и сложно устроенном "образце", каким является Земля, в особенности ее верхние слои. Сейсмическая эмиссия-свидетельство и следствие неоднородного устройства Земли, которая состоит из пород, блоков, кусков различного химического состава. Они находятся в разном энергетическом состоянии, разделены сложными переходными поясами, пронизаны трещинами, внедрениями магматических расплавов.

В Земле благодаря передвижению вещества существуют постоянные, так называемые "фоновые" напряжения, они концентрируются на границах неоднородностей. Если порода не выдерживает, рвется, происходит землетрясение. Микроземлетрясения, происходящие практически непрерывно, и есть сейсмическая эмиссия.

Высокочастотные шумы могут быть разными в зависимости от земной сейсмической "погоды". Земля как бы сама помогает ученым ее изучать: она создала шумы и изменяет их амплитуду в соответствии с ходом внутренних процессов, которые и характеризуют ее важные глобальные качества. Это напоминает то, как появление радиосвязи обеспечило передачу информации на расстояние: там речь, музыка модулируют, меняют несущую высокую частоту.

Сейсмическую эмиссию можно назвать "люминесценцией" - свечением в звуковом диапазоне: светятся неоднородно напряженные блоки, нагретые магматические очаги, рудные месторождения. А если вспомнить сравнение Б. Голицына сейсмической волны от землетрясения с фонарем, освещающим таинственные недра, и применить его к случаю микроземлетрясений, то становится ясно: сейсмическая эмиссия - это "карманные фонарики", позволяющие пристально присмотреться к деталям. И впрямь, без эмиссии собственные колебания планеты, приливные эффекты и прочее изучать непросто - нужна громоздкая аппаратура, специальная методика наблюдений и обработки. Но эти сами по себе слабые эффекты оказываются выразительными и ощутимыми, когда они "управляют" сейсмической эмиссией.

Специальная аппаратура для изучения высокочастотных шумов Земли оказалась относительно простой и портативной: сейсмометры, чувствующие фантастически слабые перемещения грунта, и фильтры с очень узкой частотной полосой, отрезающие помехи, словно острым скальпелем. Они позволяют отделить внутренний шум Земли от ветровых помех, как бы лучом прожектора высветить в хаосе земных микросейсм какие-то закономерности.

Аппаратура была поставлена во многих местах: в глубокой штольне Центральной сейсмической лаборатории города Обнинска, на сейсмостанциях Крыма и Кавказа, испытательном полигоне в Белоруссии, на плотине Нурекского водохранилища. Многие годы велись наблюдения, данные накапливались, отдельные нити фактов и доводов сплетались в клубок знаний о малоизвестных качествах Земли.

Амплитуда высокочастотных шумов обнаружила явно не случайное соответствие с ранее известными глобальными явлениями. В спектре шумов были выделены периоды, близкие к собственным колебаниям Земли; произошло это, в частности, после сильных землетрясений 1979 года в Мексике и на Аляске. Выделена известная приливная периодичность в половину и целые земные сутки. Была обнаружена связь высокочастотных микросейсм с энергией землетрясений земного шара. Когда же перешли к изучению штормовых микросейсм, оказалось, что и они отражаются в "подземной погоде" даже удаленных от океана районов.

Открытие № 282 имеет не только большое научное значение, оно послужит и практике. Во-первых, обнаружено новое свойство Земли - мера ее неоднородности и внутренней активности; наши представления о Земле стали многокрасочнее. И хотя пока еще не введен соответствующий "коэффициент сейсмической эмиссии", уже ясно, что повышенным шумом и способностью к переизлучению обладают неоднородные зоны: нефтяные ловушки, рудные жилы, магматические очаги.

Так что открытие, безусловно, может быть использовано для нужд народного хозяйства - поиска полезных ископаемых и прогноза землетрясений.

Далее, развивается методология исследований, проясняется общая картина событий, до сей поры не совсем ясных. Микросейсмы из разряда помех, где их раньше числили, переводятся в ряды помощников. Из-за "перекачки" напряжений в высокочастотные шумы происходит, вероятно, ослабление сейсмичности после сильных штормов в прибрежных районах.

Быть может, это намечает путь "управления" землетрясениями? Микросейсмы могут быть использованы и как источники зондирующих Землю сигналов.

Наконец, появляется перспектива использовать открытие для технически трудных сейсмических исследований планет земной группы и малых тел Солнечной системы. Портативная неприхотливая аппаратура, включающая чувствительные сейсмографы и узкополосные фильтры, может быть доставлена туда с помощью автоматических устройств. Регистрация эндогенных шумов, даже в небольшие интервалы времени, поможет оценить степень неоднородности структуры небесных тел, уровень их сейсмической активности, период собственных колебаний планет. Похоже, что открытие эмиссии и эффекта ее модуляции приведет к "эмиссии" новых открытий неведомых сторон нашего космического дома.