Грозное дыхание Земли. Петербургские сейсмологи прислушиваются к нему больше столетия
Катастрофой века назвали власти Турции недавнее разрушительное землетрясение, унесшее множество жизней. Сейсмические волны, прокатившиеся со скоростью восемь километров в секунду, ощутили специалисты всего мира. Зафиксировали их через пять минут после первых толчков благодаря чутким приборам и петербургские сейсмологи. Но заверили, что нашему городу, тяготеющему к спокойному Балтийскому щиту, такая беда не угрожает. Их оценки подтверждает огромный массив данных, полученных на сейсмостанции «Пулково» (подразделение федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН»). Это одна из первых в России станций, находится она на Пулковских высотах — по соседству с обсерваторией, где еще дольше наблюдают за космосом.
ФОТО Дмитрия СОКОЛОВА
Маска гофмейстера
Скромная постройка среди обширных пулковских зарослей не привлекает внимания. Увидев ее, невольно подумаешь: а не ошибся ли адресом? Но стоит подойти ближе, как все сомнения исчезают. Фасад здания украшает мемориальная доска. На этой сейсмостанции, извещает она, с 1906‑го по 1916 год работал ее основатель — выдающийся русский физик академик Борис Борисович Голицын. А чуть поодаль, в окружении старых деревьев — рядом с Петровской горкой — на гранитном постаменте установлен его бюст.
Доска и бюст появились здесь к столетию со дня рождения ученого, в советские времена и по решению Ленинградского исполкома, хотя ученый был аристократом, а их тогда не жаловали. Но имя князя Голицына, имевшего чин гофмейстера императорского двора, из истории не вычеркнули. Как-никак это один из основоположников отечественной сейсмологии и системы метеорологических наблюдений в России.
Внутри здания тоже многое о нем напоминает: архивные снимки, статуэтка сейсмолога и его посмертная маска, переданная внучкой князя. Старинный письменный стол, на котором лежит маска, и другая антикварная мебель создают обстановку мемориального кабинета. Хотя некоторые эти вещи вряд ли принадлежали Голицыну. Изобретенные им и работавшие здесь приборы не сохранились, говорит Владимир Карпинский, ведущий инженер сейсмостанции «Пулково»…
Долгое время такие приборы, по его словам, были несовершенны. Они лишь регистрировали землетрясение, не позволяя точно определить его эпицентр. А сейсмической службы в России не было до конца XIX века. Хотя задолго до ее создания сотрудники Пулковской обсерватории (Григорий Левицкий, например) следили и за тем, как «дышит» наша планета из‑за движения тектонических плит.
Поворотным моментом стало землетрясение 1887 года, разрушившее казачий поселок Верный (впоследствии Алма-Ата), где погибло много людей. Если бы в ту пору имелась сеть сейсмостанций, многих из тех, кто оказался под завалами, удалось бы сразу спасти. После этого при Русском географическом обществе возникла Сейсмическая комиссия.
Затем в России была создана постоянная такая комиссия, возглавил ее академик Оскар Баклунд, директор Главной астрономической обсерватории в Пулкове. А входивший в нее князь Голицын сконструировал сейсмограф с электромагнитным преобразователем, который превзошел все аналоги, и разослал чертежи ведущим сейсмостанциям мира. Многие из них установили новинку, чтобы следить за «дыханием» Посейдона, бога морей и землетрясений.
Афтершок и его «автор»
Стараниями ученого-аристократа подобные объекты стали появляться и в Российской империи. Начали со сейсмически опасных зон — Тифлис, Ташкент, Баку, Верный. Затем эту сеть, улавливавшую подземные толчки, расширили. Благодаря князю Голицыну развивалась она на научной основе. Такие станции оснащали передовым оборудованием, а их сотрудников, «разгадывавших» получаемые сигналы, обучали по единой методике. И скоро российская сейсмослужба получила признание как одна из лучших в мире.
Сейсмологи нередко работали рука об руку с астрономами. Кстати, под руководством одного из них, директора обсерватории в Юрьеве академика Струве (позже он возглавил Пулковскую), была создана опорная сеть геодезических пунктов, протянувшихся от Скандинавии до Черного моря (дуга Струве). Среди ученых, формировавших эту науку, было немало астрономов. Но это не значит, что причиной землетрясения считали поведение небесных тел, вызывающих гравитационное возмущение. Природа его другая: литосферные плиты движутся друг возле друга, и накапливается напряжение. А когда предел прочности горных пород исчерпан, происходит его сброс и высвобождается колоссальная энергия.
