Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 12 (2298) 23 марта 2001 г.

НОВАЯ СТРАТЕГИЯ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ,
ИЛИ КОММЕНТАРИЙ К ТРЕМ РУКОПИСЯМ

Галина Шпак

Как непривычно звучит: год назад, еще в прошлом веке... Но прошло не более двух месяцев между прошлым и настоящим, которое оставалось будущим до последней секунды двухтысячного года. Этот переход — из двадцатого в двадцать первый, более того — в третье тысячелетие, — воспринимаешь как нечто несусветное, а произошло всего ничего — переступили условную календарную черту, но в реальном времени. Впрочем, люди говорили о XXI веке задолго до его прихода. Существуют, допустим, массивы прогнозов на тему "человек и будущее". В них до мельчайших подробностей представлена картина жизни, порой фантастическая, если соотнести ее с развитием нашей страны. "Благодаря достижениям науки и техники будничная жизнь человека станет в будущем более приятной и удобной", "...укрепится сотрудничество государства и промышленности в проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Нынешние национальные рамки оказываются узкими для осуществления крупных проектов в фундаментальных исследованиях. Поэтому придется, по-видимому, объединять усилия в европейском масштабе..." Все эти общемировые посылки показались симптоматичными. Они совпадают по некоторым позициям с действительными событиями российского государства, доктриной его правительства в начале XXI века...

Тема "Человек и будущее" натолкнула на более конкретную — "Ученый и его будущее". Уточню — с точки зрения профессии исследователя, научного работника, движения мысли, развития научных идей. По стечению обстоятельств моим собеседником снова стал геофизик Сергей Гольдин. В конце января научные сотрудники и, разумеется, — руководители Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН отметили "промежуточный" юбилей директора Института геофизики академика С.Гольдина. Это был хороший повод поговорить о научных делах и вместе или сепаратно пообщаться, как это умеют геологи. Вклиниваться в чужую компанию не собираюсь, но придется сознаться, что наш диалог — время от времени с перерывами — длится еще с выхода в свет "Красной книги" под названием "Геология и математика", когда шли зубодробительные споры о математизации геологии в достославные шестидесятые годы прошлого столетия. В группе авторов книги был и С.Гольдин.

До сих пор, по словам С.Гольдина, он выступал как математик в геофизике, а сейчас еще — как физик, или, по крайней мере, — как геомеханик. В своем институте он руководит лабораторией физических проблем геофизики.

Стоит ли повторять, что самое интересное в развитии научной мысли происходит на стыках различных научных дисциплин, на границах, на переходах, на разломах, наконец?! Тем более, когда объект исследования — Земля. Земля меняется во времени, она "живая" — источает сейсмический свет, шумит-говорит по-разному...

Земля — это кубик Рубика в кубике Рубика — такое остроумное сравнение придумал один сейсмолог, работающий в Ташкенте, чтобы популярно объяснить любопытствующим сложную фигуру Земли и ее структуру. Конечно, я ввернула это сравнение, когда в разговоре Сергей Васильевич Гольдин упомянул о "живой Земле" (в кавычках, разумеется). Мой собеседник отмахнулся от всяких там рубиков, но проговорился и сказал, что написал статью "Геофизика живой Земли".

— Для любого ученого простейший способ или самый верный ход осмыслить новое — высказать свои соображения, прочитать лекцию или написать статью. Пытаясь осмыслить новые представления о геофизической среде, я и оформил эти мысли в статье о геофизике будущего столетия, которую меня попросили написать в московском Институте физики Земли для сборника о будущем науки. Это был редкий для меня опыт написания статьи, в которой почти нет формул. Вообще-то я считаю, что если нет формул, значит как бы нет и результатов... Наверное, иногда, раз в десять лет, можно себе позволить "поспекулировать" на интересные темы...

— В последние десять лет и происходил переход к осмыслению новых направлений в геофизике XXI века.

