7.1. О техногенных и природных землетрясениях

Как известно из истории развития физики, истинное значение обнаруженных физических эффектов, как правило, осознается далеко не сразу. Так и в данном случае, первоначально значение того, что земная толща представляет собой совокупность колебательных систем, не было осознано в полной мере, и это явление использовалось только для того, чтобы определять мощность породного слоя в кровле угольного пласта для оценки устойчивости кровли горных выработок.

Сейчас мне непонятно, почему я с самого начала, еще в 1977 году не подумал о том, что если мы живем на совокупности колебательных систем, то избежать резонансных явлений (и разрушений) невозможно.

Сама жизнь ткнула меня носом в эту беду в мае 1986 года, когда произошла авария на Чернобыльской АЭС.

Как оказалось, на ЧАЭС всё началось с того, что в машинном зале 4-го блока возникла вибрация, амплитуда которой выросла до немыслимых значений, и оборвалась тем, что турбина провалилась под землю. В этот момент сейсмологи отметили сейсмособытие, а через 30сек взорвался реактор, что было отмечено как второе сейсмособытие. Эпицентр обоих толчков находился непосредственно под 4-м блоком ЧАЭС.

Не нужно было иметь семь пядей во лбу, чтобы догадаться, что это было не чем иным, как резонансным разрушением. Как известно, чтобы возникло резонансное явление, необходимо иметь колебательную систему и динамическое (вибрационное) воздействие на нее. Источником вибрационного воздействия была вращающаяся турбина, а колебательная система залегала в земной толще под этой турбиной. То есть, в полном соответствии с тем физическим эффектом, который был обнаружен за 9 лет до этого. При этом, как только частота вибрации приближается к собственной частоте залегающей в том месте колебательной системы, начинается рост амплитуды вибрации, который может достичь колоссального уровня и вызвать разрушение. На ЧАЭС эта беда произошла тогда, когда стали менять режим генератора. Вот тогда-то они и попали в резонанс.

Естественно, когда я высказал эту точку зрения, ко мне никто не прислушался, и я стал коллекционировать подобные истории. Оказалось, что точно по такому сценарию нередко разрушаются электростанции, насосные станции, железнодорожные пути...

То есть, те объекты, которые оказывают на грунт динамическое (вибрационное) воздействие. Понятно, что в условиях тотальной секретности я добывал эти данные с большим трудом, от очевидцев, и публикации на эту тему были невозможны. Что было общим во всех этих рассказах - это колоссальная вибрация, которая предшествовала аварии.

Первая открытая (незасекреченная) авария такого типа - это авария на Саяно-Шушенской ГЭС, которая произошла в 2009-м году. Повышенная вибрация в машинном зале там наблюдалась (кстати, как и на ЧАЭС) больше, чем за год до аварии. Амплитуда ее росла всё больше, и, наконец, было принято решение остановить гидрогенератор. Совершенно деморализованные начальственными криками, люди совершили роковую ошибку. Они стали останавливать генератор медленно. При проходе через запрещенную скорость вращения начался быстрый рост амплитуды вибрации, и она увеличилась в 600 раз, что показал их же собственный самописец.

Как известно, причина этой аварии осталась непонятной. Но как можно не распознать в этом случае резонансное разрушение, я не могу себе представить. Но, с другой стороны, можно этих людей и понять. Если произнести слово «резонанс», то немедленно последует вопрос: «а где колебательная система, на которую воздействовал вибрирующий гидроагрегат?» И если сказать, что колебательная система залегает в земной толще, то это нанесет сильнейший удар по т.н. лучевой сейсморазведке. А этого допускать нельзя, потому что сейсморазведка считается самым мощным геофизическим методом, и все инвестиции в геофизику идут в основном в сейсморазведку.

Как известно, основой сейсморазведки является утверждение, что упругий импульс, возникающий в результате ударного воздействия на земную толщу, распространяется в этой толще во всех направлениях, и при отражении его от залегающих там границ может быть получен эхо-сигнал. А это возможно только в том случае, если никаких колебательных систем в земной толще нет.

Здесь возникла альтернатива. Либо, наконец, после стольких лет борьбы признать наличие в земной толще колебательных систем и прекратить резонансные разрушения на всей Земле, либо сохранить честь (весьма сомнительную) мундира сейсморазведки. Научные начальники выбрали второй вариант.

Как было показано выше, колебательные системы, залегающие в пределах ЗТН, имеют такие свойства (в частности, добротность), что резонансные разрушительные явления происходят именно в этих зонах.

Резонансные разрушения происходят очень бурно, взрывоподобно. При этом разрушению подлежит самое слабое звено. Либо сооружение проваливается в грунт (что чаще всего), либо вибрирующее устройство срывается со стопоров, либо его подбрасывает (в горных выработках такой сценарий развивается чаще всего), либо горная выработка резко обрушается, и горные породы заваливают всё и всех, находящихся там. Называют такие события горными ударами. Думаю, что их следует называть техногенными землетрясениями, и вот почему.

