Наука | Сейсмология
«Землетрясение знает о себе все»
Почему наука так и не научилась предсказывать землетрясения, как реагирует земля на ядерные взрывы и в чем был не прав академик Андрей Сахаров? Обо всем этом «Огоньку» рассказала Татьяна Раутиан, проработавшая более 40 лет в составе крупнейшей в СССР сейсмологической экспедиции на Памире, единственная россиянка, награжденная медалью Рида американского сейсмологического общества, которую вручают «великим сейсмологам мира»
Памирская Комплексная сейсмологическая экспедиция (КСЭ) Института физики Земли АН СССР была легендарной — она впервые в нашей стране начала систематически изучать сейсмологические явления и искать причины землетрясений, их предвестники и в целом познавать природу этой катастрофы. Работа ученых началась в 1950 году в маленьком поселке Гарм в предгорьях Памира и закончилась лишь спустя четыре десятилетия, в 1992 году, в связи с гражданской войной в Таджикистане.
Начиналась экспедиция с одиночной станции, которая фиксировала колебания Земли способами, принятыми в канун Первой мировой войны. Спустя четыре десятка лет, когда сворачивали работу, это была уже мощная разветвленная сеть сейсмостанций, которые вели сплошную запись землетрясений,— с громадным штатом, бюджетом и хозяйством. На основе полученных данных ученые делали самые разные открытия, которые касались природных катаклизмов, строения Земли и… ядерных взрывов. Ошибки нет: экспедиция много лет сотрудничала с Министерством обороны СССР, выполняя секретные работы по определению эпицентров ядерных взрывов по всему миру.
Татьяна Глебовна Раутиан проработала в составе Комплексной сейсмологической экспедиции Гарма много лет — и как исследователь, и как руководитель (заместитель начальника по науке). После распада СССР ее пригласили в Ламонтскую геофизическую обсерваторию Колумбийского университета в США. Сейчас она в Москве — изучает архивы, издает семейный альманах и… учится играть на фортепиано.
Но говорим мы с ней, понятно, о главном в ее жизни — о сейсмологии.
— Татьяна Глебовна, после каждого крупного землетрясения возникает вопрос: почему же ученые не могут предсказывать такие катастрофы? Появился ли у вас ответ за полвека работы в сейсмологии?
— Я думаю, что дату землетрясения всерьез предсказать невозможно, хотя эта идея многим кажется очень привлекательной. До сих пор даже погоду предсказать не всегда получается, хотя она не столько меняется, сколько, можно сказать, перемещается по планете, и эти перемещения прекрасно видны из космоса. Что уж говорить про то, что происходит перед землетрясением в Земле, на глубине десятков километров от поверхности.
Тем не менее сейсмологические наблюдения в Гармском районе (предгорье Памира.— «О») были организованы во многом именно с этой целью — научиться предсказывать землетрясения. Станцию Гарм (Таджикистан.— «О») основали в 1950 году, через год после ужасного землетрясения в этих местах, которое стерло с лица земли районный центр Хаит. Тогда из-за толчков обвалилась вершина горы. Весь этот материал пошел вниз, на расположенный внизу кишлак. В итоге ровно половина селения оказалась засыпана слоем породы толщиной до 60 метров.
— Я читала, что выход энергии при том землетрясении приблизительно соответствовал энергии взрыва водородной бомбы в 40 мегатонн. Неужели это никак не проявлялось до момента катастрофы?
— Именно это мы и должны были понять. Тогда считалось, что самая главная задача сейсмологов — найти способ узнать, когда землетрясение произойдет, чтобы принять какие-то меры. Мы искали. Но до сих пор нет никаких сведений о каких-нибудь событиях, регулярно происходящих перед каждым сильным землетрясением.
Фото: из личного архива
— Но ведь существует масса теорий на этот счет, в том числе статистическая, а еще теория трещин…
— Эти теории ничего не говорят о моменте начала процесса. Гипотез же о предшествующих явлениях действительно обсуждалось много. Но работающей до сих пор нет.