Этот процесс может идти по разным сценариям. Мощное одиночное землетрясение сопровождается порой серией слабых событий (афтершоков). Но, что в каждом случае выполнило роль спускового крючка, практически невозможно сказать…
Петербургские же сейсмологи поначалу работали в подвале обсерватории. Она находилась тогда далеко от города, и его влияние (как и проходящей мимо дороги) на сейсмические наблюдения было слабым. И все же это помещение специалистов не устраивало, поэтому рядом было построено по особому проекту здание с подземным павильоном, отвечавшее всем требованиям.
В годы революции оно сгорело. Не сохранилось и второе: с осени 1941 года на Пулковских высотах проходила линия фронта, и станция превратилась в руины. Сохранилась только витая чугунная лестница, ведущая в нижнюю ее часть. Да и само «подземелье», рядом с которым в 1956 году возвели нынешнее строение, а возрожденный объект получил позже статус памятника культуры…
Спустившись на несколько метров по узкой крутой лесенке, мы попадаем в самую важную, функциональную, часть здания, где обосновались сейсмографы.
Покосившаяся калитка
Чем глубже установлены сейсмографы, тем меньше влияют на них изменения температуры, давления и влажности. «Подвал сделан по принципу термоса, с двойными стенами и воздушной прослойкой, чтобы уберечь приборы от температурных колебаний, — рассказывает провожатый. — А по всему периметру проходит бетонный коридор, позволяющий уменьшить воздействие подвижек грунта и обезопасить объект от подземных вод при нарушении наружной гидроизоляции».
Минуя одну подземную «горницу», попадаем в другую. На бетонном основании, которое уходит вниз еще глубже, тут стоит устройство, фиксирующее «пульс» Земли. Это современный широкополосный сейсмограф, способный заменить три-четыре комплекта приборов старого типа и передающий показания в цифровом виде. Он упакован в коробку из пенопласта, стенки которой состоят из термостабильной крошки. А на крышке водружен датчик, показывающий температуру и влажность в самом помещении.
На других постаментах в каждом углу «глубокой» комнаты утвердились его предшественники. По ним можно проследить чуть ли не всю историю отечественной сейсмологии — начиная от детища основателя этой станции, ставшего председателем Международной сейсмической ассоциации.
Вот «близнецы» приборов, что работали здесь до войны, — горизонтальный и вертикальный сейсмографы. Механизм у них разный, но оба так надежны и неприхотливы, что можно вновь воспользоваться ими хоть сейчас. В основе вертикального (как и большинства современных приборов) заложена маятниковая система. На постамент и к основанию прибора приходит волна, докатившаяся от землетрясения. Масса маятника, уравновешенная пружиной, стремится к состоянию покоя. Такая система позволяет регистрировать очень слабые колебания.
«Маятник есть и в горизонтальном сейсмометре, — показывает специалист, — но вместо пружины тут подвес вроде покосившейся калитки: небольшой наклон оси возвращает его в исходное положение. Ученые добились идентичности амплитудно-частотных характеристик этих типов приборов, несмотря на их различия, что было огромным достижением. Волна, пришедшая на постамент под произвольным углом, раскладывалась, таким образом, на три компоненты». Заставить маятник реагировать на колебания постамента — это полдела, нужно было уловить сигнал для его обработки и анализа. Большинство сейсмографов регистрировали тогда колебания пером на закопченной бумаге с помощью системы рычагов, увеличивающих амплитуду (доли микрометра) на записи, а чтобы снизить трение, приходилось наращивать массу маятника.
Князь Голицын усовершенствовал эту систему, сделав ее точнее и компактнее. На основание он поставил магниты, а на маятник — катушку индуктивности. При ее движении в магнитном поле генерировался электрический ток, передаваемый на регистрирующее устройство. Такой преобразователь позволял регулировать затухание маятника, чтобы через небольшое время после первого толчка уловить следующий.
Схожие принципы действия были заложены в более поздних устройствах. Выпускали их на производственной площадке академического Института физики Земли. Некоторые из них стоят здесь на постаментах в этом же помещении. А в соседнем расположился зеркальный гальванометр.
От Калининграда до Камчатки
Электрический ток, бегущий от сейсмографов, регистрировать можно по‑разному. Наибольшее распространение получила фотофиксация: сигнал подавался на гальванометр, зеркальце которого отклонялось (в зависимости от силы тока), и на него направлялся луч осветителя. А отраженный «зайчик» проецировался на фотобумагу, надетую на вращающийся барабан.
