Голос Земли

В древности люди придумали оригинальный способ узнавать о наступлении неприятеля. Они закапывали в землю горшки, которые начинали гудеть при приближении вражеской конницы. Случалось, правда, и так, что своеобразная "сигнализация" срабатывала, и... начиналось землетрясение. В ужасе древние молились богам и приносили жертвы, чтобы утихомирить стихию. Современные ученые, понятное дело, глиняные горшки уже не используют. На смену им пришли высокотехнологичные сейсмографы и акустические геофоны, при помощи которых специалисты Института физики Земли РАН учатся слушать шумы, возникающие в недрах нашей планеты. Это новое направление в современной науке, обещающее стать весьма перспективным.

Слежение за звуками

Еще в конце XIX века итальянский ученый де Росси проводил интересные опыты. На значительном удалении от населенных пунктов он закапывал в землю примитивный угольный микрофон и затем описывал звуки, которые слышал. Ученый из Рима утверждал, что ему удавалось услышать отдельные взрывы и целые залпы и даже... колокольные звоны. Впрочем, дальше итальянский ученый в своих исследованиях не пошел, и о них вскоре забыли.

В середине XX века к идее "прослушивания" Земли вернулся профессор Рикитаке из Института по изучению землетрясений в Токио. Он пришел к выводу, что, исследуя колебания земной коры в звуковом диапазоне, можно предсказывать землетрясения. Эстафету в области исследований "звуков Земли" подхватили российские ученые. Метод, который предлагают специалисты из Института физики Земли РАН, соединяет в себе традиционные методы регистрации сейсмической активности и метод шумовой томографии. Цель - определить предполагаемый район стихийного бедствия. С помощью новой технологии путем анализа сейсмического шума ученые, по их словам, способны получить гораздо больше информации о строении и состоянии того или иного района земного шара. "Наша первоочередная задача, - говорит доктор физико-математических наук Алексей Николаев, - это получение надежной информации о времени и месте разрушительного события. К сожалению, сейсмографы не всегда дают точный ответ на вопросы, когда и где может произойти землетрясение. У крупного сейсмического события существует множество предвестников: резко сокращается число слабых землетрясений, меняются электрические и магнитные свойства пород, падает уровень подземных вод, снижается их температура, а также меняется их химический и газовый состав". Однако все эти изменения надо вовремя зафиксировать. Российские ученые надеются сделать это с помощью прослушивания Земли.

Известно, что кажущаяся неподвижной земная кора находится в постоянном движении. Так, например, Москва поднимается и опускается каждый день на тридцать сантиметров, словно качаясь на волнах. Эти геофизические процессы, связанные с подвижками горных пород и грунтов, сопровождаются звуками высокой частоты. Подземный фоновый звук удалось подробно исследовать лишь после того, как был создан хитрый прибор - геофон. По сути он представляет собой приемник звуковых волн, распространяющихся в верхних слоях земной коры. По виду это обыкновенная коробка, внутри которой между двумя тонкими гибкими металлическими пластинками упруго закреплен тяжелый груз. Звуковые колебания, распространяющиеся в почве, приводят в движение соприкасающийся с почвой корпус коробки, тогда как груз вследствие инерции остается неподвижным. Геофон снабжен электромеханическим преобразователем, с помощью которого колебания почвы преобразуются в колебания электрического тока, усилителем звука и регистрирующим осциллографом. Этот прибор для геофизика сегодня становится таким же необходимым, как для врача стетоскоп. Правда, геофизику недостаточно лишь приложить геофон к поверхности земной коры. Для масштабных исследований необходимо бурить скважину глубиной около 100 метров.

Трудности перевода

После того как физики научились улавливать звуки, они взялись за решение следующей задачи: попытались "перевести" их. В Обнинске, Кисловодске и Петропавловске-Камчатском глубоко под землей были установлены датчики-геофоны. И теперь исследователи пытаются понять взаимосвязь звуков и сейсмических событий, а для этого необходимо накопить большой объем статистических данных в районах с высокой сейсмичностью, таких как Северный Кавказ, и низкой, таких как центр Европейской России.

Ученые говорят, что естественный подземный звук может составить конкуренцию произведениям Бетховена или Шуберта. Это не монотонный шум, а многообразие звуков, которые различаются по ритму и частоте. "Можно услышать совершенно разные звуки: шумы, скрипы, удары молота и звуки ударных инструментов, - увлеченно рассказывает Алексей Николаев. - Иногда они сливаются в единый шум, накладываются друг на друга".

Геофизики пока только учатся по звукам определять, что же происходит под землей. Например, если в наушниках раздается скрип, он обозначает микроподвижки коры. Вступает "ударник" - значит дело приобретает серьезный оборот. Сильный низкочастотный гул говорит о том, что где-то в данный момент происходит извержение вулкана. А вот когда приборы фиксируют интенсивный шум с кратковременным замиранием, который невозможно ни с чем перепутать, значит, скоро начнет трясти. Звук этот фиксируется сразу же на нескольких станциях, и, как правило, через несколько часов после него начинается землетрясение. "Зашумела!" - говорят исследователи в этом случае.

Ученые даже в шутку предлагают попробовать транслировать эти звуки в эфир и создать общедоступную волну под названием "Голос Земли". Неплохой, хоть и нетрадиционный вариант предсказания землетрясений с вовлечением всего населения. Зашумело в приемниках, значит, пора покидать свои дома.

От теории к практике

Как рассказали "Итогам" в Институте вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН, геофон с датчиками, разработанный в Институте физики Земли РАН, был установлен в скважине в районе Петропавловска-Камчатского на глубине более километра. Это позволило зафиксировать суточный ход геоакустических шумов. Удачной, по словам специалистов, оказалась сама идея поместить геофон глубоко под землю, поскольку именно так удалось избавиться от техногенных и естественных помех. Лунные и лунно-солнечные приливы и отливы на уровень шума никак не влияли, а вот восходы и заходы солнца вызывали постоянное пятиминутное изменение уровня.

Исследователи наблюдали за землетрясениями, происходившими на расстояниях до 450 километров от скважины. Перед началом всех землетрясений, кроме тех, что происходили на глубине более чем пятьсот километров, отмечались нарушения среднесуточного уровня геоакустических шумов. А два наиболее близких и сильных землетрясения (на расстоянии 115 и 160 километров) сопровождались резкими акустическими изменениями. Наступление девяти землетрясений ученые точно предсказали по всем пяти параметрам: времени, широте, долготе, глубине и классу, и лишь один раз имела место ложная тревога. Но ни одно из окрестных землетрясений не было пропущено. Дальневосточные исследователи начали также проводить в скважине непрерывные измерения электрической компоненты естественного электромагнитного поля Земли. Для этой цели они взяли подземную электрическую антенну - свободную жилу кабеля геофона длиной более километра. Одновременные геоакустические и электромагнитные наблюдения, как надеются ученые, помогут еще лучше узнать физическую природу изменений подземных шумов.

В активе российских ученых, научившихся слушать голос Земли, уже числятся предсказание нескольких землетрясений в Японии, картографирование и изучение магматических камер на Камчатке. Впрочем, специалисты пока не торопятся рапортовать об успехах. У сейсмологов и геофизиков существует добровольный мораторий, ограничивающий предоставление информации для СМИ по поводу ожидаемых землетрясений. Объясняется это просто: нельзя раньше времени поднимать тревогу. Заранее прогнозы по землетрясениям предоставляются только органам власти того или иного региона. И потому Алексей Николаев отказался раскрыть "Итогам" сведения о том, где в ближайшее время могут произойти сильные землетрясения.

Ученых заботит другое. Сейчас они думают над созданием измерительной системы охраны, которая информировала бы специалистов о надвигающейся катастрофе не за несколько часов, а хотя бы за несколько суток. Как это сделать, физики уже знают. "Для этого, - говорит Алексей Николаев, - нужно пробурить несколько глубоких скважин от 1000 до 5000 метров, в которые на бронированном кабеле опустить зонд с необходимыми датчиками. Они будут "слушать" Землю, и полученная информация о состоянии коры начнет поступать на центральный компьютер для ее последующей обработки". Правда, как осторожно говорят ученые, оперативный прогноз высокой точности все же пока можно получить только в сочетании с другими методами контроля: например, в тандеме с данными мониторинга сейсмических станций.