Например, одно время многим казалась перспективной идея с атмосферным электричеством: в Ташкенте местный профессор Чернявский рассказывал о свечениях над горами, которые наблюдались перед некоторыми сильными землетрясениями. Мы решили проверить теорию. Повесили во дворе станции датчик и начали регистрацию атмосферного электричества. Землетрясений там действительно было много — станция регистрировала в день их штук 30, а то и больше. Было непонятно, чем являются колебания атмосферного электричества: предшественниками землетрясений или их результатом? К тому же атмосферное электричество возникает от массы причин: от трения о воздух пыли (местный ветер «афганец» регулярно приносил мельчайшую пыль не только из Афганистана, но и из далеких пустынь Монголии и Китая), а еще от гроз.
Словом, проверки этой гипотезы ничего конкретного не дали. Как и других, вроде предположений, что животные предчувствуют землетрясения и начинают себя как-то аномально вести. Под эту идею почему-то всегда давали деньги, и она развивалась. В нашей экспедиции, например, даже разводили каких-то якобы сейсмочувствительных африканских тараканов. А еще в Таджикистан приезжала ученая из США изучать мышей-полевок. Она предполагала, что мыши перед землетрясениями испытывали стресс, который можно каким-то образом измерить.
— Как вы попали в экспедицию?
— Сейсмологом я стала силой обстоятельств. В 1945 году поступила на физфак Ленинградского университета. Оба моих родителя были учеными — физиками-оптиками, и они еще в детстве много рассказывали мне о своей работе, так что физика была мне интересна. Еще в школе я прочла книгу Матвея Бронштейна (известный физик, муж Лидии Корнеевны Чуковской, расстрелян в 1938 году.— «О»), которая называлась «Солнечное вещество». Там он очень интересно описывал, что происходит на Солнце, почему оно горячее, про выгорание водорода и превращения разных элементов. Все это весьма захватывало. К тому же все умные мальчики с нашего курса пошли на ядерную физику. А я что, хуже их, что ли? И на третьем курсе пошла туда же.
Фото: из личного архива
— Но тогда это означало работать на атомную бомбу? Или в ту пору об этом еще не говорили?
— Этого я сначала не понимала. Ведь ядерная физика — физика космоса. Но в конце нашей учебы старший курс в полном составе вдруг уехал куда-то по распределению. Куда, им не сказали, билетов на руки не дали, переписываться было запрещено и так далее. И тогда я осознала, что работа в ядерной физике означает делать бомбу. Это был шок. Я просто не стала писать диплом. Скандал был страшный. Меня песочили на комсомольском собрании, родители все узнали от своих коллег — сотрудников Государственного оптического института. Они не стали вмешиваться. А я молчала и стояла на своем.
В итоге вместо диплома получила бумажку в клеточку, на которой было написано, что я сдала все госэкзамены. Тут появился в моей жизни однокурсник — Виталий Иванович Халтурин, с которым мы вскоре поженились. Он поехал на преддипломную практику в Среднюю Азию, в маленький городишко Гарм. Вернулся оттуда в восторге — горы, где не ступала нога человека! Абрикосы сами падают в рот! Так в 1950 году мы прибыли в Среднюю Азию.
— Что в Гарме было на тот момент?
— Сейсмическая станция, которая принадлежала Институту физики Земли АН СССР. Мало кто знает, что самое первое сейсмологическое оборудование, которое появилось в России, сделал профессор физики, один из князей Голицыных — Борис Борисович. Он фактически создал первую в России сейсмическую сеть. Его приборы были установлены примерно на шести станциях (в Ташкенте, я думаю, они работают и по сей день). Но в Гарме использовали уже более современные сейсмографы.
А что касается жизни, то на станции не было водопровода, электричества, стиральных машин, не было пробок на дорогах, театров, библиотек, профессоров, зато были землетрясения! И землетрясения были не просто чем-то, изображенным на фотобумаге. Это Земля шевелилась, это были толчки, которые чувствуешь телом. Это было просто замечательно!
В Гарме на прилавках были только мыло и водка. Если что-то нужно получить особенное, вроде макарон, консервов, муки, масла, сгущенки, конфет, мы ездили в Москву. До столицы мы добирались шесть суток поездом. Как-то я получила разрешение обратно лететь самолетом, потому что везла с собой чувствительные приборы: три штуки гальванометров, размером с карандаш. Самолеты тогда были Ли-2, общее время в полете 33 часа. Одиннадцать пересадок. В Ташкенте застряли: всю ночь никаких вылетов, никто ничего не объясняет. Значительно позже от начальника Гармского аэропорта узнала, что в тот день Ворошилов летел в Сталинабад по важным политическим делам (это же 1953 год!). И потому «воздух должен быть чист». Ни одного борта в воздухе на всех евроазиатских трассах!
