П.А. Двойченко. «Что такое землетрясения и почему они бывают»

Все обитатели нашей планеты, не только люди, но даже и звери, привыкли считать каменные и землистые массы земной коры вполне прочным, устойчивым и незыблемым основанием и противопоставлять им непостоянство и подвижность морской стихии. Но такое мнение справедливо лишь отчасти и далеко не всегда.

Точная статистика землетрясений насчитывает их в течение лишь исторического времени более двухсот тысяч, но при этом не приняты во внимание обширные океанические пространства, занимающие две трети земной поверхности, а также трудно доступные и мало населенные некультурными народами области полярных и тропических стран, пустынь и некоторых горных районов.

Необычайно чувствительные приборы, помощью которых изучаются теперь всякого рода сотрясения и колебания почвы, вполне объективно убеждают нас в том, что земная кора непрерывно дрожит и пульсирует, наподобие нашего пульса от биения сердца или дыхания, а ежедневно, или даже два раза в сутки, где-либо на земной поверхности происходят землетрясения средней силы, замечаемые на месте всеми людьми без всяких приборов. Ученые всех стран пришли теперь к единодушному мнению о том, что на земной поверхности нет областей, которые были бы вполне гарантированы от заметных сотрясений и где бы они не были зарегистрированы культурным человеком. Разница лишь в том, что в одних районах они происходят очень часто и нередко достигают размеров катастрофических бедствий; в других районах они происходят значительно реже, не превышают средней силы и не оставляют после себя никаких заметных последствий, и, наконец, в третьих районах они случаются очень редко, раз в столетия, и быстро забываются последующими поколениями.

А. Что такое землетрясения?

Землетрясениями вообще называют всякого рода сотрясения и колебания земной коры в форме толчков или волнообразных колебаний. Эти сотрясения и толчки бывают самой разнообразной силы и различного характера в зависимости от причин, вызвавших их, от положения местности относительно очага землетрясения, от строения и состава горных пород и наносов на них и от прочих местных условий.

Более слабые из них, не замечаемые человеком и животными, но легко воспринимаемые точными инструментами, происходят постоянно и непрерывно, почему и должны рассматриваться, как дыхание или пульс всего Земного Шара в целом. Земля живет и дышит... La Terra e viva! — как говорили жизнерадостные итальянцы даже после сильнейшей катастрофы 1908 года в Мессине.

Наиболее сильные и катастрофические землетрясения являются следствием внутренних причин, скрытых в недрах земной коры, и представляют собою проявления внутренней энергии Земного Шара — как результат разряжения напряжений в моменты перестройки и смещения огромных масс горных пород. Это своего рода подземные революции или перевороты, которыми прерывается спокойное развитие или эволюция Земли, как самостоятельного физического тела. Однако, бывают землетрясения и другого, чисто местного характера, вызванные самыми разнообразными причинами — взрывами газов и напором лавы при вулканических извержениях, горными обвалами и провалами и даже деятельностью человека, как, например, при искусственных обрушениях кровли в рудниках, при работе тяжелых машин, при проезде грузовиков, артиллерийских орудий, поездов и пр. Даже проезд трамвая или тяжелой подводы вызывает сотрясение почвы, которое легко замечается нами по дрожанию посуды и дребезжанию оконных стекол.

Ялта, Боткинская ул. Комната, где погиб инженер Андриевский

Все подобного рода сотрясения и дрожания земной коры и почвы, независимо от силы и от причин, вызвавших их, представляют собою упругие колебания горных пород и наносов, слагающих земную поверхность, и изучаются особой наукой о землетрясениях или сейсмологией (от греческого слова σείω — трясу или σεισμός — сотрясение).

Хотя эта отрасль человеческого знания развилась в самостоятельную научную дисциплину всего лет тридцать тому назад, тем не менее значение ее как в теоретическом — научном отношении, так и в практическом, — чрезвычайно велико и плодотворно. Подобно тому как астрономия — помощью светового луча в спектральном анализе — исследует состав, строение и движения отдаленнейших небесных светил, невидимых даже человеческим глазом, так точно сейсмология помощью упругого луча, пронизывающего весь Земной Шар, исследует недосягаемые недра его вплоть до самого центра, открывает скрытые от взоров людей полезные руды и металлы, раскрывает тайны геологического строения глубоких частей земной коры и, наконец, дает точные заключения об устойчивости и прочности не только отдельных участков земной поверхности, горных хребтов и склонов, но даже о прочности или дефектах в самых разнообразных искусственных сооружениях, начиная от железнодорожных мостов и портовых молов и вплоть до отдельных построек и жилых домов. Можно поражаться, какие обширные горизонты и возможности открыла сейсмология в области геофизики и геологии, в горном деле и в инженерно-строительном искусстве в течение последних 15—20 лет. Но еще более обширные задачи и проблемы предстоит открыть и разрешить ей в будущем, а в частности, в отношении точных предсказаний грядущих землетрясений, пути и способы к чему уже определенно намечены.

Главными объектами изучения в сейсмологии являются упругие колебания в горных породах, слагающих земную кору. Эти колебания возникают в результате толчков или сотрясений при разрывах твердых масс или при быстрых смещениях их в любом направлении, т. е. при всякого рода быстрых деформациях земной коры. Такие колебания называются тахисейсмическими, т. е. быстрыми, — в отличие от брадисейсмических или медленных, которые вызываются иными причинами (вековые колебания суши или так наз. изостатические поднятия и опускания ее, процессы складчатого горообразования без разрыва слоев, влияние притяжения земных масс солнцем и луною, суточных колебаний температуры, вековые изменения широты местности и пр.).

Ай-Тодор. К юго-западу от Ялты. «Ласточкино Гнездо». Разрушение башни из евпаторийского камня

Упругие сейсмические волны всегда исходят из очага землетрясения, который называется фокусом или гипоцентром землетрясения. Обычно гипоцентр располагается на глубинах от 10 до 30 км от поверхности Земли, в пределах твердой каменной оболочки ее (литосферы).

Точка или область, расположенная непосредственно над очагом землетрясения, на кратчайшем от него расстоянии, называется эпицентром или эпифокальной областью. В эпицентре упругие волны всех категорий достигают своего наибольшего напряжения.

Силу колебаний до последнего времени обычно определяли по ощущению отдельных толчков и колебаний людьми и по разрушительным последствиям более сильных сотрясений. Такой метод носит явно субъективный характер, а разрушительные последствия обусловлены совокупностью многих мелких толчков, свойствами грунта, качеством строительных материалов, конструкцией строений и прочими случайными и местными причинами.

Тем не менее, до сих пор еще всеобщее употребление имеет 10-ти балльная шкала Росси-Фореля, основанная на указанных выше признаках и не дающая правильного представления о динамической интенсивности как отдельных толчков и колебаний, так и всего периода землетрясения в целом.

Итальянские сейсмологи, считая, что эта шкала дает очень дробные подразделения для слабых колебаний и недостаточно подробна для более сильных, — придерживаются другой шкалы — Меркали, в которой соединены IV и V классы и прибавлена еще одна категория наиболее разрушительных землетрясений. По предложению Канкани к 10-ти балльной шкале Меркали добавлены еще два класса: XI — катастрофа и XII — страшное бедствие. Таким путем создалась наиболее полная 12-ти балльная шкала Меркали-Канкани, которой придают следующие абсолютные значения наибольшего ускорения сейсмических волн:

12-ти балльная шкала Меркали-Канкани для определения силы землетрясений без аппаратов:

I. Сотрясения инструментальные, не замечаемые людьми.

II. Сотрясения очень легкие, ощущаемые очень нервными людьми или находящимися преимущественно в верхних этажах.

III. Сотрясения легкие, ощущаемые только немногими по сравнению с общим количеством населения; однако, они признаются за землетрясения без всякого обмена мнениями с другими лицами.

IV. Сотрясения чувствительные или посредственные (по Росси IV и V); ощущаются не всеми, но большинством жителей внутри зданий и только немногими вне домов. Звон посуды, дребезжание оконных стекол, легкое колебание подвешенных предметов.

V. Сильный удар. Сотрясения ощущаются всеми в домах и многими на улицах. Пробуждение спящих. Испуг только некоторых. Звон домашних колокольчиков; заметное колебание подвешенных предметов; остановка часов с маятником.

VI. Очень сильный удар. Ощущается всеми. Общий ужас. Падение предметов и штукатурки. Некоторые повреждения в зданиях не особенно солидной постройки.

VII. Удар чрезвычайно сильный. Звон больших колоколов; падение дымовых труб и черепицы с крыш. Легкие повреждения многочисленных зданий.

VIII. Удар разрушительный. Частичное разрушение некоторых зданий, повреждения значительные других. Жертв нет, только отдельные поранения.

