Землетрясения

С учетом всех изложенных выше соображений измерение в эргах энергии, выделяемой при землетрясениях, представляется лучшим способом их классификации по степени разрушительности. На первый взгляд измерение энергии землетрясений кажется не очень-то легкой задачей, но никаких непреодолимых трудностей не возникает, о чем свидетельствует само определение понятия «энергия». Энергия — это работа перемещающейся силы. Но разве землетрясения не вызываются силой (напряжением), которая перемещает пласты горных пород, а иногда даже целые блоки земной коры? Именно так подошел к этой проблеме американец Рид, изучая катастрофу в Сан-Франциско в 1906 году. Рид вычислил силу, вызвавшую землетрясение, и ее перемещение. Последнее он измерил на основе смещения разлома Сан-Андреас; силу же принял равной той, которая потребовалась для появления самого разлома, то есть для того, чтобы разбить гранитную полосу длиной 435 километров и толщиной 20 километров. Перемножив эти два параметра, Рид получил энергию, равную 1,75×10²⁴ эргов.

Признаемся, что метод Рида несколько рискован. Более того, он не всегда применим. Сейсмологи предпочитают обычно вычислять энергию землетрясения по данным сейсмограмм. Действительно, сейсмограммы дают почти точное изображение сейсмических волн, распространяющихся от очага. Поскольку энергия, которую передают эти волны, определяется математически, исходя из их периода и амплитуды, очевидно, что вполне возможно прибегать к математическим вычислениям, хотя это и менее удобно. Именно так поступил известный английский геофизик Джефрис, который вычислил, что как при Памирском (1911), так и при Монтанском землетрясениях (1925) высвободилась энергия, равная примерно. 10²¹ эргов. Но при самых сильных землетрясениях высвобождается около 10²⁶ эргов, что равно 12,5 тысячи хиросимских атомных бомб. Эта величина! примерно соответствует пределу сопротивления земной коры: ни один толчок не может перейти этот предел, не раздробив земную кору.

А самые слабые подземные толчки, регистрируемые только сейсмографами, в 800 миллионов миллиардов раз слабее. Они высвобождают энергию, равную 10⁸ эргов, то есть примерно такую же, как при взрыве снаряда малого калибра. Разумеется, такие незначительные толчки наблюдаются гораздо чаще, чем сильные землетрясения, поскольку в среднем за год одно землетрясение с энергией, превышающей или равной 10²⁶ эргов, приходится на 10 толчков с энергией, равной 10²⁶–10²⁴ эргов, и на 100 толчков с энергией 10²⁴–10²² эргов и т. д. Итак, в среднем 1 миллион зарегистрированных толчков соответствует высвобождению в среднем за год 12,43×10²⁶ эргов (по Гутенбергу и Рихтеру).

Рис. 11. Кривая показывает количество энергии, ежегодно высвобождавшейся при землетрясениях в 1904–1952 годах.

Единица измерения на оси ординат равна 1026 эргов (по данным Гутенберга и Рихтера).

Эта последняя цифра свидетельствует о том, что совсем не обязательно должно произойти много сильных землетрясений, чтобы был выдержан средний годовой показатель. Следовательно, энергию, высвобождаемую землетрясениями за год, следует скорее приписать одной-двум сильным катастрофам, чем множеству слабых толчков. Кроме того, высвобождение сейсмической энергии сильно колеблется из года в год. В этом можно убедиться при рассмотрении кривой на рис. 11, вычерченной Гутенбергом и Рихтером на основе статистических данных. Точка, соответствующая 1906 году, поднимается на ¹/₉ выше всех остальных, причем за ней следует год очень слабой сейсмической активности.

Магнитуда землетрясений

Измерение землетрясений по их энергии представляется вполне естественным и логичным способом классификации сейсмических возмущений. Зато он недостаточно удобен: не всегда легко вычислить энергию землетрясения, а поскольку для этого пользуются самыми различными методами, полученные результаты не всегда сопоставимы. В этом, разумеется, заключается основная трудность. Ее сразу же учли многие ученые, и они поставили перед собой задачу разработать другой метод классификации, который при соблюдении энергетической «иерархии» был бы все же более удобным.

В 1935 году Рихтер и Гутенберг нашли решение. Вместо того чтобы оценивать землетрясение в зависимости от энергии, они характеризуют его посредством магнитуды. Это очень остроумный показатель. Магнитуда связана одновременно с энергией возмущения[53] и с его интенсивностью в данном месте, то есть ее можно определить и на основе теоретических положений и из сейсмограмм. Другими словами, магнитуда является функцией энергии (поскольку она пропорциональна ее логарифму) и в то же самое время функцией интенсивности (поскольку, согласно определению, она является логарифмом амплитуды сейсмических волн на расстоянии 100 километров от эпицентра). Наконец, основное преимущество магнитуды заключается в том, что она дает, как отмечает Ротэ, «физическую шкалу, не зависящую от наблюдателя и от места наблюдения».