— Для меня этот период совпал с некоторым естественным переходом, связанным с научными делами, — сказал С.Гольдин, — я стал директором института, возросла ответственность и забота о развитии направлений исследований важных для Института геофизики, а лучший способ что-то развивать, — еще раз повторю, — взять и заняться этим самому. Были и другие совпадения, неожиданные для меня. В начале девяностых годов я работал в Бразилии и мне пришлось читать такие разделы геофизики, которыми совсем не занимался. Пришлось углубиться в механику сплошных сред, и я даже начал тогда писать книгу по этому предмету, ориентированную на геофизиков. Там же я впервые прочел лекции по сейсмической анизотропии. А сейчас оказалось, что я как бы подготовился к тому повороту событий, который меня поджидал во второй половине 90-х годов. Мои занятия оказались важными в свете тех новых вещей, которыми я сейчас занимаюсь.

Замечу в скобках: С.Гольдин уехал за границу доктором физико-математических наук, а вернулся членом-корреспондентом РАН. Сам он почти не участвовал в трудной подготовке процедуры своего избрания в Академию. Столь же стремительно его избрали директором и буквально следом — действительным членом Академиии. Вот такие переходы на изломе двадцатого века.

— И что же? Вы одновременно пишете...

— Три книги. Одна — итоговая. Всю свою деятельность в двадцатом столетии я занимался геометрической сейсмикой. Эта научная дисциплина близка классической геометрической оптике и геометрической акустике. Но здесь есть целый ряд совсем других задач, которые только недавно были поставлены. Например, геометрия двухточечного эйконала. Задачи во многом связаны с условиями геофизического эксперимента, в геофизической разведке. Эта наука скорее математического характера. Есть ряд весьма сложных явлений в распространении волн, которые я и пытаюсь сейчас решить вместе со своим аспирантом Антоном Дучковым. В НГУ продолжаю читать курс геометрической сейсмики и пытаюсь попутно закончить рукопись. Но центр моих научных интересов сместился в другую область. Параллельно пишется книга, о которой вы уже знаете, — рассматривается механика сплошной среды именно в аспекте, интересном для геофизиков. Занятия в Бразилии дали толчок к работе еще над одной книгой — о распространении сейсмических волн в анизотропных средах. Анизотропия — в данном случае это зависимость скорости распространения волны (и других характеристик) от направления распространения. Такая зависимость может возникнуть из-за трещиноватости, условий кристаллизации породы или ее осаждения. Это исключительно интересная область. Почти такая же красивая, как кристаллография.

— Распространение сейсмических волн, структура Земли... Почему ваши занятия механикой сплошной среды оказались кстати именно для Института геофизики?

— Ясно, что одна из основных проблем, которой должен заниматься институт геофизического профиля, — изучение сейсмически активных регионов, в том числе сибирских, и собственно сейсмических процессов, которые приводят к разного рода землетрясениям. Можно упомянуть, что мы давно ведем наблюдения в сейсмических зонах. Сотрудничаем с иркутянами, специалистами Института земной коры. Исследования комплексные, не только чистая сейсмичность, но и другие свидетельства активной жизни Земли. Раньше эти исследования ориентировались на поиски предвестников землетрясений.

— Помнится, это стало сенсацией.

— Но предвестники — это все-таки косвенная вещь. Они действительно характеризуют глубинные процессы, но не обязательно выражают суть происходящего. И почему одни предвестники работают в одном случае, а в другом — не срабатывают? Потому что землетрясения — это индивидуальный акт. Каждое землетрясение, как шахматная партия, происходит по своему сценарию. К тому же, по аналогии с шахматами — можно рассказывать о сути шахматной игры, и можно говорить о некоторых признаках. Скажем, фигуры к такому-то ходу начинают исчезать... Возникает некая позиция — какая-то фигура стоит против короля... Это действительно характеризует игру внешне, но не показывает ее сути. Научиться играть по таким признакам невозможно... Каждое землетрясение уникально.

Чтобы понимать, как они происходят, надо реально отслеживать изменения физических параметров, характеризующих недра Земли в активной области, в очаговых областях в процессе подготовки землетрясений. Если обобщить, — мы переходим от наблюдения предвестников к изучению тех физических и геомеханических процессов, которые реально происходят в конкретных блоках и разломах сейсмоактивных или, как иногда говорят, очаговых зонах. В этом новый подход в развитии мониторинга геодинамических измерений, которые мы проводим в южной половине Байкала. Мы получили интеграционный грант СО РАН на эти работы. Проект называется: "Новая стратегия прогноза землетрясений на Южно-Байкальском геодинамическом полигоне".

— Кто участвует в этом проекте, кроме вашего института?

— Очень многие. Институт земной коры — Иркутск, Институт физики прочности и материаловедения — Томск, Геологический институт — Улан-Удэ, новосибирские институты Горного дела, Вычислительной математики и математической геофизики... Я перечислил только основные. Чувствуете, что участвуют математики, физики, механики, горняки, геологи... и Геофизическая служба, безусловно.

— Полигон только на Байкале?

— Слово "полигон" применяется здесь несколько условно. Это не одно какое-то место. Это множество точек на всей выделенной территории, где проводятся измерения. Полигон действует уже 35 лет. Измерений много, но самыми продвинутыми оказались тектономагнитные измерения (их возглавляет П.Дядьков). Начинались они с точечных измерений в устье Селенги, но уже несколько лет мы проводим площадные наблюдения. И мы видим площадные аномалии, происходящие на глубине, которые показывают, как меняется ситуация в недрах Земли — год от года очень по-разному. Существует, действует так называемый магнитострикционный эффект (его можно назвать — пьезомагнитным). "Подчиняясь" ему, при изменении напряженного состояния на глубине, меняется магнитное поле тел, способных намагничиваться. Получается, что изменение магнитного поля отражает глубинные структурные процессы.

— Что-то очень знакомое... В свое время некоторые геофизики говорили, что они близки к открытию природы землетрясения. Я даже ждала, "караулила" момент открытия.

— Думаю, многие высказывали подобные надежды на протяжении истории современной науки. Таких заявлений очень много. Но это более сложное явление, чем думают даже очень неглупые люди. В своей статье "Геофизика живой Земли" я неспроста употребил термин "живая Земля". Кстати, мы занимаемся не только землетрясениями, но и оползнями. Это явление — хорошая естественная модель неустойчивости, которая может развиваться прямо на глазах. Тело оползня можно "пощупать" — измерить, изучить со всех сторон. Это тоже пример "живой Земли": внезапно вдруг сходят пласты породы, Земля движется. Что же в ней копится, какая энергия заставляет ее двигаться? Множество фактов пока не нашли достойного объяснения. В том числе и тех, которые мы обнаружили в результате экспериментальных исследований на Быстровском полигоне. (С.Гольдин — научный руководитель Геофизической службы СО РАН, которой принадлежит полигон в Быстровке. Заключено тройственное соглашение о паритетном использовании полигона — Службы, ИВМиМГ и ИГФ СО РАН. — прим. ред.). Существует гипотеза, что в жизни Земли огромное значение имеет ее блочная структура, она иерарихчески построена.

— Вот-вот, некоторые считают, что Земля — это кубик Рубика в кубике Рубика. Ее томографический разрез как кусок арбуза...

— Не надо никаких рубиков. Суть в том, что эта блочная структура не имеет регулярного характера. Блоки, как матрешки, друг в друга вставлены, но это почти случайно построенная структура. Представьте, когда идешь по пляжу, — под ногами песочек, галька, но встречаются и крупные валуны. Вот, приблизительно, картина блочной иерархической системы. Никаких правильных рисунков! Повторюсь, — я в течение многих лет слышу, что среда нелинейна, что это открытая система, поэтому в ней происходит нечто необычное. Замечу, что линейных процессов в Земле просто не бывает. Но нелинейности очень разные. И в квадрат возвести — нелинейность, и в куб — тоже нелинейность. Важно понять суть, в чем именно нелинейность. Другое дело, что иногда удается применить линеаризацию — тогда это счастье — и адекватно что-то описать. Но как это мало для понимания процессов, происходящих в Земле! Особая структурируемость блочной иерархической системы — самое важное и яркое свойство нашей планеты. Это свойство было открыто академиком Михаилом Александровичем Садовским. Он был в свое время директором Института физики Земли в Москве. И, откровенно говоря, за подобными работами я следил очень рассеянно, потому что они не подкреплялись математически. Уравнений никаких не писалось и вроде бы следствий каких-то не извлекалось. Но недавно обратил внимание на то, что очень важные факты в теории распространения сейсмических волн можно объяснить именно самоподобием блочной структуры, тем, что она устроена на разных уровнях иерархии примерно одинаковым образом. Она сама себе подобна на разных пространственных масштабах.

Анализируя эксперименты, которые проводим мы и другие научные группы, мне удалось получить интересные выводы. Оказалось, когда происходят нарушения сплошности среды, разрывы, которые ощущаются как землетрясения, сейсмические волны на самом деле забирают очень маленькую часть энергии. Куда же уходит остальная энергия? Она уходит на переструктурирование, на изменение упаковки блоков разного масштаба...

Вот, скажем, работает вибратор, меняются скорости прохождения высокочастотных сейсмических волн под ним. Скорости меняются за счет изменения структуры зерен, — пески, суглинки, супеси... Вибратор кончает работать, и через час, полтора все восстановилось.

— Что же там произошло?

— В результате работы вибратора огромный массив породы изменил свои свойства, а потом восстановил, вернулся обратно в исходное положение. Если что-то меняется, то должны произойти изменения в окружающем пространстве. То есть, возникают какие-то медленные движения, связанные с основными энергиями, которые вибратор закачивает в Землю. Эксперименты подобного типа с измерениями в разломных зонах, (деформографы устанавливаются прямо в расщелины), проводит иркутский сейсмолог В.Ружич. Вблизи осуществляется сейсмическое воздействие (например, небольшой взрыв), деформограф регистрирует сейсмические волны, а через довольно большой промежуток времени начинают регистрироваться очень сильные деформации. Такие запаздывающие деформации регистрируются и после больших землетрясений. Сейсмические волны — это быстрые колебания. А медленные деформации обычными сейсмографами не регистрируются. Они не ощущаются. Основная идея заключается в том, что распространение энергии в сейсмически активных зонах в виде медленных движений — главная особенность этого процесса. Медленные движения — как бы способ закачки энергии деформаций, способной переупаковывать отдельные блоки, зерна, что в конечном итоге приводит к разрушению и вызывает в свою очередь новые медленные движения. То, что происходит в глубинах Земли, как бы повторяют оползни, о которых я говорил как о модельных объектах.

— В Сибири встречаются такие явления?

— Томск стоит на оползнеопасном месте. Это большая беда для города. В разных местах по-разному проявляется активность Земли. Об экспериментах можно много говорить, но совершенно ясно, что геофизика в новом столетии будет изучать, может, не столько сейсмические волны, а именно те процессы, с которыми связаны переносы основной энергии, которая бродит в активных областях Земли.

— Энергии только? Но не массы?

— Энергия, естественно, всегда связана с перемещением масс — переупаковкой и разрушением. Энергия сама по себе не ходит. Даже тепловая — это колебание молекул. Вся геология связана с переносом масс. Осадочные породы — типичный результат переноса масс или изверженная лава, к примеру. Но движения все-таки разные. Существуют крипповые, скрытые движения. Например, когда по разлому смещаются два его берега относительно друг друга, но без какого-либо сейсмического треска.

— А каждое землетрясение трещит по-своему?

— Да, можно сказать так. Если без ощутимого треска, значит скорость деформации такая, что релаксация происходит раньше, чем накопление напряжения, которое может привести к разрушению. А когда скорость деформации велика, среда не успевает релаксироваться и начинает разрушаться.

— Землетрясения — естественный процесс...

— Безусловно. Это результат концентрации напряжений, которые возникают из-за естественной неоднородности геологической среды. Результат активизации среды в условиях высокой скорости деформирования. Конечно, это не повсеместный процесс. У материи есть фундаментальное свойство — локализация деформаций. Если, допустим, мы тянем простыню с четырех углов, — она разорвется в каком-то одном месте. В Земле, очевидно, действуют крупные глобальные напряжения. Но они весьма неоднородны и проявляются в определенных ослабленных зонах. Если посмотреть на карту сейсмичности с нашей стороны, то сейсмоактивные районы проявляются некими поясами, полосками, которые тянутся от Камчатки, островов Японии к Байкалу, затем к Алтае-Саянской области, далее — к Средней Азии, Турции, оттуда — в Грецию, и видно, где происходят разрывы, а где в определенных местах деформации локализуются. Очень интересный и глобальный процесс.

— Сергей Васильевич, уточните ваш вывод, самый интересный момент из статьи "Геофизика живой Земли".

— Самый интересный? Самый интересный — не знаю. Но важный — именно для меня: я пришел к выводу об исключительной значимости медленных движений в сейсмическом процессе. Сейсмические волны, которые мы наблюдаем, это только маленькая часть той энергии, которая составляет реальную жизнь очаговых зон. И процесс подготовки землятрясений и то, что происходит после него — афтершоковая активность — все связано с более сильными энергетическими процессами. Эта оценка важна именно для меня. У меня нет никакой здесь пальмы первенства. Есть ряд исследователей, которые уже писали о медленных волнах деформации. Наверное, нужно упомянуть и покойного В.Жадина и В.Николаевского, и М.Невского и В.Опарина. Но эта точка зрения еще не общепринята и фундаментальная их теория не создана (может быть, даже и не намечена).

— Мне показалось, что ваша статья о будущем геофизики — это тезисы книг, которые вы пишете, даже при таком беглом знакомстве с их тематикой. Когда вы рассчитываете закончить эти рукописи?

— Планирую лет на семь—восемь. Если бы я не был директором, можно было бы планировать их издание более конкретно. Допустим, я начал работать над итоговой книгой о геометрической сейсмике примерно в середине восьмидесятых годов. У меня три варианта этой книги написано. Сейчас работаю над новым и конца пока не вижу!

— А мне показалось, что вы пишете легко.

— Нет, даже над статьями подолгу работаю. Иногда — несколько лет. Параллельно работаю над разными вещами — это да, но переписывать могу по десять раз.

— Ну прямо, как Лев Толстой. Сколько ваших книг уже издано?

— Смотря как считать. Собственно, если безо всякого соавторства, то, четыре. Одна книга "Seismic travel-time inversion" была издана в США.

— Сколько лет вы директорствуете?

— Первого апреля исполнится пять лет.

— Хорошая дата... Как бы вы оценили этот период?

— Может быть — это субъективная оценка ситуации, но я ее оцениваю положительно. Сейчас институт и многие научные сотрудники работают более активно. Участвуют в большом количестве проектов, получают гранты. Активнее стала семинарская работа. Количество публикаций заметно возросло. И как следствие — возросла зарплата. Считаю, что главное — создание творческой атмосферы в институте. Естественно, чувствую ответственность перед институтом, в котором я столько лет проработал. Наступившее тяжелое время для науки — это и заставило стать директором. Эта задача — быть директором — не самая простая в моей жизни. Но в ней есть нечто новое — директорство позволило заняться новой тематикой, которой я вовсе не планировал заниматься. У меня значительно увеличился круг общения. В нашем институте мы уже два раза проводили недельный семинар по геомеханике. Семинар неофициальный. На дискуссии мы приглашаем из других институтов людей — квалифицированных и интересных. Достаточно избранный круг. Из томского Института физики прочности и материаловедения приезжали профессора Макаров и Псахье. Из Института горного дела у нас бывают Ревуженко, Стажевский, Опарин.

— Я знаю этих ведущих ученых. А как вы относитесь к идеям Опарина?

— Он занимается свойствами блочной среды, а подобными экспериментальными исследованиями мало кто занимается. Считаю, что полученные им экспериментальные факты, и не только в лабораторных, но и в производственных условиях, чрезвычайно интересны и обогащают науку. Но терминология, которой он пользуется, иногда вызывает настороженность. В принципе неважно, что говорит человек, — важен результат.

— По-моему, очень талантливый человек.

— Виктор Николаевич — мой бывший студент. И я рад с вами согласиться. Но наши экспериментаторы очень боятся быстрых толкований. Они хорошо воспитаны — проверяют и перепроверяют факты и не спешат придумывать новые названия. Я, честно говоря, когда стал работать с нашими экспериментаторами, был приятно удивлен тем, что они исключительно тщательно подходят к истолкованию опытов.

— Одно другому не мешает, по-моему. Вы, кроме всего прочего, поэт и художник, а другим отказываете?

— Хотя я сам поэт, но в науке не позволяю себе украшательств.

— Стихи. Не формулы? Но строгость научной статьи, на мой взгляд, не помешает свободному толкованию ее содержания в книге, чтобы каждый интересующийся хотя бы приблизился к пониманию предмета. Вот я читаю уже вторую книгу бельгийского ученого, Нобелевского лауреата Ильи Пригожина "Порядок из хаоса". И, между прочим, он и его соавтор не чураются "поэтизмов". У него есть такое высказывание (не из книги): "Нынешнее быстрое развитие несет с собой опасность раскола на тех, кто обладает и тех, кто не обладает знаниями; на тех, кто с выгодой для себя принимает участие в научной и экономической революции, и тех, кто стоит в стороне от нее. И все же наука способствует утверждению такого типа общества, где как никогда сильна личная ответственность каждого, и созданию универсального языка, позволяющего нам общаться". Как бы вы прокомментировали эту мысль?

— Если говорить о неких высших целях, которые мы можем связывать с наукой, то так и должно быть. Прежде всего наука должна сблизить всех ученых, тех, кто производит новые знания. По существу во многих разделах науки возникают одни и те же проблемы, которые решаются одними и теми же методами. Мир обладает некоторым единством. Например, такая замечательная вещь — критические состояния, катастрофы — в математическом смысле, не в том смысле, что ЦУМ сгорел в Новосибирске или случилось землетрясение в Индии с большими жертвами. Различные типы катастроф описываются универсальным математическим аппаратом. Будь то качка корабля на море или каустика, возникающая при распространении сейсмических волн... Вот эта универсальность многих закономерностей должна сближать ученых. Но пока наука возводит барьеры между учеными. Многие результаты повторяются много раз. Я сам получаю результаты, которые уже были получены в определенном разделе математики. Об этом знаю точно, но для меня то, что там получено, просто нечитабельно. Это вещь в себе. И проще получить результат самому, опять же в другой терминологии. Мне легче, чем другим. Я все же математик, может быть не такой, как геофизик, но все-таки в этой области известен и могу проинтерпретировать математически наши геофизические результаты. Но не любой специалист может это понять. И возникает дублирование, Вавилонская башня какая-то. Наука при нынешнем состоянии создает некую, я бы сказал, дегуманную обстановку в своем окружении. Это происходит не из-за лингвистических, а именно из-за профессиональных языковых барьеров. Профессиональной терминологии, стереотипов, профессиональных парадигм. Люди на одинаковые вещи по-разному смотрят.

— Может быть это и хорошо, а иначе как развиваться дальше?

— Я бы не сказал. Это мешает смотреть на объекты как на целое. Хотелось бы лучше понимать людей из смежных специальностей. Возьмем пример той же байкальской рифтовой зоны. Это объект геологический, биохимический, объект гидрологический, геофизический, геодинамический, технологический и место жизни людей. Все это крепко замешано и живет как одно целое. Хотелось бы все это знать, но я же не могу! Эта ситуация меня тревожит. Нынешнее быстрое развитие науки... Наука быстро развивалась и в XIX столетии. Особенно математика развивалась фантастическими темпами. При этом, количество людей, работавших в этой области науки, было неизмеримо меньше, чем сейчас. Они друг о друге знали — кто что делает и какие результаты получает. Сейчас это практически невозможно.

— Всемирная сеть не помогает?

— Наверное, кому-то помогает, но у меня нет достаточно свободного времени, чтобы пользоваться интернетом. На компьютере можно просмотреть огромное количество журналов, существуют многочисленные базы данных, но выход в интернет с нашим каналом связи в Академгородке — это маленькое удовольствие — слишком долго и неинтересно.

— Ну, хорошо. В каком состоянии находится Байкальский интеграционный проект?

— Летом обязательно соберемся в обсерватории в Талой — это недалеко от Слюдянки — и обстоятельно обсудим, что мы сделали и на что способны.

стр. 

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?7+40+1