IX(Х). Удар бедственный. Разрушение полное или почти полное некоторых зданий; серьезные повреждения многих других зданий, приведенных в негодность. Жертвы, если и не многочисленные, то, по крайней мере, в различных местах селений.

X. Удар очень бедственный. Разрушение многочисленных зданий; многочисленные жертвы. Образование трещин на поверхности земли; оползни и обвалы в горах.

XI. Катастрофа, ускорение свыше 2500 мм в сек.

XII. Страшное бедствие, ускорение свыше 5000 мм в сек.

В виду того, что знание максимального ускорения движения грунта при землетрясениях имеет огромное практическое значение для определения степени устойчивости различных искусственных сооружений и при выработке положений и конструкций в антисейсмическом строительстве, — рекомендуется для оценки силы землетрясений применять исключительно динамические шкалы.

Точное определение максимального ускорения возможно сделать лишь путем вычисления на основании записей специальных приборов прочной конструкции, но малой чувствительности. Приблизительное же определение ускорения может быть сделано на основании опрокидывания предметов определенных размеров и формы под влиянием сотрясения почвы.

Продолжительность землетрясений весьма разнообразна и колеблется в широких пределах, от нескольких секунд до нескольких лет. Так, например, землетрясение в Майме 1892 г. продолжалось всего 3 секунды, сильнейшее землетрясение 1755 г. в Лиссабоне — 5 сек., в Мессине в 1908 г. — 30 сек.; в Савойе в 1808 г. 7 недель, в долине Миссисипи 1811—1812 гг. — два года, Туркестанское в г. Верном в 1873—1876 г. — три года, Калабрийское 1783—1787 г. — 4 года и т. д.

Такие продолжительные периоды землетрясений состоят из кучи более слабых или сильных ударов через короткие промежутки времени. От таких кучностей и периодов следует отличать последующие удары, в которых выражается постепенное угасание землетрясения. Чем сильнее были главные удары и чем меньше площадь главного сотрясения, тем чаще повторяются последующие удары.

Повторяемость землетрясений не подчинена никакому определенному закону и никакой периодичности здесь быть не может, что следует из геологической природы землетрясений и из многолетней статистики их в Японии и в Италии.

Моретрясения, аналогично землетрясениям, представляют собою сотрясение водной массы, исходящее либо с берегов, либо чаще с дна моря. Колебания морской воды представляют собою двоякого рода движения: во-1-х — сотрясения сейсмической волны, которая распространяется с громадной скоростью (около 1,4 км в сек., как и звук в воде — 1,44 км), а во-вторых — волнообразное колебание, скорость которого значительно меньше (в мелких морях 20—100 м, а в глубоких около 200 м в сек.). Нередко эти сотрясения сопровождаются шумом и гулом.

Замечательная особенность моретрясений состоит в том, что волны с углублением моря и удалением от эпицентра увеличиваются и усиливают свое разрушительное действие. Поэтому волны моретрясений в глубоком море даже при слабых толчках достигают огромных размеров, тогда как при мелком море, даже при сильных толчках, большие волны возникнуть не могут.

Эпицентр моретрясений обычно лежит в прибрежной зоне, т. е. на границе континентов и океанических впадин, где земная кора обладает наименьшей прочностью. Наиболее вероятной причиной моретрясений является быстрый провал или опускание морского дна, которые очень часто сопровождаются подводными оползнями. В появившуюся впадину устремляются огромные массы воды, образующие выпуклость на поверхности, от которой затем эллиптические волны разбегаются во все стороны. Наблюдения над многочисленными разрывами подводных кабелей указывают, что эпицентры моретрясений так же консервативны, как и землетрясений, и располагаются в одних и тех же участках дна, свидетельствуя о постоянстве гипоцентра и его устойчивости.

Б. Причины землетрясений¹

Вопрос — «почему и как происходят землетрясения» — является наиболее сложной и трудной проблемой геологии, а между тем он самым тесным образом связан с самой основной и животрепещущей задачей геологов и сейсмологов — «возможно ли на основании объективных и точных данных предсказывать землетрясения».

Приступая к выяснению этих основных проблем сейсмологии, окончательно еще не решенных, мы считаем необходимым дать, хотя бы в самых общих чертах, понятия о строении Земного Шара в целом, о составе и структуре земной коры, об условиях существования материковых масс и океанических впадин и о тех нарушениях, которым они подвержены.

Высокий удельный вес всего Земного Шара в целом (5,6) и малая плотность горных пород (2,6), образующих земную кору, заставляют признать наличие в центре земли огромного металлического ядра высокой плотности. Несомненно, что это ядро состоит из железа (с небольшой примесью никеля и быть может других металлов). В этом нас убеждают: сильное напряжение магнитных сил земли, которое можно объяснить лишь железными массами внутри; аналогия с метеоритами (падающими с неба камнями), из которых почти половина состоит из железа; нахождение теллурического (земного) железа в глубинных основных породах; чрезвычайно большое распространение соединений железа по сравнению с другими металлами, и, наконец, возможность получить наблюдаемую среднюю плотность земли-5,6 при допущении железного ядра достаточного объема в центре ее. Высокая плотность центральных частей Земного Шара подтверждается и данными сейсмометрии.

С другой стороны, изучение упругих колебаний, пронизывающих Земной Шар во всех направлениях, убеждает нас с полной несомненностью в том, что он состоит из ряда сферических оболочек с возрастающей плотностью к центру, при чем границы этих оболочек настолько резки, что вызывают явления преломления и даже полного отражения упругих колебаний.

Три верхних оболочки нам хорошо известны. Это: газовая оболочка или атмосфера; водная оболочка или гидросфера, средняя толщина которой 3,5 км, а при равномерном распределении по всей поверхности Земли около 2,3 км, и, наконец, — твердая земная кора или литосфера, состоящая из различных горных пород.

Толщину литосферы принимают от 60 до 120 км, при чем мощность ее не всюду одинакова и быть может под океанами она совершенно отсутствует, как это допускает теория д-ра Вегенера.

Твердая земная кора на 95% состоит из кислых полевошпатовых пород типа гнейсов и гранитов, т. е. главным образом из алюмосиликатов, почему известный венский геолог Э. Зюсс и назвал ее зоной Sal или Sial (от Silicium — кремний и aluminium). Повышение температуры с глубиной (в среднем на 3°C. на каждые 100 м) заставляет нас предполагать, что с глубины примерно 50 км, где t° не менее 1000—1500°C, эти породы должны находиться в скрыто-пластическом состоянии. В жидкое состояние они не могут перейти вследствие огромного давления, господствующего там (5000 атм.), которое повышает точку их плавления. Отражение длинных волн с глубины 50 км быть может подтверждает такое предположение.

Ниже должны залегать более плотные и тяжелые породы, которые изливаются из недр земли в виде темных тяжелых лав типа базальтов. Это и будет т. наз. базальтовая постель америк. геолога Дели. В них преобладает, на ряду с кремнекислотой, — магний, почему Э. Зюсс и назвал эту зону Sima (Silicium-Magnium). В недрах Земли эти минеральные массы обильно насыщены парами и газами и в таком виде называются магмой. Мощность зоны базальтовой магмы или барисферы (от слова барюс — тяжелый) исчисляется примерно в 1100 км, а плотность ее определяется в 3—3,5.

Еще глубже, с глубины 1200 и до 2900 км, мы встречаем так наз. промежуточную зону, в которой преобладают железо и магний, почему она и названа зоной Femа. Состав ее мы можем представить себе в виде оливиновых пород (плотностью около 4), известных как среди глубинных пород на Земле, так, особенно часто, среди каменных метеоритов (состав оливина — (Fe, Mg)₂SiO₄), нередко с вкраплениями железа (палласит). Далее, вплоть до центра Земли, т. е. до глубины 6370 км, идет сплошное железное ядро металлосферы, которую называют зоной Nife (никкель-железо); плотность ее около 8.

Сейсмологи, на основании изучения преломления и отражения упругих волн, подтверждают существование резких границ между оболочками Земного Шара, различной плотности и состава, на глубинах 50, 120, 1200, 2250 и 2900 км от поверхности. К этим рубежам геологи и приурочивают границы своих зон, при чем некоторые из них выражены не столь резко и быть может обусловлены не составом, а агрегатным состоянием вещества.

Какова же структура земной коры, т. е. той каменной оболочки, которая слагает наши материки. Прежде всего нет никаких данных о том, что литосфера, или зона Sal, находится и под дном океанов. Наоборот, имеются многочисленные указания на то, что ее там вовсе нет, а дно океанов образовано остывшей базальтовой постелью зоны Sima.

В доказательство этого можно привести следующие соображения: во-1-х, принимая среднюю высоту суши в 700—800 м, а среднюю глубину океанов в 3500 м, мы видим, что земная поверхность образует две резкие ступени, и материковые массы расположены в среднем на 4,2—4,3 км выше дна океанических впадин. Такая разница в положении уровней океанов и материков вынуждает нас a priori признать различный состав и структуру их, которые могут быть смешанного характера лишь на океанических склонах, в промежуточной полосе между морями и сушей.

