Андрей Фатющенко | Фото Андрей Семашко

Планетарий: Волнения небесной тверди

…Они обычно являются без предупреждения, застигая свои жертвы врасплох, они безжалостны и коварны, их ярость внушает ужас всему живому, их удары сотрясают саму земную твердь, на их счету тысячи человеческих жизней. Землетрясения от самого сотворения мира наводят страх на людей, которые в своем стремлении обуздать или хотя бы предупредить стихию обращались сначала к богам, затем к ученым, но – так и не смогли одержать верх в этой бесконечной борьбе. После десятилетий сейсмических работ на Земле многие исследователи в надежде получить новые сведения о механизме землетрясений устремили свои взоры к небу…

Хотя в понимании того, что приводит к возникновению землетрясений и по каким законам они развиваются, имеется определенная ясность, точный, надежный прогноз этого стихийного бедствия по-прежнему остается мечтой миллионов людей в самых разных странах мира, находящихся в сейсмоопасных районах. Рождение новой науки – сравнительной планетологии – открыло совершенно новые перспективы для сейсмологии. Быть может, хотя бы часть вопросов, связанных с исследованием землетрясений, удастся решить, изучая другие планеты Солнечной системы, сопоставляя полученные на них данные с тем, что мы наблюдаем на Земле. Наибольшие надежды при этом ученые возлагают на планеты земной группы – Марс, Венеру, Меркурий, а также на земной спутник – Луну.

Сейсмические исследования Луны начались с курьеза. В самом конце первой экспедиции человека на Луну астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, удалившись на 20 м к югу от лунного корабля, установили сейсмометр – один из двух научных приборов, которые они оставляли на Луне (вторым был кварцевый отражатель для лазерной локации с Земли). Астронавтам следовало очень тщательно установить этот прибор, сориентировав его по сторонам света и по вертикали, поскольку потом уже никто не смог бы подойти к нему, чтобы исправить возможную неполадку. Наблюдения с помощью этого сейсмометра должны были показать, есть ли на Луне современная тектоническая активность, или же это геологически мертвое небесное тело. Как только сейсмометр был установлен, его сразу же включили по команде из Центра управления полетом на Земле. Присутствовавшие в зале Центра управления в предместье техасского города Хьюстона с удивлением увидели, что прибор сразу же начал сообщать о лунотрясениях. Они происходили непрерывно, в виде целой серии последовательных толчков. Однако вскоре стало ясно, что это не было результатом неспокойствия лунных недр – поверхность нашего спутника сотрясали шаги двух астронавтов, удалявшихся от сейсмометра к своему космическому кораблю. Прибор был настолько чувствительным, что мог зафиксировать падение на лунную поверхность камня размером с горошину на расстоянии в 1 км от места расположения сейсмометра.

Впоследствии этот сейсмометр сообщил о многочисленных сотрясениях внутри Луны, развеяв тем самым представление о том, что геологическая активность на спутнике давно прекратилась. Оказалось, что сейсмические сотрясения происходят на Луне регулярно, однако они сильно отличаются от землетрясений на нашей планете. Впоследствии на лунной поверхности были оставлены еще четыре сейсмометра. Многолетние наблюдения с их помощью позволили зарегистрировать тысячи лунотрясений, большинство из которых многократно повторялись в одних и тех же очагах. За год на Луне происходит от 600 до 3 000 сейсмических событий. Было выявлено четыре вида лунотрясений – приливные, тектонические, метеоритные и термальные. Приливные сотрясения Луны случаются дважды в месяц, каждые две недели, когда Луна оказывается на одной прямой с Землей и Солнцем, то есть во время полнолуний и новолуний. В эти периоды усиливается действие на Луну приливных сил Земли и Солнца. При расположении этих трех небесных тел на одной линии силы их взаимного влияния друг на друга суммируются, что приводит к возникновению на Луне лунотрясений на глубине 800—1 000 км.

Тектонические лунотрясения происходят при подвижках в неглубоких слоях Луны (100—300 км). Они случаются реже, чем приливные, и сила их намного слабее. Источник метеоритных лунотрясений – взрывы, возникающие во время падений на поверхность Луны метеоритов. Большинство лунотрясений этого типа происходит, когда орбиту Луны пересекает какой-либо из метеорных потоков. Но могут быть и падения одиночных метеоритов. Термальные лунотрясения, самые слабые из всех, начинаются с восходом Солнца, когда после продолжительной ночи, длящейся на Луне около 14 земных суток, холодная поверхность начинает резко нагреваться. При этом происходят подвижки грунта на крутых склонах, оползни, осыпи и другие смещения верхнего слоя, приводящие к небольшим содроганиям поверхности Луны.

Наблюдения, проводившиеся с 1969 по 1978 год, показали, что Луна очень «звучащая» – она продолжает вибрировать после лунотрясений целый час, а иногда и дольше. Такие сотрясения резко отличаются от земных, где колебания поверхности длятся лишь несколько минут. Отсутствие на Луне воды – главная причина длительности колебаний. Наличие в горных породах воды служит на Земле сильным амортизатором, гасящим вибрацию.

Колебания Луны при сейсмических событиях – слабые и длительные – напоминают тихий протяжный вой, в отличие от сильных, но недолгих колебаний Земли, похожих на громкий резкий вскрик.

Изучением землетрясений и причин, их порождающих, занимается сейсмология – наука, название которой происходит от греческого слова «сейсмос», что значит «колебания». Один из основоположников сейсмологии, русский физик академик Б.Б. Голицын, еще в 1912 году образно заметил, что «всякое землетрясение можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренности Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит». Действительно, почти все современные представления о внутреннем строении нашей планеты основаны на интерпретации сейсмограмм – записей сейсмических волн. Слагающие Землю горные породы обладают определенной эластичностью, но в местах тектонических разломов постепенно накапливаются напряжения, вызываемые действием сил сжатия или растяжения. Когда эти напряжения превышают предел прочности самих пород, происходит резкое смещение слоев в вертикальном или горизонтальном направлении. Обычно оно составляет лишь несколько сантиметров, но при этом выделяется огромная энергия – ведь в движение приходят массы в миллиарды тонн! Мгновенное перемещение масс по разрывам в глубине Земли приводит к возникновению сейсмических волн, вызывающих вибрацию горных пород и образование в них разломов.

От очага землетрясения (гипоцентра) сейсмические волны расходятся во все стороны и вызывают сильные колебания поверхности вблизи эпицентра – точки на поверхности планеты, расположенной прямо над очагом. По мере удаления от эпицентра эти колебания затухают. Однако сейсмические волны могут достигать даже противоположной стороны планеты, пройдя через глубинные оболочки – мантию и ядро. Причем через жидкий, расплавленный материал ядра проходят только волны, называемые продольными, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси. Волны другого вида – поперечные – через расплав не проходят, а затухают на границе земного ядра. В этих волнах происходит колебание частиц горных пород перпендикулярно направлениям распространения волн. Такие колебания можно сравнить с движением змеи, извивающейся по поверхности поперек направления движения.

В результате проведенных исследований выяснилось, что наш естественный спутник оказался геологически асимметричным – почти все зарегистрированные сейсмометрами за 8 лет наблюдений лунотрясения произошли на видимой стороне Луны. На обратной же известно всего пять эпицентров лунотрясений, тогда как на видимой стороне их несколько десятков. Подобная же асимметрия наблюдается и в распределении по поверхности Луны основных типов рельефа – морей и материков. Практически все темные участки – лунные моря, находятся только на видимой стороне. Это равнины, сложенные темным материалом – базальтовыми лавами, подобными тем, что встречаются у нас на Среднесибирском плоскогорье. Светлые же участки, называющиеся лунным материком, занимают 2/3 видимой стороны Луны, а моря вкраплены в него отдельными небольшими по площади участками. Лунный материк более древний, чем моря, он сформировался 4,5 млрд. лет назад, а 3 млрд. лет назад наиболее низкие его участки были затоплены базальтами, излившимися из недр Луны. Вулканическая и сейсмическая активность Луны достигала своего пика 3 млрд. лет назад, когда происходили обширные лавовые излияния, создавшие темные базальтовые равнины лунных морей.