Профессор Рассел в 1891 году распознал и назвал тип ледника, который был ранее неизвестен. В своих исследованиях на Маласпине он обнаружил условие, которое не встречается, насколько пока наблюдалось, нигде, кроме северо-западного побережья Америки; это когда ряд горных ледников выходит на низкую, плоскую прибрежную равнину и объединяется, образуя большой, медленно движущийся ледяной щит. Это конкретное развитие он назвал Пьемонтским типом.
Завершая свое обращение, профессор Фэрчайлд замечает, что слово «теория» применительно к ледниковому происхождению дрифта и его явлений может и должно быть теперь отброшено. Предмет вышел за рамки стадии теории и так же хорошо понят и так же ясно установлен, как вулканическое происхождение конуса Везувия или осадочное происхождение стратифицированных пород.
В центре искусственных платформ или курганов-платформ, характерных для многих древних перуанских городов, мистер Банделье наблюдал черты, которые принудительно напоминают обычай индейцев Нью-Мексико давать каждому неодушевленному предмету свое сердце. В некоторых случаях, говорит мистер Ф. У. Ходж в своей статье, круглые колонны образовывали своего рода внутреннюю нишу; в других — небольшая камера содержала урны или сосуды с кукурузной мукой. Замечательная и очень значительная черта была замечена исследователем в частично разрушенном кургане в Чанчане. Ядро этой структуры при вскрытии показало два хорошо сохранившихся алтаря из адоба. В таких внутренних помещениях почти неизменно находят фигурки из металла, глины или дерева; и материально ценные находки, сделанные в перуанских руинах в более ранние времена, происходили из «сердца» того или иного из описанных искусственных возвышений.
СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.
Георг Гераланд.
Исследование землетрясений, сейсмология, стало в наши дни самостоятельным предметом научного интереса. В странах, где землетрясения часты, как в Италии и Японии, сейсмические наблюдения были официально систематизированы по всей стране, с центральными и филиальными станциями, на которых работа никогда не прекращается. Сеть сейсмических наблюдений всех наций все теснее сплетается по всей земле, и ежегодно и ежемесячно проводятся сопоставления наблюдений даже самых незначительных толчков. Сейсмическая литература, следовательно, почти неисчерпаема, а теория и практика находятся в постоянном ходу; короче говоря, сейсмика выросла в отдельную отрасль науки и требует независимого рассмотрения, призывая энергию и труд многих исследователей. Что придает ей столь большое значение? Каково состояние наших нынешних знаний и их история? Что будет достигнуто в будущем благодаря конкуренции наций? Эти вопросы обладают высоким научным, а также культурно-историческим интересом. Мы здесь пытаемся ответить на них.
Первое по-настоящему научное описание землетрясения — Лиссабонского — с его далеко идущими сопутствующими явлениями, было работой величайшего современного мыслителя Канта, и не будет преувеличением сказать, что его статья открыла новую эпоху в познании землетрясений. За этим ужасным событием и крайним ужасом, который оно вызвало повсюду, последовало в 1783 году столь же чрезвычайно разрушительное землетрясение в Калабрии. Внимание людей было таким образом направлено на эту таинственную мощную деятельность земли и поддерживалось особенно живым в Италии, стране Европы, наиболее подверженной землетрясениям. Поэтому вновь зарождающаяся наука геология нашла в последней трети прошлого века в этих явлениях проблему выдающейся важности. Геологи были первыми, кто применил себя к сейсмическим исследованиям, так как наиболее широко распространенное объяснение явлений до сих пор является геологическим. Научный интерес вопроса преобладал над практическим. Более внимательное наблюдение было уделено землетрясениям, отчеты о них, разбросанные по древним хроникам, были сопоставлены, и уже очень многочисленные сейсмические заметки о великих проявлениях землетрясений — таких как заметки Хоффа, Перри, Малле, Фольгера, Фукса и т. д. — составили очень важный фактор в исследовании. Одним из самых ранних результатов исследования было показать, что непосредственно ощутимые землетрясения не ощутимы везде; что они наиболее распространены на великих складках земной коры на горных цепях, таких как Анды, Альпы и Гималаи; и что, далее, они связаны с берегами Тихого океана, Антильскими островами и Средиземноморьем, а также с местами, где очевидны великие разломы и различные нарушения; что они также «дома» в вулканах; и что они наиболее часты в северном полушарии и когда земля находится ближе всего к солнцу. Описания мощных толчков дают нам доказательство двойного движения земной коры — чередующейся вибрации вверх-вниз и часто очень заметного волнового движения. Разрушения, которые толчки и волны землетрясений наносят зданиям, и поразительно быстрое и широкое распространение дрожания по поверхности земли были очень усердно исследованы; и когда в 1856 году Неаполь и Калабрия были посещены великим землетрясением, английский исследователь Роберт Малле сделал его полное изучение и полагал, что, сравнивая направление трещин в стенах и зданиях, которые, как предполагалось, соответствовали направлению дрожания, он мог идентифицировать очаг толчков в недрах земли и ход волнового движения по ее поверхности — взгляд, который долго преобладал в сейсмологии. Еще более важной была работа геолога Карла фон Зебаха из Геттингена о великом землетрясении в центральной Германии, которое держало северную часть равнин верхнего Рейна, вокруг Майнца, Грос-Герау и Дармштадта, в беспокойстве в течение нескольких лет после 1869 года. Главным усилием фон Зебаха было получение как можно более точных данных о времени начала толчков из как можно большего числа мест, из которых он мог бы вывести место, где толчки начались и были самыми сильными, эпицентр, который лежал прямо над точкой в недрах земли, где возникло движение. Из них он также вывел серию местностей, где толчки были одновременными и равной интенсивности, которые могли быть соединены определенными почти круговыми линиями, называемыми гомосейстами. По мере того как расстояние этих линий от эпицентра увеличивается, колебания происходят позже и слабее, и таким образом могут быть предоставлены факты, из которых можно вычислить скорость распространения толчков. Наблюдения также важны, потому что фон Зебах предпринял через простой математический расчет определить из них положение сил подземной точки, где возникли колебания.
С этими исследованиями также происходил процесс уничтожения времени и пространства паром и применениями электричества. Под влиянием этого великого события условия исследования землетрясений были революционизированы. Стало возможным сравнительное изучение явлений, фундаментальное и существенное для науки сейсмологии, на основе материала, предоставленного со всех регионов земли. Сейсмическая служба была организована в Японии Дж. Милном из Англии; одна уже была организована в течение значительного времени в Италии, и результаты, полученные в двух столь широко разделенных местах наблюдения, соответствовали. Японские, индийские и американские землетрясения могли одновременно изучаться в Италии, России, Германии и Англии; и таким образом было получено новое, доселе неразвитое поле, масштаб которого уже вышел далеко за пределы его чисто геологического аспекта.
Это могло произойти только благодаря другому прогрессу, который был сделан в нашем веке, который впервые сделал возможной реальную сейсмологию, научное знание сейсмических условий земли, благодаря огромному развитию техники, посредством которой была установлена система инструментального наблюдения землетрясений. Только благодаря этому можно было использовать приобретения недавних времен. В то время как раньше наблюдения были макроскопическими и касались только землетрясений, которые можно было непосредственно почувствовать, теперь они охватывают по существу микроскопические дрожания земной коры, менее чем в тысячную долю миллиметра, которые полностью невосприимчивы для человеческих чувств; и мы можем читать их, увеличенными по нашему желанию, на наших фотографически регистрирующих сейсмометрах. У нас уже были инструменты, которые правильно указывали время начала и, возможно, направление толчка; но мы нуждались и изобрели новые инструменты — различные виды горизонтальных и вертикальных маятников — для наблюдения и представления всего хода движения. Вертикальные указывающие инструменты широко используются в Италии, а горизонтальные — почти исключительно в Англии, Японии и Германии. Горизонтальный маятник был изобретен в Германии в 1832 году Хенглером, адаптирован к научному использованию профессором Целльнером из Лейпцига и впоследствии применен в этой форме английскими, немецкими и другими наблюдателями. Самую полную форму и ту, которая лучше всего адаптирована к чрезвычайно тонким сейсмическим наблюдениям, придал ей покойный немецкий астроном и географ д-р Эрнст фон Ребер Пашниц из Мерзебурга. Претерпев несколько небольших изменений, зафиксированный в тройной комбинации, он служит нашим самым чувствительным и точным сейсмометром. Его движения и его очень точные временные отметки представлены фотографически. Коробка маятника имеет диаметр всего сорок сантиметров. Вследствие своей удобности и дешевизны, своего самодействия и своей пригодности к обслуживанию, он становится все более общепринятым в качестве международного инструмента.
Микросейсмическое исследование и его широкое распространение по земле подняли сейсмологию еще на одну ступень за последние двадцать лет, так что можно сказать, что по-настоящему точное сейсмическое исследование началось с него. Современная сейсмология подтвердила многие из старых результатов, такие как локализация землетрясений на берегах Тихого океана, Средиземноморья и в горных цепях земли, а также важность гомосейст и эпицентра. С другой стороны, она значительно изменила прежние оценки скорости распространения толчков. Она посеяла много сомнений в спекуляциях относительно сезонов, в которые землетрясения более или менее часты; и она продемонстрировала неадекватность прежних методов определения центрального очага. Она, кроме того, принесла нам много нового. Во-первых, это важный факт, что земная кора никогда не находится в покое; что она претерпевает множество самых разнообразных движений, помимо движений землетрясения. Так, периодическое набухание, приливная волна, создается притяжением луны; и другие подъемы вызываются суточным и годовым ходом солнечного тепла. Но такие движения и другие подобные им не входят в рамки этой статьи.
Реальные землетрясения, или движения, которые возникают в недрах земли, также проявляются в самых разных формах. Во-первых, это непосредственно ощутимые толчки, от мощных, которые создают великие разрушения, до чисто местных, часто едва замеченных. О непосредственных действиях этих толчков микроскопические инструменты не научили нас ничему существенно новому. Но было выявлено очень много макроскопических движений, часто продолжающихся в течение нескольких часов, но которые не ощущаются; движений, которые во многих случаях оказались отдаленными эффектами других сильных землетрясений; эффектов, которые иногда распространяются по всей поверхности земли. Существует, кроме того, другая серия движений, лишь частично объясненных до сих пор, особого рода: во-первых, небольшие, быстро проходящие возмущения, которые появляются в фотографических репродукциях кривых как большие или меньшие узлы и которые рассматриваются с большой вероятностью как отдаленные эффекты незначительных сейсмических движений, скорее всего, невосприимчивых где-либо. Они не могут быть местными землетрясениями, ибо они дают совершенно другие кривые. Также появляются, с значительной регулярностью, в определенные сезоны года, очень медленные движения почвы, называемые пульсациями; и, наконец, множество вибраций, называемых треморами, которые принимают различные формы. Иногда они приходят как предвестники, сопровождения или последователи в тесной связи с теми великими возмущениями, которые возникают при отдаленных землетрясениях; иногда как толчки минимальной интенсивности в отдельных группах, которые еще не удалось объяснить; и в других случаях они прослеживаются до сотрясения почвы ветром. Едва ли нужно замечать, что сейсмический аппарат должен быть очень тщательно защищен от возмущения движениями торговли, повозок и т. д., чтобы проблема не была осложнена ими.
Теория природы толчков землетрясений, их передачи и их скорости была представлена в новом свете трудами Августа Смита из Штутгарта. Из некоторых расчетов их скорости, сделанных Г. фон Небером, установлено, что землетрясение 17 апреля 1889 года в Токио, Япония, было воспринято в Потсдаме, Пруссия, на расстоянии девяти тысяч километров, через тринадцать минут; землетрясение 27 октября 1894 года в Сантьяго, Чили, в Риме, на расстоянии одиннадцати тысяч пятисот километров, через семнадцать минут, и в Харькове, Россия, в двух тысячах километров от Рима, между одной и двумя минутами позже. Оно достигло Токио в то же время, после транзита в семнадцать тысяч четыреста километров.
Еще одной задачей современной сейсмологии является исследование землетрясений на море, или сейсмических движений дна океана, а также способов их распространения через толщу воды, чему посвящена прекрасная картографическая работа, опубликованная доктором К. Рудольфом из Страсбурга.
Вопрос о происхождении землетрясений неразрывно связан с этим внешним развитием сейсмологии. Примечательно и удивительно, что ответы на него, хотя и могут даваться с различных научных точек зрения, всегда сходятся в одном факте: землетрясения являются явлением планетарного масштаба. Некоторые исследователи пытаются объяснить их — за исключением тех, что происходят в вулканических регионах, — как часть грандиозных изменений в земной коре, которые происходили в течение последней геологической эпохи и, возможно, продолжаются до сих пор; другие видят их источник и причину в нестабильном состоянии недр Земли, скрытых под ее твердой раскаленной оболочкой. Первое объяснение, более старое и до сих пор преобладающее, называется тектонической теорией, поскольку оно основывается (если не учитывать вулканические землетрясения) на строении земной коры; второе, которое завоевывает признание и не требует отдельного объяснения для вулканических землетрясений, можно назвать, возродив выражение, использованное Л. Фр. Науманном из Лейпцига, плутонической теорией, так как она обращается к неизведанным глубинам Земли. Если сейсмические проявления зависят от деятельности всей Земли, то одного объяснительного принципа, как это всегда бывает с великими природными явлениями, недостаточно, и необходимо признать как тектонические, так и плутонические землетрясения, и наоборот.
Тектоническая теория имеет геологическое происхождение и по праву вытеснила более старую плутоническую теорию Гумбольдта, которая была лишь непроверенным предположением. В целом она была впервые разработана Отто Фольгером в 1858 году после того, как другими исследователями были выдвинуты различные схожие гипотезы. Его выводы были подтверждены независимыми исследованиями Рудольфа Хёрнеса, Эдуарда Зюсса и большинства немецких, французских и английских сейсмологов.
Их теория предполагает, что в земной коре существуют обширные пустоты, в которые происходят колоссальные обвалы материала, и что именно они являются причиной части землетрясений; что земная кора часто и разнообразно деформируется вследствие постоянного сжатия, зависящего от остывания земного шара. Она раскалывается на отдельные массивы, которые, в свою очередь, смещаются горизонтально или вертикально; поднимается и складывается в огромные горные хребты, своды которых, ломаясь, могут вновь подвергаться смещению. Таким образом, в Земле постоянно происходит непрерывное движение масс и складкообразование. Эдуард Зюсс, выдающийся австрийский геолог, фактически выделил особый тип землетрясений, соответствующий этому типу формирования гор. Поскольку вследствие этого состояния напряжение присутствует повсюду в земной коре, может случиться так, что оно будет снято отдаленным землетрясением, и тем самым будет вызвано другое землетрясение, которое можно назвать релейным или передаточным. Следовательно, у нас есть, помимо вулканических, обвальные, тектонические (в строгом смысле) и передаточные землетрясения. Источники сейсмической силы, согласно этой теории, кроются в несовершенстве земной коры, воздействии гравитации и потере Землей тепла.
И разве это предположение не очень вероятно? Разве мы не видим подобные процессы, происходящие по всей Земле в виде землетрясений, оползней, трещин, оседаний почвы и тому подобного? И если Альпы были подняты, а Рейнская равнина опустилась между Вогезами и Шварцвальдом, не могут ли происходить более мощные смещения, разломы и разрушения? Почему процессы, которые имели место в более ранние эпохи истории Земли и были столь мощными в недавнем третичном периоде, не могут продолжаться и сейчас? Все это кажется настолько правдоподобным, что, за немногими исключениями, теория была принята почти повсеместно.
Я вкратце упомяну здесь теорию Фальба, которая, принимая более ранние взгляды, приписывает землетрясения периодическим вздутиям огненно-жидких недр Земли, лишь потому, что она имела определенный резонанс у публики в связи с некоторыми совершенно ненаучными предсказаниями. Более заслуживает внимания теория Добре, покойного выдающегося мастера французской и особенно эльзасской геологии, который не приписывал схожие явления вулканических и невулканических землетрясений разным причинам, а утверждал, что все землетрясения вызываются перегретым паром, исходящим от поверхностных вод. Но эта теория не нуждается в опровержении. Однако существуют некоторые серьезные возражения против тектонической теории землетрясений, какой бы правдоподобной она ни казалась. Чтобы взвесить их должным образом, мы должны как можно кратко составить картину строения недр Земли.
Среднее расстояние от поверхности Земли до ее центра составляет шесть тысяч триста семьдесят километров. Температура Земли повышается с глубиной, по умеренной оценке, примерно на один градус Цельсия на каждые сорок метров. Следовательно, на глубине в тысячу километров мы имели бы температуру 25 000° C; даже если мы назовем ее всего 15 000°, мы должны были бы ожидать найти там только газы, причем в простом состоянии, ибо при такой жаре все сложные газы были бы диссоциированы. Зона текучести для всех горных пород находится на глубине около ста километров, где температура составляет 2 500° C. В то время как земная кора в 2,5–3 раза тяжелее дистиллированной воды при 4° C, ее удельный вес возрастает по направлению к центру Земли до более чем одиннадцати, то есть примерно в четыре раза. Железо имеет удельный вес 7,8, или примерно в три раза больше, чем земная кора; но удельный вес Земли на наибольшей глубине значительно выше этого. Отсюда должно возникать колоссальное давление, неуклонно возрастающее к центру, где, по мнению английского геофизика преподобного Осмонда Фишера, оно достигает около трех миллионов атмосфер на английский квадратный дюйм. Из этих условий следует, что при колоссальном давлении, температуре и удельном весе недра Земли состоят из диссоциированных газов, сжатых до состояния большой жесткости, которые оказывают огромное противодавление — ибо их стремление всегда направлено к расширению. Они постоянно переходят в зону жидкого вещества, а эта зона, в свою очередь, удерживается давлением внутренних газов в таком же компактном состоянии. Таким образом, в нижних частях твердой земной коры все еще преобладает очень высокое давление, настолько высокое, что даже самые твердые породы там находятся в латентном пластичном состоянии — то есть они ведут себя по отношению к различным силам как пластичная глина и, подобно ей, могут деформироваться, не разрушаясь. О разрывах, оползнях, пещерах и расщелинах там не может быть и речи; подобные вещи могут существовать только в верхних слоях.