Во-2-х, океанические острова, сильно удаленные от берегов, представляют собою либо действующие вулканы, изливающие базальтовую лаву, либо потухшие, на которых образовались коралловые рифы. Равным образом, в красной глубоководной глине океанических впадин мы находим остатки и минералы либо метеоритной пыли, либо продуктов извержения базальтовой лавы.

В-третьих, сопротивление пород земной коры совершенно ничтожно по сравнению с массой (или, как говорят в общежитии, — с весом) всего Земного Шара. Поэтому форма земной поверхности должна являться результатом равновесия слагающих ее масс, которые испытывают притяжение лишь к центру Земли и не могут противостоять даже ничтожному нарушению установившегося равновесия. Тем более прочность горных пород недостаточна для того, чтобы выдержать напор магмы под материками, если мы будем считать, что материки представляют собою лишь изогнутия земной коры, всюду одинаковой толщины.

Так создалась «теория изостазиса» или равновесия масс земной коры на всей ее поверхности. Согласно этой теории, вес призм с одинаковым основанием, вырезанных из земной коры в любой точке земной поверхности, всюду одинаков. То есть призмы, вырезанные на высочайших горах, на низменностях и в пучинах океана, при одинаковом основании, должны всюду иметь одинаковый «вес» (вернее, массу). Таким образом, на некоторой глубине от поверхности должна существовать поверхность равного давления или изобарическая. Наблюдения над силой тяжести указывают, что такая поверхность действительно существует на глубине 110—120 км (международный конгресс геодезистов в Лондоне 1909 г.).

Из этой теории равновесия следует, что если под океанами и есть земная кора, то она должна быть значительно плотнее, чем под материками и особенно под высокими горами, т. к. в океанах имеется слой воды, в 5—6 км толщиною, плотность которого лишь немного больше 1. Следовательно, этот недостаток, или дефект массы должен восполняться более плотным и тяжелым веществом океанического дна.

Но если взять минеральные массы или горные породы немного плотнее зоны Sal (плотностью 2,6), то мы придем к основной базальтовой постели зоны Sima (плотностью 3,0—3,5).

На основании всего вышесказанного полагают, что материковые массы глубоко погружены в базальтовую зону и как бы плавают в ней, наподобие того, как плавают льдины или ледяные горы в воде и в море. Мы знаем, что, вследствие малой разницы в удельном весе воды (1) и льда (0,9), льдины выступают над водой лишь на одну восьмую часть своей толщины. Равным образом и материковые массы выступают над средним уровнем дна океана всего на 4,2 км, а погружены в магму почти на 100 км.

Из той же теории равновесия следует, что каждому выступу на земной поверхности в виде горных хребтов и плоскогорий — должны соответствовать подкоровые выступы, раза в 3 больше. В противном случае, горные массивы, как состоящие из пород более легких, чем магма, не смогли бы находиться в равновесии с окружающими их равнинами и должны были бы погрузиться в более тяжелую магму.

Горные породы настолько непрочны по сравнению с огромным весом всей земной коры, что совершенно не в состоянии удержать сцеплением своих частиц более или менее значительный участок суши в неуравновешенном состоянии.

Из этого можно смело сделать вывод, что не только отдельные горные массивы, но и более крупные участки суши и даже целые материки свободно могут подыматься или опускаться, если равновесие их нарушено какой-либо нагрузкой или, наоборот, разгрузкой.

Такая разгрузка горных стран постоянно происходит в результате разрушительной деятельности проточных вод, выносящих обломочные продукты разрушения в долины и в море. Если со льдины снять тяжелый камень, то она всплывет. Так же точно должны всплывать и разрушающиеся водой и ледниками горные страны.

С другой стороны, если на льдину положить камень, то она погрузится. Так же точно должны погружаться прибрежные части материков, куда текущими водами в течение миллионов лет сносятся массы разрушенного материала с гор.

Но могут быть и другие причины поднятия и опускания отдельных участков суши и, в особенности, горных стран. Всякой возвышенности на поверхности соответствует под земной корой более значительный выступ, погруженный в магму, который поддерживает такую возвышенность в плавучем равновесии. Если же такой подкоровой выступ под влиянием высокой температуры расплавится и растворится в магме, то неизбежно произойдет погружение всего горного участка.

В том случае, если нагрузка или разгрузка происходят более или менее равномерно и постепенно на очень большой площади, произойдет очень плавное погружение или поднятие, т. е. земная кора в этом месте изогнется выпуклостью книзу или кверху. Наоборот, если произойдет резкая нагрузка или разгрузка на небольшом участке, то он отделится трещинами и либо быстро провалится, либо подымется вверх. Ведь изогнуть можно лишь длинный брусок, а не короткий и толстый. Короткий брусок можно сломать, но не согнуть.

Наконец, возможен и такой случай, когда нагрузке или разгрузке подвергается совсем незначительный участок суши, настолько маленький, например, менее 10 км в диаметре, что его могут удержать в неуравновешенном состоянии силы сцепления окружающих пород земной коры. В этом случае на таком участке обнаружится недостаток или избыток силы тяжести, т. е. окажется аномалия силы тяжести. Действительно, во многих узких горных хребтах обнаружены такие отрицательные аномалии или дефекты силы тяжести, тогда как в других местах, чаще в вулканических областях, оказывается избыток силы тяжести или положительные аномалии.

Во всяком случае, надо иметь в виду, что земная кора очень непрочна, по сравнению с ее массой или весом, и очень хрупка, т. к. состоит вверху из твердых, но хрупких горных пород. Поэтому она всегда готова разломиться и растрескаться на отдельные призмы, которые могут либо всплыть, либо погрузиться.

Геологи, изучающие состав и строение земной коры, могут привести почти бесконечное число примеров разнообразных разрывов горных масс и часто значительных перемещений отдельных участков то вверх, то вниз. Такие нарушения в земной коре называются дислокациями (смещениями) и, если они происходят с разрывом пластов, их называют дизъюнктивными. Примерами таких дизъюнктивных дислокаций могут служить: сбросы, когда часть горных пластов вдоль по трещине опускается; взбросы — когда какая нибудь часть их подымается; сдвиги, когда вдоль по трещине происходит горизонтальное перемещение горных масс и пр.

Чаще всего опускания происходят либо вдоль двух трещин в виде узкой полосы, при чем получается гигантский ров или грабен, либо вдоль круговой или эллиптической трещины, когда опускается значительный район (сбросовые впадины); так, например, долина Рейна, долина Иордана, Мертвое и Красное моря представляют собою грабены; Тирренское, Эгейское и Черное моря, Венгерская низменность, Байкальское и Иссык-Кульское озера являются более обширными областями опускания.

Имеются неоспоримые и многочисленные доказательства того, что Сицилия была соединена с Африкой, что Греция и Крым соединялись с Малой Азией и пр., а затем, в результате быстрого опускания раздробленной суши, они разъединились. Особенно часто быстрым опусканиям и даже провалам подвергаются участки морского дна. По разрывам телеграфных подводных кабелей статистика провалов морского дна сделалась вполне возможной и точной.

Так, например, во время Критского землетрясения 1873 г. порвался телеграфный кабель в 10 км от острова Занте, при чем на месте разрыва глубина увеличилась с 426 до 609 м, а концы порванного кабеля оказались засыпанными камнями. В том же месте кабель разрывался в 1878, 1885 и в 1886, при чем первоначально ровное дно моря оказалось столь неровным, что глубина его колебалась от 213 до 3000 м. Равным образом и в океанах подводные кабели часто разрываются, иногда несколько кабелей сразу, например, между Европой и Америкой в 1880-х гг., а дно в таких местах значительно опускается. Есть основания предполагать, что и в Черном море при землетрясении 12/IX—27 г. произошло небольшое опускание дна вдоль берегов Крыма на глубинах от 900 до 1400 м.

Итак, деформации земной коры с разрывами ее трещинами и опусканиями вдоль них должны особенно часто происходить в тех местах, где рельеф земной поверхности резко изменяется, как, например, вдоль глубоких океанических впадин и вдоль крутых горных склонов, когда они оборваны сбросами, и вообще в областях неустойчивого равновесия земной коры, где она разбита многочисленными трещинами на отдельные глыбы или уступы, готовые опуститься как только напряжение силы тяжести превысит силы сцепления и трения таких участков, если они находятся в неуравновешенном состоянии.

