границы разделов представлены при этом протяженными по глубине областями твердотельных превращений.

Авторами обзора [Калинин, Родкин, Томашевская, 1989] предложена следующая модель очага глубокофокусного землетрясения.

Однородное по химическому составу твердое макроскопическое тело находится в поле внешних негидростатических напряжений. Пусть внутри тела проходит фазовая граница, отделяющая друг от друга две полиморфные модификации. При достаточно высокой температуре, когда процесс превращения не заторможен, изменение термодинамических условий вызовет квазиравновесное перемещение фазовой границы. Так как вещество в процессе фазового перехода становится более пластичным, то по мере смещения границы раздела фаз, действующие на ней скалывающие напряжения будут сниматься посредством пластических деформаций. Очевидно, что происходящее при этом постепенное перераспределение напряжений не должно приводить к землетрясениям.

Если же температура тела невысока и твердотельное превращение заторможено, то изменение Р-Т-условий приводит к образованию метастабильной фазы. Ее превращение в стабильную модификацию может происходить скачкообразно, точнее, в виде быстрых лавинообразных процессов. При этом внешние условия изменяются медленно и равномерно. Необходимым условием возникновения скачкообразного режима твердотельного превращения при отсутствии быстрых изменений внешних условий является существование положительной обратной связи между скоростью превращения и концентрацией новообразуемой фазы. Такая связь имеет место, если образующаяся новая фаза путем локального изменения термодинамических условий и параметров превращения оказывает каталитическое воздействие на скорость реакции.

Трудности такого рода модели очевидны. Они связаны, в первую очередь, с недостаточным знанием, как химического состава пород мантии, так и реальных термодинамических условий на глубине. Более того, совершенно неясна кинетика процессов, протекающих в глубинах Земли. Это затрудняет использование количественных параметров, получаемых из такого рода моделей, и, как следствие, их строгое обоснование.

Модели сейсмического процесса

Разработан ряд «ударно-волновых» моделей землетрясений, которые «не вписываются» в исторически сложившееся и ставшее уже традиционным направление, опирающееся на представления Ф. Рейда о движущемся фронте прямолинейного разлома, излучающего упругие сейсмические волны. Остановимся на некоторых таких «нерейдовских» моделях.

Ударная модель землетрясения [Мишин, 1980, 1993]. В качестве модели процесса землетрясения рассматривается следующее положение: землетрясение - это перемещение блока горных пород и удар при его торможении. В самой общей форме об этом писали многие исследователи прошлого, в том числе, и в 1915 г. Б.Б. Голицын [1960, с. 365-370], обсуждая природу образования Сарезского озера.

Причиной возбуждения сейсмических волн в системах связанных масс всегда является движение в поле силы тяжести массы и ее торможение на контакте с неподвижной средой. Таким образом, землетрясение, по сути, является результатом длительного взаимодействия поля сил давления с полем прочности горных пород. Такое взаимодействие приводит либо к пластическому течению вещества, либо к его разрушению в некоторой зоне. При разрушении высвобождается энергия массовых сил, которая и приводит к движению блока горной породы как целого.

Сточки зрения рассматриваемой модели землетрясения имеют ту же природу, что

иудары, взрывы, обвалы горных пород, топот ног. Энергия сейсмического излучения, формируемого в очаге, определяется кинетической энергией объектов, входящих во

96

взаимодействие с неподвижной средой. Отличие землетрясений от этих процессов заключается главным образом в том, что процесс землетрясения до настоящего времени остается невоспроизводимым и о его параметрах приходится судить только по последствиям.

Ударно-волновая концепция сейсмического разрушения сооружения [Смирнов, 1992]. По многочисленным наблюдениям большинство сейсмических разрушений зданий происходит сразу после первых наиболее мощных поперечных толчков. Результатом таких толчков, которые, конечно же, не успевают раскачать здание, т. е. вызвать в нем появление опасных сил инерции, является почти мгновенный срез колонн или стен здания, вследствие чего происходит разрушение здания до попадания его в резонанс.

Поскольку фундаментальные теоретические положения строительной механики и теории предельного равновесия обоснованы многократными экспериментами и неопровержимы, то из анализа многочисленных примеров следует принципиально важный общий вывод: во всех рассмотренных случаях инерционные силы не могли вызвать такие сейсмические разрушения зданий. Все они были вызваны совершенно иным по своей природе, волновым ударно-сдвиговым воздействием, приложенным к зданиям, что привело к их разрушению еще до появления инерционных сил.