Практически на всех семинарах, посвященных проблемам землетрясений, можно услышать, что землетрясениям предшествует некая очень низкочастотная вибрация, рост амплитуды которой обрывается сейсмособытием. Получается, что и природные землетрясения тоже имеют резонансную природу?! Ну, вообще-то, это естественно. Если объект - колебательная система, то само по себе это влияет на всё, что с ним происходит. Но что же тогда является источником вибрации в случае природного землетрясения? В случае техногенного землетрясения источником вибрации являются различные механизмы. Как удалось выяснить, в случае природного землетрясения источником вибрации является планетарная пульсация.

Как уже говорилось, планетарная пульсация - это принципиально нестационарный процесс. Она постоянно изменяется как по амплитуде, так и по частоте, и когда ее частота приближается к собственной частоте залегающей в данном месте (в данной ЗТН) колебательной системы, начинается рост амплитуды, который обрывается сейсмотолчком. Будет повторный толчок или нет, зависит от характера изменения частоты планетарной пульсации. Если она после первого толчка какое-то время остается неизменной, то амплитуда пульсации опять начнет расти, и опять достигнет того же значения, что и первый раз, и повторный толчок будет той же силы. Если частота уйдет достаточно далеко и/или амплитуда пульсации уменьшится, то повторный толчок если и будет, то значительно слабее, чем первый.

Отсюда следует, что давно возникшая гипотеза о том, что животные чувствуют приближение землетрясения по возникновению низкочастотной вибрации, оказывается верной. И если сейсмоопасные зоны обеспечить датчиками сверхнизкочастотной вибрации, то, надо полагать, проблема оперативного прогноза землетрясений будет решена.

Подтверждением изложенного здесь подхода может оказаться следующий момент. Если планетарная пульсация проявляется только в ЗТН, то значит, разрушительное действие землетрясения распространяется только на эти зоны. И действительно, при любом, сколько угодно сильном землетрясении, среди полной разрухи встречаются отдельные здания, в стенах которых полностью отсутствуют какие-либо трещины.

В 2007 году был обследован храм Ваграмаберд в Гюмри (Ленинакан). Обойдя ССП-профилем по периметру храма, мы увидели, что ЗТН находится лишь на очень малом участке профиля. И при осмотре стен, увидели, что только в пределах этого участка в стенах храма имеются трещины. Эти трещины возникли при землетрясении 1988-го года. И вообще, Гюмри представляет собой интереснейший полигон для изучения этого явления. До сих пор можно видеть, что во многих местах города встречается ситуация, когда половина дома разрушена, а половина - даже без трещин в стенах, и там живут люди.

Вывод здесь очень простой. В сейсмоопасных районах следует выбирать участки для строительства, на которых отсутствуют ЗТН.

Если сравнивать между собой потери от техногенных и природных землетрясений, то наибольшие потрясения исходят именно от землетрясений техногенных. Эпицентры природных землетрясений зачастую приходятся на пустынные места, на океаны, тогда как техногенные землетрясения всегда бьют по болевым точкам - электростанциям, насосным станциям...

Техногенные землетрясения, по сути, являются лабораторной моделью природных землетрясений. Я однажды случайно наблюдал процесс развития упругого резонансного процесса. Это было при демонстрации работы 30-тонного излучателя «вибросейс», в поселке Быстровка, на полигоне Института Геофизики Новосибирского Академгородка. При плавном увеличении частоты его вибрации, при приближении частоты к 10Гц, излучатель, установленный на железобетонной станине, начал подпрыгивать. Высота его «подпрыгивания» стала увеличиваться, и его быстро обесточили.

Как мне пояснили, этот излучатель имеет такое свойство, что после его включения и приближении к этой частоте, он начинает прыгать, и если его не обесточить, то он спрыгнет со станины, что и было, когда это случилось первый раз. После этого его назвали Кузнечиком. К сожалению, моё объяснение, что это не является свойством излучателя, а происходит потому, что в точке его установки в земной толще находится колебательная система, частота которой оказалась равной той частоте, на которой прыгает излучатель, воспринято не было.

К сожалению, когда речь заходит о колебательных системах, залегающих в земной толще, сейсморазведчики информацию не воспринимают. А вместе с тем, было бы очень здорово с помощью такого вот излучателя исследовать параметры возрастания амплитуды колебаний при различных факторах. Это дало бы возможность создать методику точного прогнозирования момента и силы сейсмотолчка.

Переход к Земле как совокупности колебательных систем, с позиций физики, аналогичен переходу от эры постоянного тока к эре электродинамики. Открытие колебательного контура оказалось спусковым механизмом для стремительного взлета уровня нашей цивилизации. Какие последствия вызовет переход нашего сознания от статических взаимодействий с грунтом к динамическим, сказать нельзя, но то, что прекратятся техногенные землетрясения, и будет создана надежная система прогноза природных землетрясений - это точно.