В. Распределение землетрясений на Земном Шаре

Изучение геологического строения отдельных областей Земного Шара показало геологам, что прочность и устойчивость земной коры в различных районах далеко не одинаковы. С одной стороны, имеются участки очень прочные и устойчивые, в пределах которых процессы горообразования давно прекратились и никаких колебаний, за исключением медленных вековых поднятий, не происходит. Такие районы, сложенные из древнейших кристаллических пород (главным образом из гранитов и гнейсов), в течение сотен миллионов лет оставались сушей и представляют собою так наз. щиты или платформы древнейших континентов. Такими щитами являются Финляндия и Скандинавия — в Европе Ангарский и Китайский щиты — в Азии, Канада и Лабрадор — в Сев. Америке, Бразильское плато — в Южной Америке и др. В этих районах землетрясения случаются очень редко и не достигают даже средней силы, что свидетельствует о прочности таких участков и об устойчивом равновесии их (так называемые кратогены).

С другой стороны, между этими щитами располагались пологие прогибы или ложбины гибких и неустойчивых участков земной коры, которые заливались морем и выполнялись мощными толщами морских осадков, под влиянием которых они всё более и более опускались вниз. Такие ложбины называются геосинклиналями или земными ложбинами. Причины образования таких ложбин весьма сложны и, по-видимому, разнообразны. Можно предполагать, что в образовании их играют роль: расплавление нижней части литосферы и плавные прогибы ее; перемещения континентальных массивов, сдавливающих промежуточные полосы или изгибающие океаническое дно у берегов; особые условия остывания Земного Шара, при которых образуется на глубине 2—4 км зона растяжения, а на поверхности — зона сжатия, что ведет к прогибам земной коры и внедрению в нее по трещинам магмы; нагрузка океанических склонов мощными отложениями сносимого с берегов обломочного материала и некоторые другие более сложные процессы, недостаточно изученные.

Дальнейшее развитие этих ложбин заключается в том, что в местах наибольшего прогиба, по обоим краям или в центре их, происходят скалывания и смятия земной коры, части которой в виде клиньев надвигаются друг на друга, сминаются в причудливые складки и образуют на поверхности горные хребты, а в глубине — вздутия подкоровых выступов, которые заставляют такие горные страны подыматься вверх. Вот почему такие участки земной коры и названы Кобером орогенами, т. е. горообразовательными районами.

Складчатые горы образовались в определенные геологические периоды в течение громадных промежутков времени, а лежащие между ними участки подвергались раздроблению на отдельные глыбы, которые затем перемещались вверх и вниз, вызывая землетрясения, а иногда и вулканические извержения.

На земной поверхности резко выделяются два пояса таких складчатых гор с зонами раздробления между или по краям горных хребтов. Один из них опоясывает весь Земной Шар вдоль экватора, отделяя Северную Америку от Южной, Европу от Африки и Азию от Австралии. Это так наз. пояс разлома Гохштеттера, на котором располагаются: Мексиканский залив и Карибское море с Антильскими островами, которые представляют собою остатки раздробленной суши; Средиземное море со многими островами (Сицилия, Кипр, Греческий архипелаг и пр.), которые представляют остатки более обширной суши; Персидский и Бенгальский заливы и, наконец, Зондский архипелаг, Филиппинские и др. острова, которые также являются остатками суши.

Другое кольцо охватывает все побережье Тихого океана, а в том числе—Японию, Курильские и Алеутские остова, Камчатку и Аляску, западные берега Северной Америки с Калифорнией, западное побережье Южной Америки (Перу, Чили) с Огненной Землей, вплоть до Антарктиды с грозными вулканами Террор и Эребус. Этот пояс изобилует действующими вулканами, почему и называется Огненным кольцом Тихого океана.

Большинство самых ужасных землетрясений и большая часть действующих вулканов приурочены именно к этим двум поясам или зонам Земного Шара. Здесь земная кора разбита многочисленными расколами и мелкими трещинами, вдоль которых происходят частые смещения, вызывающие землетрясения, и по которым подымается снизу магма, образующая вулканические извержения. Вдоль этих зон наблюдаются обширные области опускания, большая часть которых залита морем, как, например, Эгейское, Мраморное, Черное и др. моря, а часть представляет собою низменности, как, например, Венгерская, Куринская, Ленкоранская и пр., в которых также часты землетрясения, хоть и не столь разрушительные.

Наконец, имеются еще и такие области землетрясений, которые связаны с местными разломами (дизъюнктивными дислокациями) и с отдельным районами опусканий и провалов. К ним относятся у нас в Союзе области Ферганских землетрясений (Наманган), Верненских землетрясений с провальным озером Иссык-Куль, район Алтайских землетрясений и, наконец, Байкальских землетрясений с Байкальским озером в центре, которое представляет собою также огромный провал.

Все такие области, в которых землетрясения случаются часто и достигают большой силы, называются сейсмическими областями. Все они связаны с основными структурными элементами земной коры и строго приурочены к поясам разломов, к крупным грабенам, к обширным сбросовым впадинам и провалам. У нас в Союзе сейсмическими областями являются — Камчатка, Байкальская область, Алтай, окрестности Иссык-Куля и Ферганы в Туркестане, Закавказье и глубокая впадина Черного моря (до глубины 2220 м), которая вызывает землетрясения в Крыму.

Далее следуют районы слабосейсмические (или пенесейсмические), в которых землетрясения случаются значительно реже и никогда не достигают такой силы, как в вышеуказанных областях. Сюда относятся районы местных разломов и дислокаций в форме грабенов (долина Рейна) и в виде более обширных впадин, а также вдоль сбросовых линий на одном из склонов горных хребтов (напр., вдоль южных склонов главного Кавказского хребта и Альп) и пр.

Остальные участки суши представляют собою спокойные в сейсмическом отношении районы или, как их называют, асейсмические области. Землетрясения в них случаются очень редко и проявляются в очень слабой степени. Сюда относятся равнины Европейской России и северной Сибири, древний, ныне устойчивый, Уральский хребет и пр.

Г. Глубина залегания очагов землетрясений и связь их со строением земной коры

Теперь коснемся еще вопроса о глубине залегания гипоцентров, т. е. очагов землетрясений, и о форме эпифокальной области или эпицентра, т. е. участка земной поверхности над очагом.

Как известно, землетрясения представляют собою упругие колебания твердой земной коры, которые вызываются различными деформациями в ней, как, например, расколами, сбросами, сдвигами и пр. Такие деформации с расколами и разломами могут происходить на глубинах не свыше 40—50 км, т. к. там, под влиянием высокой температуры (1200) и громадного давления (свыше 10 000 атм.), все породы находятся в пластическом состоянии, и в них не могут образоваться трещины и разломы. С другой стороны, сильные, т. наз., тектонические или структурные землетрясения не могут иметь свой очаг и на очень незначительной глубине, где напряжения не достигают большой силы и по мере своего накопления могут разряжаться в форме мелких смещений или изгибов податливых слоев. Определение глубины очагов различных землетрясений указывает, что они залегают чаще всего на глубинах 20—30 км, а крайними пределами являются 3—60 км.

От глубины залегания гипоцентра зависят, с одной стороны, размеры области сотрясения или, как говорят, элонгация, а с другой — разрушительные последствия. При одинаковой глубине залегания фокусов площадь сотрясения пропорциональна силе толчка, а при разной глубине, но при одинаковой силе, площадь сотрясения будет обратно пропорциональна глубине. Угол выхода ударов будет тем больше, чем глубже лежит гипоцентр, а потому при одинаковой силе ударов более разрушительными будут те землетрясения, у которых гипоцентр лежит глубже (наибольшие разрушения происходят при угле выхода ударов в 45—55°).

Эпифокальная область или эпицентр землетрясения никогда не является точкой, а представляет собою известную площадь в виде неправильной фигуры, часто сильно вытянутой в каком-нибудь одном направлении, вдоль определенной тектонической линии. Землетрясения, у которых эпифокальная область (она же плейстосейстовая² очень невелика, могут быть названы центральными. Те же, у которых она сильно вытянута в одном направлении, называются линейными, и, наконец, те землетрясения, у которых область наибольших разрушений занимает огромные размеры, — площадными или районными.