Фото: из личного архива
— Чем вы занимались на станции первое время?
— Вначале мы должны были отладить методы определения эпицентра и глубины землетрясения. Для этого я определила скорости сейсмических волн в разных частях района и сделала графический метод определения эпицентров. Он не требовал никаких расчетов, был защищен от человеческих ошибок и позволил находить эпицентры огромного потока слабых землетрясений быстро и безо всякой компьютерной техники. Ее, кстати, тогда еще не существовало. Потом важным этапом стало создание метода определения энергии, которая выделяется очагом землетрясения. Он стал стандартным в сейсмической службе СССР и используется в настоящее время.
— Какие еще задачи, кроме поиска предвестников землетрясений, решались в тот момент?
— Очень важно было выяснить, где сильные землетрясения возможны, а где нет. На этот счет возникали самые разные гипотезы. Самой популярной была статистическая. Согласно ей, сильные землетрясения происходят там, где было много слабых. А где слабых нет, там и сильных не будет. Вот такая простая идея.
— Ее использовали при планировании застройки в городах?
—Да. Именно на основе этой идеи стали делать так называемое сейсмическое районирование СССР. На карте было указано, где и насколько сильное землетрясение может быть на территории СССР. Сила землетрясений описывалась в баллах, которые выражали меру разрушений. Грубо говоря, 4 балла — «когда во время землетрясения проснулись спящие», а 10 баллов — «когда не сохраняется ни одно сооружение рук человеческих».
Потом, уже в середине 2000-х, мой муж Виталий Иванович сел и перелопатил все эти данные за последние 25 лет. И сравнил их с картой сейсмического районирования. И оказалось, что практически ничего не совпало: сильные землетрясения произошли там, где их не должно было быть, именно там было очень много разрушений. Например, это касалось знаменитого Армянского землетрясения в 1988 году.
— И что случилось с картой сейсморайонирования после этого?
— Ничего не случилось, этой картой благополучно пользуются по сей день. Потому что нового метода еще не создано.
— Более 20 лет вы накапливали и изучали сейсмограммы, какие выводы в итоге удалось сделать?
— Можно сказать, что мы определяли «лицо и характер» каждого землетрясения. У нас на станции были установлены частотно-избирательные приборы, разработанные замечательным инженером Константином Запольским. Благодаря этому за 20 лет работы был накоплен огромный материал. В частности, мы поняли, что частоты сейсмических волн сильно различаются в разных районах. А это необходимо учитывать при выборе конструкций жилых зданий, мостов и плотин.
Удалось получить численные значения параметров, необходимых для описания каждого землетрясения как элемента физического процесса. Поначалу это было еще неясным предвестником чего-то крайне важного. Но потом именно различные спектры и параметры очагов стали моим «сейсмологическим глазом». Они позволили создать реалистическую модель процесса, который происходит в очаге. В итоге оказалось, что очаг землетрясения — это подвижка по готовой трещине, и что по спектру можно оценить напряжение на ней. Спектры также позволили увидеть, что большинство землетрясений — двойные. Они начинаются как короткий жесткий толчок и продолжаются как более плавное, с меньшим напряжением скольжение по протяженному разрыву.
В общем, понадобилось 20 лет работы, чтобы открыть тайну землетрясений. Теперь я уверена: землетрясение с самого начала «знает, каким оно будет», то есть его сила и последствия, можно сказать, закладываются сразу.
— Насколько я понимаю, этим самым «сейсмологическим глазом» пользовались военные?
— Безусловно. Известно, что в истории был такой период, когда СССР и США соревновались в проведении ядерных испытаний. Тогда задача изучения очагов землетрясения дополнилась задачей изучения именно очагов взрывов. Надо было научиться отличать взрывы от землетрясений по сейсмограммам.
В США к этому времени вовсю действовал ядерный полигон в Неваде. СССР производил взрывы в Семипалатинске — это все знают, а с 1954 года, это уже знают меньше, еще и на Новой Земле.
