«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 01 (8)

В физическом представлении Земля является упругим деформируемым телом. Она находится в состоянии неустойчивого динамического равновесия. Более того, все подсистемы планеты — нелинейные колебательные. Эти колебания образуются не только в результате внешнего воздействия (вынужденные колебания), но и возникают и устойчиво поддерживаются в самой системе (эффект автоколебаний). Все подсистемы планеты открыты — они обмениваются с окружающей средой энергией и веществом, что позволяет с помощью внешних воздействий вызывать усиление нелинейности.

Литосфера находится в состоянии текущего (подвижного) равновесия при условии, что часть параметров остаются неизменными. При нарушении равновесия в литосфере возникают области неустойчивости, усиливающие нелинейный характер геодинамических систем.

Спитак 7 декабря 1988 г.

Земля участвует одновременно в различных колебательных движениях, в ходе которых изменяется напряжение внутри земной коры, и перемещается вещество. «Подстроившись» под одно из таких колебаний, можно не только назначить время и место разрушительного землетрясения, но и значительно увеличить его силу.

Для удобства колебательные режимы Земли разделяют по масштабности:

Планетарные — колебания возбуждаются как внеземными источниками энергии, так и внутрипланетными возмущениями.

Литосферные — колебания от ударно-волновых энерговыделений преимущественно в литосфере.

Коровые геоструктурные — колебания преимущественно в отдельных тектонических системах земной коры.

Приповерхностные (микросейсмические) — в верхней части земной коры и на поверхности.

Планетарные колебания имеют периоды от десятков минут до часов, самые медленные колебания захватывают весь объем Земли. Их делят на два больших класса: сфероидальные (вектор смещения материальных “точек” имеет составляющие как по радиусу, так и по направлению перемещения) и крутильные, или тороидальные (не связаны с изменением объема и формы Земли; материальные частицы перемещаются только по сферическим поверхностям). Именно с планетарными колебаниями связана геодинамика мантии и периодичность сейсмической активности, коллозионные пояса коры и морфоструктура рельефа, а также колебания климата.

Точной оценки геологической энергии все еще нет, однако приблизительно энергия гравитации 2,5х10³² Дж, ротации 2,1х10²⁹Дж и гравитационной конвекции 5,0х10²⁸ Дж.

Вращение Земли представляет собой суточный сфероидальный колебательный процесс, в котором момент инерции и движения центров масс периодически меняют направление. Режим вращения Земли определяется угловой скоростью и изменением положения оси вращения. Он постоянно меняется под воздействием приливов и электромагнитных воздействий в Солнечной системе. Поэтому в геосферах, и особенно — литосфере, возникают напряжения и происходят процессы разномасштабного массо-переноса.

Вращающаяся Земля — автоколебательная система, ее собственные колебания порождают «всеземную» систему стоячих волн, каждая из которых представляет собой генератор и своеобразный камертон, готовый к резонансу. Эти колебания вызывают в литосфере напряжения «чистого сдвига» и всестороннего сжатия (или растяжения). Впервые то, что такие колебания возбуждаются сильными сейсмическими событиями, было обнаружено при анализе Камчатского землетрясения 1952 года и подтверждено при анализе сейсмограмм Чилийского землетрясения 1960 года. Таким образом, появление дополнительных колебательных систем в недрах литосферы сопровождается интерференцией и, при совпадении этих колебаний с одной из стоячих волн, явлением резонанса.

Литосферные колебания являются следствием взаимодействий литосферных плит и объемной деструкции литосферы. В концентрированном виде колебательные режимы литосферы представлены в глобальных поясах сейсмически активных окраин Океана (более 75 % выделяемой сейсмической энергии Земли) и гребневых зон срединных океанических хребтов (около 5 %). Ежегодная «интегральная сейсмическая энергия» в XX веке составляла порядка 25х10¹⁷ Дж.

Причины разрушения литосферы имеют глобальный характер и являются процессом приспособления планетарного вещества к длительным силовым воздействиям, таким как колебания оси вращения Земли, кориолисовы ускорения и приливные волны в твердой оболочке Земли.

Из области разрушения литосферных плит излучаются объемные и поверхностные сейсмические волны[3]. Наиболее интересны среди них поверхностные волны Релея (колебания перпендикулярно движению в вертикальной плоскости) и Лява («горизонтальные» колебания). Для поверхностных волн характерна сильная дисперсия скоростей, их интенсивность резко (экспоненциально) убывает с глубиной. Но поверхностные волны от сильных землетрясений «обегают» Землю несколько раз, соответственно многократно возбуждая колебания среды.