Замечательно, что характер землетрясений, которые повторяются время от времени в одном и том же районе, устойчиво сохраняется, а если эпицентр их и перемещается, то это перемещение происходит в определенном направлении. Впервые геолог Э. Зюсс, исследуя венские землетрясения, вполне точно установил связь их с определенными тектоническими или структурными линиями, которые он назвал линиями землетрясений. Оказалось, что многие землетрясения происходят вдоль сбросовой линии, по которой расположены теплые источники, почему он и назвал эту линию термальной. Выходы теплых источников указывают, что трещина этого сброса уходит на большую глубину. Еще большее число землетрясений приурочено к линии р. Кампы (камповая линия), которая совпадает с направлением поперечных трещин и сбросов Вост. Альп. При этом термальная линия представляет краевую трещину, котлообразного сброса, а камповая — одну из радиальных трещин. Наконец, третья линия р. Мюрца начинается от той же термальной линии и отличается особым постоянством землетрясений. Таким образом Э. Зюсс доказал, что венские землетрясения самым тесным образом связаны с тектоническими линиями, а в частности с определенными сбросами и разломами, трещины которых уходят на большую глубину. Исследования того же геолога в районе землетрясений Южной Италии (в Сицилии и Калабрии) еще более убедили его и всех геологов в том, что землетрясения действительно связаны с определенными тектоническими линиями. Оказалось, что пояс сильнейших землетрясений Южной Италии представляет собою дугообразную линию с центром на Липарских островах. Эту линию Э. Зюсс назвал периферической линией землетрясений и вулканов. Кроме того, сотрясения наблюдаются еще по нескольким радиальным линиям, расходящимся лучами от тех же Липарских островов, замечательных своими вулканами. Периферическая линия представляет собою край опустившейся области, радиально разбитой трещинами разломов.

Такая же связь землетрясений с тектоническими линиями сбросов, грабенов, сдвигов и разломов установлена была впоследствии и во всех других сейсмических областях, в частности — а Японии (с огромным грабеном Fossa magna и другими линиями), в Северной Америке — с колоссальным сбросо-сдвигом вдоль берега Тихого океана у Сан-Франциско (протяжением в 350 км), в Семиречье — землетрясение 1911 года на протяжении более 100 км происходило вдоль соприкосновения или контакта гранитов с кристаллическими сланцами и осадочными породами — и в других странах.

Гурзуф. Здание сельсовета. Обрушение угла 3-х этажного дома

Мало того, после некоторых катастрофически сильных землетрясений удалось непосредственно наблюдать перемещения значительных участков земной поверхности вдоль таких линий, которые названы геологом Хоббсом — сейсмотектоническими. Так, например, в Японии при землетрясении 20/X—1891 г. образовалась трещина сброса, длиною в 112 км, особенно резко заметная на протяжении 64 км, вдоль которой произошло опускание до 7,5 м и сдвиг до 4 м. При землетрясении 18/IV—1906 г. в Сан-Франциско образовалась трещина сдвига, протяжением в 350 км, вдоль которой горизонтальное смещение достигало 7 м, а вертикальное всего 1,3 м. Целый ряд линейных разломов образовался при землетрясении 1911 г. в сев. отрогах Тянь-Шаня, при чем вдоль этих разломов наблюдались наибольшие разрушения. Ряд сбросов обнаружен был после сильнейшего землетрясения в Ассаме (в Индии) 12/VI—1897 г., из которых самый большой прослежен на 22 км при высоте до 11 м. При землетрясении в Сев. Мексике 3/V—1887 г. образовался так называемый горст вдоль двух трещин, при чем средняя часть поднялась до 7 м. В Южной Аляске при землетрясении 1899 г. точная съемка обнаружила поднятие некоторых участков до 16 м и опускание до 4 м и т. д.

Все указанные землетрясения и перемещения отдельных участков происходили вдоль ясно видимых тектонических линий — в виде сбросов и сдвигов. Такие линии и названы Хоббсом сейсмотектоническими. Но кроме них этот ученый выделяет еще особые направления вдоль резких изменений рельефа, которые совпадают с границами разнородных геологических образований и легко обнаруживаются по топографическим особенностям рельефа, как, например, границы между районами залегания молодых и древних осадочных пород, между осадочными породами и кристаллическими сланцами или гранитами. Эти направления он предлагает называть линеаментами и предполагает, что они связаны также с тектоническими линиями, скрытыми от наших взоров новейшими отложениями и наносами. К таким линеаментам относится периферическая линия Зюсса в Южной Италии и к этой же категории должны быть отнесены гористые побережья Тихого океана, где крутые берега обрываются в глубочайшие впадины океана, как, например, ложбина Атакамы вдоль берегов Южн. Америки или глубочайшая во всем мире впадина Тускарора, в которой в прошлом году обнаружена глубина в 10800 м, вдоль восточных берегов Японии.

Такие впадины, представляющие собою быть может зарождающиеся геосинклинали, имеют тенденцию к дальнейшему опусканию, тогда как прилегающие берега подымаются и на них нередко возникают вулканы. Такие соотношения можно объяснить тем, что опускающиеся ложбины вытесняют магму, которая приподымает прилегающие берега и иногда вызывает на них вулканические извержения и положительные аномалии силы тяжести. В таком положении, например, находятся Япония, Чили и Перу, которые обнаруживают медленное вековое поднятие. По-видимому, аналогичное явление мы наблюдаем и в Крыму, где южный берег имеет положительную аномалию силы тяжести и, тем не менее, обнаруживает поднятие, а не опускание, тогда как глубокая котловина Черного моря продолжает опускаться. Подобные береговые линеаменты обычно представляют собою систему ступенчатых сбросов, вдоль которых при землетрясениях и происходят смещения.

Наконец, Хоббс выделяет еще линии третьей категории — вулкано-тектонические, вдоль которых располагаются ряды действующих и потухших вулканов. Связь вулканов с тектоническими линиями разломов давно установлена, а в некоторых случаях землетрясения сопровождались сильнейшими извержениями вулканов, как, например, извержение вулкана Бандай-Сан в Японии в 1888 г. После тысячелетнего покоя этот вулкан взрывом газов уничтожил целую гору из андезитовой лавы, высотою в 570 м, и раздробил в мелкий песок 12 млрд кубических метров крепкого камня, которым засыпал площадь в 24 кв. км. Диалогичная катастрофа произошла в 1883 г. на вулканическом острове Кракатоа (в группе Зондских островов), при извержении которого образовался поперек вулкана сброс, вдоль которого северная часть горы опустилась ниже уровня моря.

Несмотря на то, что многие сейсмические области являются в то же время и областями действующих вулканов (Южная Италия, Япония, Мексика и пр.) и многие извержения сопровождались сильнейшими землетрясениями, тем не менее никакой прямой зависимости между землетрясениями и вулканами нет. Наблюдаемую связь между этими двумя разнородными явлениями правильнее всего рассматривать, как следствие одной и той же причины — перестройки внутренних частей земной коры и образования расколов и трещин в ней. При этом, в большинстве случаев при подобных тектонических процессах происходят лишь незначительные смещения отдельных глыб или призм, на которые разбита земная кора, что и вызывает землетрясения. В тех же случаях, когда такая перестройка происходит на границе океанических впадин и континентов или на границе глубоких впадин внутренних морей, там возможно проявление и вулканизма, как реакция выжимаемой из-под опускающихся котловин магмы, но вне всякой связи с тектоническими землетрясениями, а скорее в связи с медленными опусканиями. Действительно, большинство катастрофических землетрясений в вулканических областях не сопровождалось извержениями даже постоянно действующих вулканов. Так, например, при землетрясении в Мессине в 1908 г. рядом стоящая Этна нисколько не усилила своей обычной деятельности. При сильнейших землетрясениях в Японии в 1923 году, когда погибло 150 000 жителей, или в сентябре 1927 года соседние вулканы не проявили никаких признаков усиления вулканических процессов.

Алушта. Рабочий Уголок. Разрушенная дача химиков, в которой погиб инженер-химик Самсонов

Наоборот, почти каждое сильное вулканическое извержение сопровождается более или менее сильным землетрясением. Но такие землетрясения вызваны совершенно иными причинами, ничего общего не имеющими с тектоническими процессами, почему они и выделяются в особую категорию или группу вулканических землетрясений. Эти землетрясения представляют собою также упругие колебания вулканического массива и окружающего района, но причиной их являются сильные взрывы газов, насыщающих магму, которая освобождается от них и изливается потоками лавы из кратера или чаще из боковых трещин вулкана. Вулканические землетрясения должны рассматриваться, как местные землетрясения с неглубоким залеганием фокуса, обычно на глубине до 3-х км, а иногда даже в самом массиве вулкана, выше окружающего района, который тогда почти не испытывает сотрясений.

На основании этих наблюдений мы должны представлять себе механизм вулканических извержений в таком виде. Под влиянием медленного опускания океанических ложбин и областей опускания внутренних морей, магма постепенно подымается в прилегающих районах в зону раздробления и ступенчатых сбросов, растворяет окружающие породы и образует значительный резервуар на небольшой глубине от поверхности земли, снабжаемый парами и газами снизу. В таком состоянии магма может дать боковые внедрения в стороны и застыть на месте в виде так называемых огромных батолитов или небольших лакколитов. Однако, если магма богата парами и газами, а кровля над таким резервуаром непрочна и разбита трещинами, напором газов она прорывается, и происходит вулканическое извержение на поверхность земли. Итак, извержения происходят в результате прорыва кровли над магматическим резервуаром силою взрывов газов, а тектонические землетрясения — от быстрых перемещений в земной коре. Поэтому они и редко совпадают во времени. Но в пространстве вулканические и сейсмические области очень часто вполне совпадают (Япония, Италия, Мексика, Чили, Перу). Объясняется это тем, что поднятие магмы легче всего происходит в зонах раздробления земной коры, а к таким зонам приурочены и землетрясения, т. к. здесь легче и чаще всего происходят подвижки отдельных глыб и массивов.