Были так называемые полезные, или мирные, взрывы, рассеянные по широкой территории СССР, о которых тогда почти ничего не было известно. Официально целью мирных взрывов была «производственная необходимость».
— О подобных работах много рассуждал академик Сахаров…
— Да, однажды у нас с ним было организовано специальное совещание. Многие годы он обдумывал интересную мысль: раз уж атомные бомбы сделаны, то, может быть, их возможно использовать для чего-нибудь полезного? Например, он был уверен, что с помощью ядерных взрывов можно создавать искусственные водохранилища, подземные хранилища, осваивать месторождения полезных ископаемых и так далее. И вот для того чтобы прояснить свои соображения о полезных ядерных взрывах, он собрал нас в Ленинграде, в гостинице рядом с Александро-Невской лаврой. Было очень интересно: на тот момент Сахарова интересовал вопрос управления землетрясениями. Он предлагал использовать сверхмощные подземные термоядерные взрывы для предотвращения катастрофических землетрясений и спрашивал нас, возможно ли остановить процесс, если при первых проявлениях аккуратно опустить на глубину атомный заряд и взрывом «снять напряжение в породах» — именно оно является причиной колебаний. Но уже тогда ученым, имеющим отношение к сейсмологии, было понятно, что это утопическая идея.
Фото: Евгений Гурко
— Тогда это были секретные сведения. Был ли у ученых какой-то особый доступ к информации?
— Это интересно, потому что обо всех сильных взрывах, которые производил СССР, легче всего было узнать из американских публикаций. Американский журнал сейсмологов BSSA на последних страницах давал список сильных землетрясений и взрывов. Из наших они публиковали только самые мощные, которые могли зафиксировать. А более слабые наши оставались американцам не известны. И нам приходилось искать их самим.
Когда в мире дошло до запрещения подземных ядерных взрывов, перед учеными поставили новую задачу: различать «сейсмические события» — что взрыв, а что землетрясение.
Военным нужно было определить, где расположить наши сейсмические станции, чтобы мы могли записывать как можно более слабые взрывы, которые производили американцы. Виталий Халтурин, который профессионально занимался именно сейсмологией ядерных взрывов, объехал весь Союз на обычном газике, в котором стояло сейсмологическое оборудование. Он приезжал на место, распаковывал и писал землетрясения и микросейсмы, то есть «шум». В итоге такие места, откуда были лучше всего «слышны» американские взрывы, были найдены — в Сибири.
— Это как-то официально было оформлено?
— Естественно, это же было не личное научное любопытство, а официальное направление работы, за которое платили военные. Но тут имело место типичное советское противоречие между правилами и жизнью. Информация про те же слабые взрывы была строго секретной. Проблема решалась так: приходил наш начальник Игорь Леонович Нерсесов, молча показывал бумажку, на которой были написаны дата, время и координаты. Тогда сотрудники понимали, что это взрыв…
— Получается, по сейсмографу можно отличить записи взрывов от записей землетрясения?
— Они отличались. Но уловить это было не так просто. Ядерный взрыв с точки зрения физики — очень жесткий процесс, и при его «узнавании» ученые используют соотношение высоких и низких частот. Но в действительности все не так просто. Спектры землетрясений варьируются очень сильно. Землетрясения в некоторых районах (например, на Алтае) оказываются почти столь же высокочастотными, что и ядерные взрывы.
Сложнее всего было изучать слабые ядерные взрывы. Чтобы их найти на записях региональных станций, приходилось с лупой просматривать сотни и сотни сейсмограмм. Но, проделав анализ дат и времени в очаге для известных сильных взрывов, Виталий Иванович увидел, что они происходят не в случайные месяцы, дни, часы и минуты. Он навел статистику и нашел эту систему. С чисто практической точки зрения это помогло ограничить число сейсмограмм, по которым имело смысл искать слабые взрывы. Взрывы оказались распределены по закону «спячка — раскачка — горячка». Во все годы в январе их практически не проходило, а вот 29 декабря — под конец года — регулярно. Такая же закономерность наблюдалась по кварталам и так далее. Более того, когда он стал смотреть время запусков, то увидел, что по нему можно было понять, что сменился «ядерный генерал», ответственный за взрывы. Например, в Семипалатинске в течение двух лет мы видели, что взрывы происходят в ноль-ноль минут ровно. Потом начальник сменился и стали взрывать в минуты с тройкой или семеркой в конце. В итоге мы «вычислили» пять таких генералов.