Более того, почти все реально возникавшие случаи изгибного разрушения колонн, высоких стен и ядер жесткости, похожие на разрушение от сил инерции, могут быть вызваны действием изгибных напряжений, появление которых сопровождает прохождение волн сдвиговых напряжений по вертикальным элементам зданий. Если волны сдвига имеют длину, превышающую высоту здания, указанные изгибные напряжения достигают очень больших значений и приводят к изгибному разрушению зданий, которое внешне выглядит точно так же, как и разрушение от инерционных сил. Однако такое «изгибное» разрушение происходит раньше появления инерционных сил.

О роли изгибных движений будет много говориться во второй части книги. Здесь отметим только, что роль изгибных движений при землетрясениях достаточно велика. На это указывают многочисленные примеры как поворотов памятников и минаретов, так и разрушений торцевых частей знаний при землетрясениях. В частности, пространственный расчет существующего в Петропавловске-Камчатском пятиэтажного здания показал, что учет эффектов кручения приводит к значительному - в два раза(!) по сравнению со средней рамой, увеличению сейсмической нагрузки на торцевую раму [Дроздюк, 2004].

Как видим, С.Б. Смирнов вполне обоснованно полагает, что им найдено и описано то достаточно очевидное и не укладывающиеся в инерционно-силовую концепцию ударно-волновое изгибное сейсмическое воздействие, которое позволяет логично объяснить все случаи реальных сейсмических разрушений. Причиной таких разрушений являются волны напряжений сдвига, которые возникают в стенах, диафрагмах и других вертикальных элементах зданий от прохождения горизонтальных сейсмических волн сжатия (или горизонтальных толчков) под зданиями.

Сейсмичность Земли и физика землетрясений. Так называется глава VIII книги В.В. Кузнецова [2008, с. 248-288], в которой в рамках модели «горячей Земли» излагается авторская концепция сейсмических процессов, протекающих на Земле. В выделенных словах, на мой взгляд, и заключается новизна подхода В.В. Кузнецова к проблеме сейсмичности, которая видится им не как локальная, очаговая, в смысле Рейда, задача, а как - планетарная.

Действительно, отправным тезисом В.В. Кузнецова является утверждение, согласно которому: «Сейсмичность Земли и способ ее реализации - тектонические землетрясения, являются общепланетарной особенностью. … Основная причина возникновения подобных явлений на Земле состоит в реализации принципа минимизации её потенциальной гравитационной энергии. … Сейсмичность Земли является результатом действия на Земле процессов самоорганизации» [Кузнецов, 2000, с. 230].

97

Предлагаемая ударно-волновая модель землетрясения опирается на следующие представления [Кузнецов, 2008, с. 248]: «На первом этапе в нагруженной литосфере происходит образование когерентных структур, основанных на взаимодействии элементов между собой путем обмена звуковыми (акустическими) волнами. Взаимодействие акустических элементов структуры (дилатонов и бризеров (по сути, «квантовых» возбуждений - А.В.)) приводит … к образованию ударной волны. На сравнительно малых глубинах когерентные структуры возникают за счет взаимодействия раскрывающихся трещин между собой (здесь выделено – А.В.). На больших глубинах, где реология среды не позволяет протеканию процесса образования трещин, когерентная структура может возникнуть за счет ансамбля схлопывающихся кавитирующих «пузырей», образующихся в глубоких слоях литосферы. Второй этап составляет комплекс явлений, связанных с прохождением ударной волны по геологической среде от области ее формирования – гипоцентра землетрясения, до поверхности Земли. На этом этапе землетрясение проявляет себя как излучатель объемных сейсмических волн. Энергия землетрясения на этом этапе расходуется практически полностью. Этот процесс является общим и для коровых, и для глубоких землетрясений.

Третий этап включает процессы, происходящие в эпицентре разрушения – районе, где ударная волна выходит на «дневную» поверхность, отражается и взаимодействует с образовавшейся в этом процессе волновой разгрузки (разряжения). При этом на поверхности Земли происходит собственно «трясение» земли, т.е. возникновение отколов, разрывов поверхности, вспучивание поверхности и т.п.»

Третий этап у В.В. Кузнецова явно «пересекается» с описанными выше моделями С.М. Мишина и С.Б. Смирнова и, фактически, позволяет их, казалось бы «локальные», в смысле Рейда, ударно-волновые модели связать с сейсмическим процессом Земли, в рамках планетарной структуры, самоорганизация которой обеспечивается взаимодействием элементарных («квантовых») возбуждений - дилатонов.