Тем не менее, нельзя утверждать, что землетрясения не оказывают никакого действия на магму и обратно. Для некоторых землетрясений глубина гипоцентра или фокуса определена более чем в 100 и до 360 км, т. е. уже в области магматической зоны. Если эти определения правильны, то мы должны искать причину таких землетрясений в процессах перекристаллизации или в перемещениях магмы, при которых могут происходить изменения объема ее, усиление давления на земную кору и внедрение магмы по трещинам. К таким землетрясениям относят землетрясения на острове Исхия в 1802 г. и Калифорнийское 1906 г. и называют их крипто-магматическими или скрыто-вулканическими.

Их особенно отстаивают японские геологи и сейсмологи, которые при многих землетрясениях отмечали сильные магнитные возмущения. Последние же ставятся в связь с передвижением магмы. Но при залегании фокуса землетрясения и на гораздо меньшей глубине, в пределах уже твердой части литосферы, вполне возможны перемещения и перекристаллизация магмы в периферических резервуарах. На это указывают положительные аномалии силы тяжести на берегах тихоокеанского типа и магнитные возмущения при землетрясениях с неглубоким фокусом (10—30 км).

Между прочим, положительную аномалию силы тяжести в горном Крыму мы ставим в связь с наличием под ним громадного батолита, быть может не вполне остывшего, от которого происходили в прежние геологические эпохи многочисленные внедрения и даже извержения. Любопытно отметить, что оба последних землетрясения в Крыму (26/VI и 12/IX—27 г.) сопровождались сильными магнитными возмущениями, которые быть может вызваны перемещениями магмы, хотя очаги этих землетрясений лежат на глубине, по-видимому, не свыше 25—30 км.

За недостатком места на этом мы прекращаем рассмотрение геологических особенностей различных землетрясений и переходим к обзору последствий их. Все более или менее сильные землетрясения вызывают на земной поверхности сильные изменения, как результат волн упругости и тяжести, т. е. длинных волн третьей категории, и, в особенности, видимых волн четвертой³. Эти изменения являются следствием землетрясений, а не их причиной — как тектонические нарушения, почему обе категории этих явлений должны рассматриваться совершенно независимо друг от друга.

Д. Последствия землетрясений

Последствия землетрясений на земной поверхности выражаются в следующих явлениях:

1. Трещины в поверхностных слоях земной коры образуются при каждом сильном землетрясении, как результат действия длинных волн и особенно волн тяжести. При вертикальных ударах в эпифокальной области иногда наблюдаются радиальные трещины в результате вертикальных сильных ударов, например, при землетрясении в Калабрии в 1783 г. Иногда над такими трещинами образуются небольшие конусы извержения из песка и грязи, как это наблюдалось при землетрясении в Греции 1861—1862 гг. Громадные трещины в грунте образовались при землетрясениях в Андалузии 1884 г., при Лиссабонском землетрясении 1755 г., при калабрийском 1783 г., когда трещины поглощали людей и скот, а затем выбрасывали их обратно; при Семиреченском землетрясении 1911 г. близ озера Иссык-Куль, где трещина поглотила жителя деревни Сазановки и немедленно закрылась, что наблюдалось и в Японии. Особенно часто трещины образуются вдоль склонов гор, при чем они нередко следуют по горизонталям, как это наблюдалось в Японии в 1896 г., в Семиречье в 1911 г. и в других местах. Столь же обыкновенны трещины в рыхлых наносных образованиях как в речных долинах (в аллювие), так и на склонах (в делювие). Если развиваются видимые волны тяжести, то на гребнях их раскрываются мелкие трещины, которые затем во впадинах закрываются. Много мелких трещин в грунте образовалось и при Крымском землетрясении.

2. Горные обвалы, оползни и оплывины также представляют обычное явление, особенно при землетрясениях в гористых местностях. При сильных сотрясениях скалистых обрывов, образуются трещины параллельно краям их или же расширяются старые трещины, вдоль которых и происходят обвалы скалистых масс. Огромные обвалы наблюдались в 1887 г. при Верненском землетрясении, где образовались осыпи гранитных обломков длиною до 2 км, шириною в 200 и толщиною до 100 метров. Самый грандиозный обвал случился при землетрясении 5/II—1911 г. на Памире, где. объем его достигал 2200 млн куб. метров. Около сотни мелких и 3—4 более крупных обвалов наблюдались и в Крыму при землетрясениях текущего года.

Оползни глинистых склонов представляют также обычное явление, при чем если грунт сильно насыщен водою, то образуются оплывины или грязевые потоки. Огромные оползни образовались при Верненском землетрясении, при чем большинство из них имело характер оплывин. Потоки грязи достигали 10 вер. в длину и до 40 метров в толщину. Объем оплывин и оползней по долинам отдельных речек достигал до 30 и даже 75 милл. куб. метров. Есть указания на то, что оползень-обвал в дер. Кучук-Кой в 1786 г., описанный П.С. Палласом, образовался в связи со слабым землетрясением, так как жители перед этим чувствовали подземные толчки. Последнее землетрясение в Крыму вызвало подвижку лишь двух-трех оползней, но зато во многих оползневых районах появились трещины, указывающие на возможность усиленного развития их зимой и весной.

3. Провалы местного характера в верхних слоях земли наблюдаются значительно реже. С одной стороны, они образуются над пустотами в карстовых районах, как, например, в Аппенинах, а с другой — на равнинах в связи с радиальными трещинами (так наз. антикратеры). Напр., при Калабрийском землетрясении 1783 г. образовалось около полусотни небольших провалов, превратившихся затем в круглые озера. Эти незначительные провалы следует отличать от грандиозных провалов тектонического характера, когда гибнут целые города. Напр., при землетрясении в Малой Азии 1/XII—1869 г. провалился целый город Онлаг, а в 1868 г. в Арике — город Катакачи. На месте этих городов образовались затем озера. Гораздо чаще такие тектонические провалы, или вернее опускания, наблюдались вдоль побережья морей, как, например, при Лиссабонском землетрясении 1783 г., в Ахайе в 1893 г. и пр. Правильнее называть их тектоническими опусканиями, а не провалами, так как в земной коре нет таких больших пустот, а с глубиной плотность пород возрастает, почему и проваливаться таким большим участкам некуда. В этих случаях имели место опускания отдельных масс земной коры с погружением их в магму, либо опускания — в результате смещения береговых участков в сторону морских впадин.

4. Извержения газов, воды, песка и грязи отмечены при многих землетрясениях. Они происходят из трещин и воронок, если на небольшой глубине залегают слои плывучего песка и ила, обильно насыщенные водой, а иногда и газами. Такие извержения были при землетрясении в Ахайе в 1861—1862 г., в Калабрии в 1783 г. и пр. При Шемахинском землетрясении 1902 г. образовались многочисленные грязевые сопки, извергавшие горючие газы и грязь. Следует отметить усиление деятельности многих источников и даже появление новых родников, что наблюдалось и при Крымском землетрясении. В Индии при землетрясении 1762 г. в устье Ганга и Брамапутры из многочисленных трещин в речных наносах били высокие фонтаны грязи и воды, а при Андижанском землетрясении 1902 г. из трещин в наносах р. Кара-Дарьи выбрасывалась вода с рыбками.

5. Явления звука в виде шума, грохота, раскатов и гула наблюдались при очень многих землетрясениях. Они объясняются трением перемещающихся масс земной коры, что доказывается усилением звука над устьями колодцев и шахт. В большинстве случаев скорость распространения звука в горных породах больше, чем в воздухе, почему гул и грохот обычно предшествуют сотрясению почвы. Иногда после подземной звуковой волны приходит еще и воздушная, к которой присоединяется грохот горных обвалов и разрушающихся зданий. При распространении звуковой волны в горных породах она испытывает гораздо большее замедление, чем сейсмическая волна, почему на значительном расстоянии звук иногда следует после сотрясения.

Проявление звука довольно однообразно, и лишь изредка наблюдаются резкие удары и треск наподобие громовых. Обычно преобладают низкие тона в форме глухого гула и постепенно усиливающегося грохота. В рыхлых наносах звук сильно ослабляется, почему, например, в степном Крыму, где развиты глинистые и землистые породы, его почти не ощущали. Сила звука вообще не зависит от напряжения землетрясения, и иногда слышатся сильные раскаты почти без сотрясения почвы. При разрушительных землетрясениях подземные раскаты и грохот производят сильное впечатление на жителей и усиливают среди них панику и ужас.

Разрушительные последствия катастрофических землетрясений в населенных пунктах привлекают к себе особое внимание геологов, инженеров-строителей и правительств, так как большая часть человеческих жертв и материальных убытков обусловлена именно повреждениями и разрушениями построек, а не изменениями на земной поверхности.

Исследование многочисленных землетрясений прежде всего указывает на необыкновенно пеструю картину разрушений: из двух рядом стоящих домов один остается почти не поврежденным, тогда как другой превращается в бесформенную груду развалин, хотя материал и характер конструкций обоих домов были почти одинаковы. Объясняются такие случаи главным образом составом и строением грунта в основании. Поэтому изучение влияния состава и строения горных пород и наносов на разрушительные последствия землетрясений приобретает огромное, не только научное, но и практическое значение. Конечно, такое влияние во всех деталях может быть выяснено в каждом отдельном случае лишь на месте происшествия. Тем не менее некоторые общие положения в этом направлении вполне определенно установлены геологами, и в краткой форме мы их приводим.

Прежде всего выяснено с полной достоверностью влияние на силу отдельных толчков и сотрясений, а следовательно и на разрушительные последствия, пяти факторов: рельефа местности, наличия рыхлых наносов, степени их насыщенности водой, резкой смены и характера залегания коренных пород и, наконец, тектонических линий в виде сбросов и сдвигов. Для выяснения этих влияний составляют (на гипсометрической основе) литологические и тектонические карты пострадавших районов с нанесением на них наносов, границ смены различных пород (независимо от их возраста — например, кристаллических пород, известняков, песчаников, глин) и тектонических линий. При невозможности установить все эти данные на месте (напр., в городах под мостовой) делают заключения в обратном порядке: по степени разрушения отдельных участков судят о возможных геологических изменениях в составе и строении грунта.

1. Влияние рельефа местности, независимо от состава и строения грунта, временами сказывается весьма сильно. Мы уже отмечали выше, что под влиянием местных отраженных волн отдельно стоящие скалы и края крутых обрывов могут испытывать особые сотрясения со своим независимым периодом колебаний. Если этот период уменьшается, а амплитуда возрастает, то разрушения усиливаются в высшей степени.

Особенно опасно отделение выдающихся мысов и краевых полос скалистых обрывов продольными трещинами, в результате чего могут произойти горные обвалы, а на глинистых склонах — оползни и оплывины.

Наоборот, глубокие овраги, долины и балки, а также узкие морские заливы и бухты, расположенные поперек направления ударов, могут сильно ослабить их эффект. Установлено, например. огромное влияние, в смысле ослабления ударов, искусственных рвов и глубоких канав, а также большого числа колодцев, пещер и катакомб на постройки, окруженные ими.

Еще древние римляне говорили, что Капитолий был спасен катакомбами и что рвы, каньоны и каменоломни предохраняют расположенные за ними здания и сильно ослабляют колебания почвы. Полагают, что многие кварталы Токио были спасены от разрушения многочисленными глубокими каналами и рвами с водой, которые пересекают этот город.

Еще большее влияние рельефа на последствия землетрясения оказывается в том случае, если он, как это обычно и бывает в натуре, тесно связан со сменой пород, с границами наносов или с тектоническими линиями. В этих случаях резкая смена рельефа намечает сейсмические линеаменты Хоббса.

2. Влияние рыхлых землистых наносов на характер разрушения не подлежит никакому сомнению, но, в зависимости от мощности их и местных условий, это влияние может быть прямо противоположным. В рыхлых породах, т. е. менее плотных и упругих, скорость сейсмических волн неизбежно уменьшается, но амплитуда их, т. е. размах, — увеличивается. В виду этого, если наносы недостаточно мощны для того, чтобы совершенно поглотить упругие колебания, разрушения на них сильно увеличиваются, т. к. падение стен и отдельных частей зданий зависит, гл. образом, от амплитуды колебаний, а не от скорости и силы их.

Итак, если тонкий слой рыхлых наносов покрывает прочный скалистый массив, то разрушения достигают наибольшей силы. В этом случае рыхлые массы подбрасываются плотной средой подобно тому, как подбрасывается песок, насыпанный тонким слоем на роль при игре на нем. Если сообщить толчок первому шару в длинном ряду их, то последний из них далеко отскочит. То же самое происходит при залегании тонких наносов на скалистом основании. Во избежание печальных последствий в таких случаях основание зданий следует опускать до скалистого грунта и окружать фундамент зазором или рвом в виде дренажа.

Примеров разрушительного влияния наносов можно привести бесконечное множество. Например, при Калабрийском и Мессинском (1908 г. и 1923 г.) землетрясениях более всего пострадали те части городов и селений, которые расположены на рыхлых морских наносах, тогда как другие части, стоявшие на гранитных скалах, почти не пострадали, и ни одно здание там не было разрушено. При Лиссабонском землетрясении здания, построенные на синей глине и на других, рыхлых породах, были совершенно разрушены, тогда как в той части города, которая построена на прочном базальте, ни один дом не был разрушен. Город Сан-Сальвадор, построенный на рыхлых вулканических туфах, в течение 5-ти столетий (с 1526 до 1854 г.) разрушался 14 раз, и правительство сделало распоряжение о переносе этой столицы на прочные лавы потухшего вулкана, где возник новый город Санта-Гекля, почти не страдающий от землетрясений. При последнем землетрясении в Крыму в Ялте более всего пострадали дома, стоящие на рыхлых наносах (на делювие склонов и древних оползнях), тогда как даже высокие здания, башни и подпорные стены высотой до 12 метров, стоящие на коренных породах, не получили ни малейших повреждений.

Особенно опасны в сейсмическом отношении тонкие наносы на крутых склонах и речные наносы в основании склонов, на границе их с коренными породами, где мощность наносов наименьшая.

Разнородные материалы на месте своего соприкосновения при толчках имеют стремление к разделению и к независимому колебанию. При землетрясениях в Калабрии и в Алжире убедились, что самыми опасными местами оказались места в основании склонов, где речные наносы соприкасаются с коренными породами. Из этого следует, что при возведении построек надо избегать крутых склонов, покрытых разнородными наносами, особенно, если наслоение их не совпадает с наслоением коренных пород, а также избегать границы распространения речных наносов в основании склонов.

Правительственная комиссия после землетрясения в Сан-Франциско в 1906 г. по возрастающей степени опасности от землетрясений распределяет грунты этого города в следующем порядке:

1) обнажения коренных пород на склонах;

2) продукты разрушения этих пород, выполняющие впадины и ложбины между холмами;

3) песчаные дюны на берегу моря;

4) искусственные насыпи — наиболее опасные.

Совершенно иное влияние мощных толщ глинистых и вообще рыхлых пород и наносов. В них упругие колебания совершенно затухают и такие места образуют так наз. сейсмические мосты, совершенно не страдающие от землетрясений. Объясняется это тем, что рыхлые породы обладают наименьшей упругостью, почему скорость и сила колебаний в них при достаточной мощности ослабляется почти до полного прекращения сотрясений.

Так, например, Малетт из практики итальянских землетрясений приводит примеры полной целости некоторых селений, расположенных в равнинах на мощных слоях глины (Висколионе). При Новозеландском землетрясении 1855 г. наименьшие разрушения наблюдались в центре равнин, покрытых толстыми наносами В Иокагаме, в 16 милях от Токио, постройки в низких местах на мощных наносах пострадали меньше, чем на возвышенностях. Тем не менее, все же наносов следует всегда опасаться, т. к. инструментальные наблюдения в Токио показали, что наибольшее ускорение, т. е. внезапность, с которой наступает движение в рыхлых наносах, вдвое больше, чем в твердых коренных породах, а следовательно и разрушения будут также сильнее.

3. Чтобы покончить с наносами, необходимо еще отметить влияние на разрушительные последствия землетрясений насыщенности грунта водою и наличие неустойчивых масс древних, старых и действующих, т. е. подвижных, оползней и оплывин. Все исследователи единогласно подтверждают, что насыщение грунта водою сильно увеличивает амплитуду колебаний в них и усиливает эффект разрушений. Например, при обоих землетрясениях в Мессине все кварталы на речных наносах, насыщенных водою вдоль берега моря, были разрушены до основания, тогда как части города, расположенные на сухих холмах, пострадали очень слабо.

Такое же отрицательное влияние имеют оползневые районы и особенно оплывины, сильно насыщенные водой. В этих случаях оползающие массы лишены связности и упругости, почему колебания в них хотя и ослабляются, но зато приобретают больший размах, и потому вызывают более сильные разрушения. Вредное влияние оползневых участков проявилось весьма наглядно и при Крымском землетрясении. Особенно неустойчивыми оказались мокрые оползни, оплывины и районы залегания глинистого аллювия, насыщенного водою, как это мы наблюдали в Ялте, Алупке и в Балаклаве.