Проявив изображение, получали сейсмограмму события, записанную справа налево, как арабская вязь. Такой способ записи просуществовал до конца XX века, и благодаря этому накопилась богатая летопись таких записей. Многие годы они хранились здесь же, на станции, представляя большой интерес для науки. Потом их вывезли в Обнинск, где находится Центральное отделение Единой геофизической службы РАН. Фотокопии некоторых, правда, тут сохранились…
Покинув подвал, мы направляемся к шкафам и берем один из старых листов. «Вот смотрите, — собеседник указывает на кривые. — Это сейсмограмма землетрясения, случившегося более века назад в Мессинском проливе, недалеко от Сицилии». Несколько итальянских городов тогда пострадали, и корабли, находившиеся рядом на маневрах, поспешили спасать раненых. На одном из тех кораблей служил Николай Кожин, который позже стал сейсмологом и возглавлял одно время Пулковскую станцию…
Где‑то раньше тут стоял телетайп, по которому петербуржцы отправляли в Обнинск свои сводки. В начале 2000‑х годов они перешли на «цифру», и теперь данные поступают туда почти в режиме реального времени, а специалисты, дежурящие круглые сутки, отслеживают текущие события. Если в России или еще где‑то произойдет сильное землетрясение (такое, что разрушило сахалинский поселок Нефтегорск), в МЧС тут же поступит тревожный сигнал. В Обнинский «штаб» стекаются сведения со всей российской сети таких объектов. Он связан и с зарубежными сейсмостанциями: обмен данными предусматривает, кроме прочего, один из пунктов международного Договора о запрещении испытаний ядерного оружия…
Из сейсмоопасных регионов информация уходит в Обнинск непрерывно. Но и станция «Пулково» действует в одной связке с другими. Для регистрации местных событий вокруг Петербурга развернута региональная сейсмическая сеть, куда входят станции, расположенные в Ленобласти: у деревень Лебедевка и Лопухинка, в Выборге и на острове Валаам. Они работают в автоматическом режиме и передают данные для обработки в «Пулково».
Кроме этой питерской станции, которая получает от них и обрабатывает данные, все они работают в автоматическом режиме, без персонала. А обслуживают их и ремонтируют там оборудование пулковские специалисты. «Наша сеть охватывает всю Ленобласть, — рассказывает Карпинский. — Севернее нас тоже есть такие объекты — в Карелии и на Кольском полуострове. А в целом российские сейсмостанции контролируют всю территорию страны — от Калининграда до Камчатки и даже Антарктиды».
Будничная встряска
Ежегодно Пулковская сеть регистрирует в среднем около 2 тысяч событий. Почти все они связаны со взрывными работами, которые ведутся в карьерах на Карельском перешейке. Иногда такие методы применяют при сооружении промышленных объектов и трасс. Научно-производственные организации порой «шумно» опробуют в Ладоге свои разработки. Это фоновая сейсмичность — явление будничное.
Так называемые наведенные землетрясения (встряски) фиксируют в местах, где идет разработка полезных ископаемых или строятся гидротехнические сооружения. Там изменяется нагрузка на подстилающие горизонты. Пулковская сеть зарегистрировала несколько таких событий с небольшой магнитудой на Карельском перешейке, где добывают гранит. А приметные сейсмические проявления для этих мест нехарактерны. Землетрясения в наших краях происходит редко, 10 – 15 раз в год, но ощутимые из них единицы. Такие события приурочены, как правило, к границам геологических блоков — Русской плиты и Балтийского щита, или Ладожско-Ботнической зоны. Самое сильное и близкое от Петербурга землетрясение магнитудой 4,5 за период инструментальных наблюдений произошло в районе эстонского острова Осмуссар 25 октября 1976 года.
Сила, магнитуда и последствия таких проявлений везде разные. Но иногда отголоски отдаленных сильных толчков ощущают и петербуржцы, хотя не по всему городу. Так было во время Карпатского землетрясения 1977 года. А когда в мае 2013 года подобное произошло в Охотском море недалеко от Камчатки, его почувствовали на верхних этажах бизнес-центра на углу Богатырского проспекта и Гаккелевской улицы, а также в соседних зданиях. Но чаще поверхностные волны после мощных толчков подмечают не жители мегаполиса, а специалисты со своими приборами.
Для чего вообще фиксировать «мелкие» события? Эта работа нужна, скажем, для составления карт сейсмического районирования, чтобы учитывать подобные факторы при строительстве. Не менее важны такие сведения и для науки. Во многом на таких наблюдениях основаны наши знания о глубинном строении Земли, которое известно нам едва ли не меньше, чем ближний космос, полагает Карпинский. И приводит высказывание князя Голицына: «Всякое землетрясение можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя рассмотреть то, что там происходит».
Скорость распространения волн, особенности их отражения и преломления под землей дают представление об ее геологическом строении большее, чем сверхглубокие скважины. Эти знания нашли воплощение в математических моделях Земли, которые специалисты обновляют по мере накопления данных, получаемых со сейсмостанций.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 70 (7399) от 19.04.2023 под заголовком «Грозное дыхание Земли ».
Комментарии