Ротационно-упругая модель сейсмического процесса [Викулин, 2003, 2008]. В

рамках представлений описанных выше «нестандартных» «ударных» моделей ротационно-упругая концепция сейсмического процесса, развиваемая автором, представляется почти очевидной.

Достаточно подробно модель будет описана во второй части книги. Здесь же кратко осветим основные моменты модели с тем, чтобы подчеркнуть принципиальную возможность описания сейсмического процесса в виде взаимодействия «элементарных» объемов, а не трещин, как у В.В. Кузнецова.

В настоящее время считается, что концепция блокового строения геофизической (в смысле М.А. Садовского) и геологической (в смысле А.В. Пейве) сред наиболее полно соответствует всему имеющемуся комплексу геофизических и геологических данных о Земле - как нелинейной среде. Имеющиеся данные прямо указывают на вращательный, крутильный и вихревой характер движения блоков, плит и других геологических структур планеты. Важно, что многие геологи и геофизики отмечают «самостоятельный», «собственный», «с ненулевыми дивергенциями и вихрями» и упругий характер таких движений, прямо связанных с вращением планеты. Имеются данные, согласно которых сильно выраженные нелинейные свойства позволяют горные породы рассматривать как среду с собственными источниками упругой энергии. Более того, по сути, блоковые модели с «собственным моментом количества движения конечного объема сплошной среды» нашли свое развитие и в физике твердого тела, вращения на большие углы в лабораторных условиях экспериментально зафиксированы в поликристаллических материалах.

Все эти данные позволили в 1990 г. предложить и в последующие годы развить

ротационно-упругую концепцию блоковой Земли, в которой упругое поле вокруг блока вращающейся планеты наследует его собственный момент (циркуляцию).

98

Отличие нашей ротационной модели от континуума Коссера, наиболее часто применяемого для объяснения влияния ротации планеты на геофизические процессы, заключается в том, что блоки геофизической среды не просто имеют ротационные степени свободы. Они - имеют собственный момент (в смысле Л.И. Седова), который в случае вращения среды и приводит к целому ряду интересных специфических следствий, включая и самоорганизацию сейсмического (и геофизического вообще) процесса.

Следствиями принципиального характера являются два вывода модели. Первый – для блоковых вращающихся геофизических сред показано существование нового типа упругих волн – ротационных. Второе – получены выражения, которые позволяют способом, независимым от сейсмометрических измерений, определять значения упругой сейсмической энергии, выделяющейся в очаге землетрясения, и его магнитуды.

Литература

Аки К. Количественная сейсмология. Теория и методы. Т. 1, 2. М.: Мир, 1983. Т. 1. 520 с., Т. 2. 360 с.

Болт Б. Землетрясения. Общедоступный очерк. М.: Мир, 1981. 256 с.

Ванек Й., Кондорская Н.В., Христосков Л. Магнитуда землетрясений в сейсмологической практике. Волны PV и PVS. София: Изд-во Болгарской Академии наук, 1980. 264 с.

Викулин А.В. О соотношении между энергетическими и магнитудными классификациями землетрясений Камчатки, Курил и Японии // Вулканология и сейсмология. 1983. № 3. С. 90-98.

Викулин А.В. Природный риск Северной Камчатки // Тихоокеанская геология. 1998.

Т. 17. № 2. С. 85-92.

Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса. ПетропавловскКамчатский: КОМСП ГС РАН, 2003. 150 с.

Викулин А.В. Энергия и момент силы упругого ротационного поля геофизической среды // Геология и геофизика. 2008. Т. 49. № 6. С. 559-570.

Викулин А.В., Водинчар Г.М., Мелекесцев И.В. и др. Моделирование геодинамических процессов окраины Тихого океана // Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений. Сборник докладов IV международной конференции. 14-17 августа 2007. Паратунка, Камчатской обл. Петропавловск-Камчатский: ИКИРР ДВО РАН, 2007. С. 275-280.

Викулин А.В., Дроздюк В.Н., Семенец Н.В., Широков В.А. К землетрясению без риска. Петропавловск-Камчатский: СЭТО-СТ, 1997. 120 с.

Викулин А.В., Мелекесцев И.В. Уроки Хаилинского 1991, М = 7,0 и Олюторского 2006, М = 7,8 землетрясений // Вестник КРАУНЦ. Серия науки о Земле. 2006. № 1. Вып.

№ 7. С. 36-49.

Вокруг Света. 2007. № 7. С. 48.

Гир Дж., Шах Х. Зыбкая твердь. Что такое землетрясение и как к нему подготовиться. М.: Мир, 1988. 220 с.