— На ваших работах наверняка стоял гриф «Совершенно секретно»?
— Ну знаете, в нашей стране с секретностью все было интересно. Ходил анекдот, когда в городе на вопрос, где здесь баня, отвечали: напротив секретного завода. Засекречивали всех сторожей, лаборантов и так далее, то есть тех, кто на самом деле ничего не знал…
— Вы говорили, что к вам приезжала американка проводить исследования. Как это вообще было возможно при таком характере работы?
— Приезжать стали в начале 70-х, когда начался период российско-американской дружбы. Тогда в Москве проходила Генеральная ассамблея Международного геодезического и геофизического союза. А когда устраивается такое большое научное событие, участников везут на какую-нибудь экскурсию, например на Байкал или в другие красивые места. Так они приехали в Гарм — 100 человек сразу!
— Кто-то из светил американской науки приехал?
— Да, были практически все светила. Среди приехавших — Франк Пресс, который тогда был советником американского президента по науке. И вот, к моему ужасу, шеф сказал, что я должна ему рассказать про все наши работы. По-английски. А я в жизни никогда ничего даже не писала по-английски, не то что говорила. Дали мне на это две недели. В итоге я взяла научную статью на похожую тему и заменила там слова — существительное на существительное, глагол на глагол…
— Тогда вы вряд ли могли подумать, что через четыре десятка лет будете жить в США?
— Да, и не просто жить, а работать. Наши гармские коллеги-американцы стали друзьями. А в США — коллегами. После распада СССР мы получили приглашение — в штат Ламонтской геофизической обсерватории Колумбийского университета. Там иногда приходилось заниматься неожиданными вещами. Например, однажды одной геологической службе понадобился обзор по проблеме вечной мерзлоты и, в частности, об эффективности взрывов в вечной мерзлоте. Поскольку большое число работ по этой теме написано на недоступном нормальному американцу русском языке, заняться этим попросили нас.
— Как закончилась экспедиция в Гарме?
— Когда в Таджикистане началась война за власть, в 1992-м мы уехали в Москву. Из уникального архива, накопленного за 40 лет, смогли взять с собой только то, что влезло в чемодан и было на тогдашних дискетах. Аналоговые сейсмограммы на фотобумаге, которые накопили за десятки лет работы сотрудники КСЭ, буквально сгорели в огне гражданской войны в Таджикистане, в 1992– 1997 годах. Но все мои любимые землетрясения, их спектры, все вопросы и ответы, споры и загадки до сих пор крутятся у меня в голове.
Хроника
Взорвать на здоровье
Ядерные взрывы в советском народном хозяйстве были не такой уж редкостью: известно 124 случая мирных применений ядерных зарядов. Для снижения радиационной нагрузки на окружающую среду советским инженерам пришлось разработать специальные обшивки для снарядов, поглощающие нейтроны. Без них обширные территории могли превратиться в радиационный заповедник. «Огонек» вспомнил некоторые адреса
1965 год Семипалатинский полигон (Казахстан)
Первый «хозяйственный» ядерный взрыв произвели на одной из скважин Семипалатинского полигона. Образовавшаяся воронка теперь известна как озеро Чаган. Термоядерный заряд мощностью около 170 килотонн инженеры заложили в русле одноименной реки, притоке Иртыша. Этот взрыв считается достаточно «чистым», 94 процента энергии пошло на сам взрыв и только 6 — на термоядерный синтез. Однако радиоактивное облако все равно накрыло ряд населенных пунктов, где на тот момент жило около 2 тысяч человек. К озеру до сих пор водят скот на водопой, несмотря на то что вода сильно загрязнена радионуклидами.
1966–1979 годы Большой Азгир (Казахстан)
При проведении любых подземных ядерных взрывов в земной толще образуются полости, которые использовали, как правило, в качестве хранилищ газа или нефти. Но в районе поселка Большой Азгир в Казахстане постъядерным полостям придумали иные применения. Здесь в массивах каменной соли, оставленной древним океаном, по заказу Министерства среднего машиностроения взорвали 10 бомб. Максимальная мощность зарядов составила 103 килотонны. В настоящее время пять полостей заполнены радиоактивным рассолом, так как по естественным причинам оказались затоплены. В других хранятся радиоактивные отходы, а часть так и осталась пустыми. Их использовали для экспериментов по получению трансурановых соединений.