4. Не только состав, но и условия залегания коренных пород оказывают большое влияние на характер и степень разрушительных последствий землетрясения.

Упругие волны всевозможных колебаний распространяются гораздо быстрее по направлению пластов, т. е. по простиранию их, чем поперек их, т. е. вкрест простирания. Объясняется это тем, что, переходя от слоя к слою, колебания задерживаются и сильно ослабляются. Проверить это легко помощью простейшего опыта Лазо: на пачку стеклянных пластинок, поставленных торцами кверху, насыпают слой песка и ударяют снизу. В результате песчинки образуют разорванный эллипс, вытянутый вдоль пластинок. Поэтому и волны землетрясений легче распространяются в направлении господствующего простирания. В складчатых горах, по той же причине, сейсмические волны сильнее распространяются вдоль осей складок. Этим часто объясняется вытянутая эллиптическая форма большинства эпифокальных областей.

При резкой смене пород, а иногда и на месте сбросов, сейсмические волны претерпевают полное отражение, в результате чего возникает интерференция их, могущая либо ослабить и уничтожить колебания, либо, наоборот, — усилить их. Так возникают спокойные участки, которые называются сейсмическими мостами, и, наоборот, — сильно потрясенные районы с наиболее сильными ударами, которые образуют пучности.

Вообще, в отношении коренных пород следует иметь в виду, что наиболее твердыми и упругими породами являются массивно-кристаллические, как, например, граниты, диориты, порфириты и пр. В них колебания распространяются с наибольшей скоростью, но с наименьшей амплитудой, почему и наибольшее ускорение в них, вызывающее разрушения, оказывается наименьшим. Наоборот, породы глинистые и песчаные, т. е. рыхлые и неупругие, ведут себя как наносы и вызывают наибольшие разрушения.

5. Все указанные выше положения в отношении коренных пород совершенно неприменимы в тех случаях, когда имеются определенные тектонические линии, в виде трещин сбросов, сдвигов и разломов. Все такие линии, с одной стороны, служат проводниками и усилителями сейсмических волн, а с другой, если они расположены поперек колебаний, действуют поглощающим образом и могут совершенно прекратить дальнейшее распространение землетрясения.

Особенно разрушительные последствия наблюдаются в тех случаях, когда вдоль старых сбросов или сдвигов происходит хотя бы небольшая подвижка грунта. А такой случай почти всегда имеет место для глубоких трещин и расколов, т. к. они ослабляют прочность земной коры и разбивают ее на подвижные участки. Этим объясняется необычайное постоянство некоторых, даже очень древних сбросов, вдоль которых перемещения происходят в течение нескольких геологических эпох с большими перерывами. В Крыму имеется несколько таких сбросов и сдвигов, вдоль которых смещения периодически повторялись с громадными промежутками времени.

Наоборот, трещины разломов и сбросов, идущие неглубоко и образовавшиеся в результате интенсивной складчатости, быстро затухают в глубину и оказывают ослабляющее влияние, аналогично рвам и канавам. Влияние тектоники (т. е. строения) земной коры и дислокаций в ней (т. е. нарушений) на характер распространения землетрясений наглядно выясняется при нанесении изосейст, т. е. линий одинакового сотрясения, на геологические карты и стереограммы.

Влияние землетрясений на постройки и другие искусственные сооружения, помимо грунта и рельефа, зависит еще от целого ряда сейсмических факторов, а именно: от силы землетрясения, от характера сотрясений, от угла выхода ударов, от общего направления сейсмической волны и, наконец, от качества самого сооружения, понимая под этим конструкцию, материал и качество выполнения строительных работ. Вся эта сложность условий устойчивости искусственных сооружений при землетрясениях наглядно выражается в том, что даже при самых сильных катастрофах, как, например, в Сан-Франциско в 1906 г., в Мессине в 1908 г., в Токио в 1923 г., на острове Киу-Шиу и в Мексике в 1927 г., никогда не разрушаются все здания, а степень повреждения и разрушения в одном и том же городе бывает весьма различна.

1. Поэтому по характеру разрушения отдельных зданий невозможно еще делать заключений о силе всего землетрясения в целом. Равным образом оценку силы невозможно делать на основании впечатлений и ощущений пострадавших жителей. Прежде всего окончательный вид разрушенных зданий часто является следствием последующих более слабых ударов, а наиболее сильный — первый удар вызывает лишь общее расстройство кладки и подготовку к последующему разрушению. Вот почему, после первых, даже и очень сильных ударов, внешний вид зданий иногда мало изменяется, хотя они и оказываются выведенными из строя инвалидами, совершенно не годными для ремонта и для жилья в них.

В отношении показаний очевидцев интересные опыты были произведены в Токио, которые указали, что движения предметов и стен во втором этаже вдвое сильнее, чем в первом, а в третьем — уже в четыре раза сильнее, чем в первом. Вполне понятно, что жители, находившиеся в различных этажах, дадут совершенно разные показания и приведут факты, противоречащие друг другу. Поэтому все сведения о внешних проявлениях землетрясения и о переживаниях жителей следует приводить к первому этажу.

Из предыдущего уже ясно видно, что степень разрушения построек зависит не столько от силы сотрясений, сколько от размаха их, т. е. от амплитуды колебаний и от наибольшего ускорения движения, которые обусловлены упругостью и прочностью грунта. Поэтому силу землетрясения можно вполне точно определить лишь на основании записей сейсмографов и инструментальных наблюдений, а силу разрушений — по динамическим шкалам. Таким методом, например, было доказано, что Японское землетрясение в 1923 г. было в три раза сильнее Мессинского в 1908 году, при котором было убито 150 000 человек. Очевидно, что японцы, с их легкими антисейсмическими жилищами, оказались гораздо более приспособленными к сильным землетрясениям, чем итальянцы — с их каменными, весьма тяжелыми и непрочными домами.

2. Характер колебаний также оказывает большое влияние на степень разрушения зданий. Вертикальные сотрясения в центре эпифокальной области не являются самыми разрушительными. Наоборот, в виду того, что амплитуда их не велика, обычно они не причиняют большого вреда. Только очень сильные вертикальные удары подбрасывают крыши, памятники и башни вверх; затем при обратном падении они сбрасываются, а стены зданий разбиваются сложной системой трещин, делающих их негодными.

Наоборот, волнообразные колебания являются наиболее разрушительными, при чем максимум разрушений наблюдается при угле выхода ударов в 45—55°, что подтверждено многочисленными наблюдениями и теоретическими подсчетами.

Характер разрушения отдельных частей здания в значительной мере зависит от направления движения сейсмической волны. В виду того, что волны землетрясений распространяются с большой скоростью, все высокие предметы, а в том числе башни, стены, обелиски, трубы и пр., — по инерции сохраняют свое положение, тогда как основание смещается и колеблется. В результате происходит перелом и падение их в ту сторону, откуда шел удар. Это проверить очень легко на опыте: если поставить на доске несколько коробок или обрубков дерева вертикально и сообщить доске сильный и быстрый удар, то все они упадут в ту сторону, откуда мы ударяли. Наоборот, если сообщить слабый и медленный толчок, то все предметы упадут в прямо противоположную сторону. Однако, на практике это правило не всегда имеет место — в виду связности искусственных сооружений. После первых толчков они начинают раскачиваться и иногда падают через несколько минут в ту или иную сторону, т. е. либо туда, откуда шел удар, либо в противоположном направлении. Мне лично пришлось наблюдать, как древние стены руин раскачивались и при каждом размахе происходило обрушение части кладки в обе стороны, при чем главная масса упала через 8 минут после наиболее сильного толчка. Итак, если конструкция сооружения не препятствует, то обрушения происходят по направлению распространения волны, при чем наибольшие обвалы наблюдаются со стороны ударов. Если удар приходится наискось к фасаду здания, то вываливается тот угол, со стороны которого последовал удар.

Иногда наблюдаются интересные случаи сжатия, раздробления и обрушения не тех стен, со стороны которых шел удар. Это можно объяснить тем, что стена, направленная в сторону удара, начинает колебаться и ударяет в торцы стен, примыкающих к ней перпендикулярно. Лицевая стена со стороны удара отделается трещинами и может устоять, тогда как примыкающие к ней под прямым углом стены и простенки будут деформированы и разрушены. Такие случаи могут ввести в заблуждение при определении направления сейсмической волны.

Примечания

1. За недостатком места отделы геофизической сейсмологии и сейсмометрии, а также отдел, в котором трактуются проблемы предсказания землетрясений, выпущены.

2. Т. е. подвергающаяся наибольшим сотрясениям и разрушениям, от греч. слова сейо, что значит сотрясаю.

3. За недостатком места весь отдел геофизической сейсмологии и сейсмометрии выпущен.