Голицын Б.Б. Избранные труды. Т. II. Сейсмология. М.: Изд-во АН СССР, 1960.

491 с.

Гусев А.А. 1993. Свойства и природа короткопериодного излучения очага землетрясения. // Автореферат диссерт. на соиск. уч. ст. д. ф. – м. н. М.: ИФЗ РАН. 43 с.

Гусев А.А. О сейсмологической основе норм сейсмостойкого строительства в России // Физика Земли. 2002. № 12. С. 56-70.

99

Гусев А.А. Некоторые вопросы сейсмологического обоснования норм сейсмостойкого проектирования // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2003. № 1. С. 32-36.

Гусев А.А., Мельникова В.Н. Связи между магнитудами – среднемировые и для Камчатки // Вулканология и сейсмология. 1990. № 6. С. 55-63.

Гусев А.А., Петухин А.Г. Методика построения региональной прогнозной зависимости между параметрами сейсмических колебаний грунта, магнитудой и расстоянием при небольшом числе инструментальных записей на примере прогноза максимального ускорения для Камчатки // Bullgarian Geoph. J. 1996. V. XXII. № 4. P. 4049.

Гусев А.А., Шумилина Л.С. Геометрия сейсмоактивносго объема коры и мантии в районе Камчатки и Командорских островов // Исследования по физике землетрясений / Ред. Ю.В. Ризниченко. М.: Наука, 1976. С. 194-200.

Гусев А.А., Шумилина Л.С. Некоторые вопросы методики общего сейсмического районирования // Сейсмическое районирование Северной Евразии. М.: ОИФЗ РАН, 1995.

С. 289-299.

Гутенберг Б., Рихтер К.Ф. Магнитуда, интенсивность, энергия и ускорение как параметры землетрясений. (I). (II) // Слабые землетрясения. М.: Изд-во Иностранной литературы. 1961. С. 45-71. С. 72-119.

Дроздюк В.Н. Кручение зданий при землетрясениях // Вихри в геологических процессах / Ред. А.В. Викулин. Петропавловск-Камчатский: Изд-во КГПИ, 2004. С. 257259.

Егоров О.Н. Оценка сейсмичности горных регионов при отсутствии наблюденных инструментальных данных // 1-я Международная конференция «Сейсмическая безопасность урбанищированных территорий». 12-16 февраля 1996. ПетропавловскКамчатский. С. 19.

Егоров О.Н. Геодинамика и палеосейсмичность фланговых областей северозападного сектора зоны перехода Тихий океан – континент. М.: Наука, 2008. 183 с.

Зубин М.И., Таракановский А.А. Тектоника и особенности поля силы тяжести района Ключевской группы вулканов // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов. Владивосток, 1976. С. 17-28.

Калинин В.А. Родкин М.В., Томашевская И.С. Геодинамические эффекты физико-

химических превращений в твердой среде. М.: Наука, 1989. 157 с. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир, 1985, 264 с.

Кузнецов В.В. Физика земных катастрофических явлений. 1992. Новосибирск Наука. 96 с.

Кузнецов В.В. Физика горячей Земли. Новосибирск. 2000. 365 с.

Кузнецов В.В. Введение в физику горячей Земли. Петропавловск-Камчатский: Издво КамГУ им. Витуса Беринга, 2008. 367 с.

Леонов В.Л., Егоров О.Н. Обвалы и оползни на территории Корякского автономного округа, связанная с ними опасность и факторы ее определяющие // Вопросы географии Камчатки. 1998. Вып. 11.

Линьков Е.М. Сейсмические явления. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. 248 с.

Медведев С.В. Международная шкала сейсмической интенсивности // Сейсмическое районирование СССР. М.: Наука. 1968. С. 151 – 162.

Мишин С.В. Модель процесса землетрясения // Физические процессы в очагах землетрясений / Ред. М.А. Садовский, В.И. Мячкин. М.: Наука, 1980. С. 166-171.

Мишин С.В. Элементы сейсмометрии. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1993. 167 с. Моги К. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1988. 382 с.

Мороз Ю.Ф. Глубинное строение юго-западной части Корякского нагорья // Сов.

геология. 1987. № 5. С. 118-123.

100

Мороз Ю.Ф. Электропроводность земной коры и верхней мантии Камчатки. М.:

Наука, 1991. 181 с.

Мушкетов И.В., Орлов А.П. Каталог землетрясений Российской империи. СПб, 1893. 536 с.

Николаевский В.Н. Дилатансия и теория очага землетрясения // Успехи механики. 1980. Т. 3. № 1. С. 71-101.

Опыт прогнозирования сейсмической опасности на Камчатке в 1995-1996 гг. (по материалам работы Межведомственного научно-технического экспертного совета при Камчатском центре мониторинга сейсмической и вулканической активности). Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН, 1999. 83 с.

Проблемы сейсмичности Дальнего Востока / Ред. А.В. Викулин. ПетропавловскКамчатский: КОМСП ГС РАН. 2000. 318 с.

Пузырев Н.Н. Методы и объекты сейсмических исследований. Новосибирск: Издво СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1997. 301 с.

Пурин А.А. Землетрясения Камчатки и их регистрация. ПетропавловскКамчатский. 1917. 23 с.

Рекомендации по усилению конструкций блочных и панельных зданий на сейсмические воздействия (на примере Камчатки). Петропавловск-Камчатский – М.: Камчатгражданпрект - КБ по железобетону им. А.А. Якушева, 1993. 207 с.

Ризниченко Ю.В. Избранные труды. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985. 408

с.

Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1979. 388 с.

Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Элементы сейсмологии и сейсмометрии. М.: Госуд. изд-во Технико-теоретической лит-ры, 1955. 544 с.

Сейсмическая сотрясаемость территории СССР / Ред. Ю.В. Ризниченко. М.: Наука, 1979. 192 с.

Сейсмическое микрорайонирование. М.: Наука, 1977. 248 с. Сейсмическое районирование территории СССР. М.: Наука, 1980. 308 с.

Сильные камчатские землетрясения 1971 года / Ред. С.А. Федотов. Владивосток: ИВ ДВНЦ АН СССР, 1975. 156 с.

Смирнов С.Б. Ударно-волновая концепция сейсмического сооружения // Сейсмостойкое строительство. 1992. № 9. С. 70-73.

Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с. Строительство в сейсмоопасных районах. СНиП II-7-81 . М.: Госстрой России,

2000. 44 с.

Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект новых карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации // Сейсмостойкое строительство. 1998.

№ 4. С. 30-34.

Федотов С.А. Энергетическая классификация курило-камчатских землетрясений и проблема магнитуд. М.: Наука, 1972. 116 с.

Федотов С.А. Вулканизм и сейсмичность, наука, общество, события и жизнь (статьи, беседы и выступления 1952-2002 гг.). Петропавловск-Камчатский: «Новая книга», 2004. 184 с.

Федотов С.А. Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской дуги.

М.: Наука, 2005. 302 с.

Gusev A.A., Gordeev E.I., Guseva E.M., et al. The first version of the Amax(MW, R) relationship for Kamchatka // Pure appl. Geophys. 1997. V. 149. P. 299-312.

Gutenberg B. Amplitudes of surface waves and magnitude of shallow earthquakes // Bull. Seism. Soc. Am. 1945a. V. 35. P. 3.

Gutenberg B. Amplitudes of P, PP, and S and magnitudes of shallow earthquakes // Bull. Seism. Soc. Am. 1945b. V. 35. P. 57.

101

Gutenberg B. Magnitude determination for deep-focus earthquakes // Bull. Seism. Soc. Am. 1945c. V. 35. P. 117.

Gutenberg B., Richter C.F. On seismic waves (third paper) // Gerlands Beitr. Geophys. 1936. V. 47. P. 73.

Jeffreys H. The Pamir earthquake of 1911, February 18, in relation to the depths of earthquake foci // Month. Not. Royal Astr. Soc., Geophys. Suppl. 1923. V. 1. P. 22.

Jeffreys H. On the amplitudes of bodily seismic waves // Month. Not. Royal Astr. Soc., Geophys. Suppl. 1926. V. 1. P. 334.

Jeffreys H. Damping in bodily seismic waves // Month. Not. Royal Astr. Soc., Geophys. Suppl. 1931. V. 2. P. 318.

Kawasumi H. Study of seismic waves // Bull. Earthqu. Res. Inst. 1933. V. 11. P. 403. Reid H.F. The California earthquake of April 18 1906. V.2 // The mechanics of the

earthquake. The Carnegie Inst. Washington, 1910.

Reid H.F. The elastic-rebound theory of earthquakes. University of California Publ. Geol. Sci. 1911. V. 6. Р. 413-444.

Richter C.F. An instrumental earthquake magnitude scale // Bull. Seism. Soc. Am. 1935. V. 25. P. 1.

Wadati K. Shallow and deep earthquakes // Geophys. Mag. 1931. V. 4. P. 231.

102