1966 год Урта-Булак (Узбекистан)
Одна из самых известных катастроф в истории добычи природного газа произошла на месторождении Урта-Булак в Узбекской ССР. Газовый факел вырывался из-под земли на высоту 70 метров и горел более трех лет, пока 30 сентября 1966 года пожар не был остановлен термоядерным взрывом. Задачу выполняло то же конструкторское бюро, что проектировало подрыв на озере Чаган. Рядом с местом аварии инженеры заложили наклонную шахту, куда поместили термоядерный заряд на глубину 1,5 километра. В результате взрыва месторождение удалось потушить менее чем за минуту. Позже такую технологию тушения применили еще трижды в других местах.
1971 год Пермский край
Постройка каналов традиционно велась в СССР силами заключенных, и работы затягивались на многие годы. Поэтому в 1971 году начался эксперимент «Тайга» по ускоренной постройке канала между реками Печора и Колва. Изначально было запланировано 250 (!) ядерных взрывов, но произвели только три. Радиоактивные частицы, выброшенные взрывами, разлетелись далеко за пределы СССР, что стало прямым нарушением Московского договора 1963 года, ограничивающего проведение ядерных испытаний. Однако сам эксперимент можно считать удачным: инженерам удалось создать канал, который сегодня заполнен водой. Считается, что там до сих пор есть очаговое радиоактивное загрязнение.
1971 год Ивановская область
Ядерный взрыв под кодовым названием «Глобус-1» прогремел 19 сентября близ города Кинешма. Хозяйственные испытания велись ради разведки полезных ископаемых по всей территории СССР. Так называемый метод сейсмозондирования применяли впоследствии вплоть до 1988 года. Взрыв при Кинешме оказался аварийным, даже в 2000 году в районе фиксировалось гамма-излучение мощностью 8 тысяч микрорентген в час, при нормальном значении 150 микрорентген в час. По данным Роспотребнадзора, рекультивацию местности завершили только в 2015 году.
1972 год Мурманская область
Апатитовые месторождения под городом Кировском Мурманской области разрабатываются с 1929 года. Сейчас Хибинские горы в этом районе испещрены гигантскими карьерами. Там применили самый радикальный способ добычи полезных ископаемых: в толще породы взорвали ядерный заряд мощностью 2,1 килотонны. Взрыв не был аварийным, выброса радиации не произошло, но сотрясение было настолько сильным, что в близлежащих поселках в домах выбило стекла. Горняков не предупредили, что взрыв будет ядерным, поэтому поползли слухи о землетрясении. Повторно ядерную бомбу в районе использовали 27 августа 1984 года.
1974 год Якутия
Ядерный взрыв мощностью 1,7 килотонны прогремел в 2,5 километра к северо-востоку от карьера алмазоносной трубки «Удачная» (заряд поместили в скважину на глубину 98 метров). Первоначально планировалось провести восемь взрывов для создания плотины обогатительной фабрики, но потом от этой идеи отказались из-за выброса на поверхность продуктов взрыва. Образовавшуюся воронку засыпали через 18 лет. Взрыв был произведен недалеко от поселка Удачный, расположенного менее чем в 3 километрах. Население о взрыве не оповестили. Люди, основываясь на слухах, сами уходили на время из поселка.
1979 год Донецкая область (Украина)
Пожар легче предупредить, чем потушить. Этой простой аксиомой и руководствовалось советское руководство, проводя ядерный взрыв на объекте «Кливаж» на каменноугольных месторождениях. Целью мирного взрыва мощностью не более 0,3 килотонны стало снижение давления газа в пластах угля на месторождении «Юнком». Ядерную бомбу взорвали на глубине 800 метров, в результате получилась полость диаметром всего около 11 метров, а в радиусе 20–25 метров уголь смялся и раздробился. Это позволило эксплуатировать шахту еще долгие годы, радиационный фон в районе рискованного взрыва, по официальным данным, не повысился.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl