Жуль Верн, вашингтонський сенатор Кефовер, обертання Землі та природні катастрофи
(відгук на події 26 грудня 2004 р.)
А. О. Корсунь
кандидат фізико-математичних наук
Головна астрономічна обсерваторія НАН України
Що спільного між наведеними в заголовку іменами, явищами та подіями? Виявляється, їх об’єднує припущення про зміщення земної осі внаслідок масштабних енергетичних подій на Землі. Про це писав письменник-фантаст Жуль Верн наприкінці XIX ст., про це заявив вашингтонський сенатор у половині XX ст., про це повідомляли на початку XXI ст. деякі засоби масової інформації у зв’язку з катастрофічними подіями в Південно-Східній Азії у грудні 2004 р. Та чи можуть викликати значне зміщення земної осі масштабні катастрофи на нашій планеті? Це питання і спробуємо з’ясувати.
Отже, почнімо з роману Жуля Верна «Догори дном». У ньому розповідається про проект Арктичної промислової компанії щодо зміщення земної осі на кут 23° в результаті поштовху, який може дати Землі гармата під час пострілу. За розрахунками інженерів названої компанії, для цього треба вистрелити снарядом масою 180 000 тонн. Описаний проект викликав спершу цікавість, потім тривогу і, урешті-решт, паніку, бо здійснення його призвело б до багатьох катастрофічних наслідків. Проте все скінчилося нічим. Виявилося, що у своїх розрахунках інженери Арктичної компанії припустилися грубої помилки, не врахувавши того, що Земля є не сферою, а еліпсоїдом, тобто вона має додаткову масу в екваторіальному поясі. Беручи до уваги цю надлишкову масу, один французький інженер виконав нові обчислення і показав, що під дією проектованого пострілу вісь Землі зміститься лише на 3 мкм.
Ця історія мала продовження. Під час президентських виборів у США 1956 р. кандидат на пост віце-президента сенатор Естес Кефовер заявив, що в результаті випробування водневих бомб вісь Землі може відхилитися на 10°. Проте точні розрахунки показують інше. Енергії, яка виділяється внаслідок вибуху водневої бомби, було б достатньо, щоб надати снарядові масою 106 тонн швидкість 11 км/с. Але відбій гармати, яка зробила такий постріл, змістив би вісь Землі всього на 1 мкм. Таким чином, і через 70 років після Жуля Верна члени вашингтонського уряду все ще відмовлялися визнати існування й значення екваторіального надлишку мас. Виявляється, що навіть наймогутніших засобів, якими тепер володіє людство, не досить для того, щоб істотно змістити вісь Землі.
Як оцінили вчені, енергія глобального процесу — осьового обертання Землі — несумірна з енергією землетрусів. Відхилення осі обертання (або відповідне переміщення полюса Землі) на 0,14″, тобто на 3 м, потребує затрат енергії порядку 1023 Дж. Ця величина набагато більша за енергію найсильнішого землетрусу, яка не перевищує 1018 Дж. Тому намагання деяких геофізиків пояснити рух земної осі впливом землетрусів є неправильними з погляду фізики. Обертання Землі — це первинний, потужніший процес.
Отже, наша планета достатньо міцна, щоб протистояти силам, які діють періодично або короткочасно: вони тільки ледь помітно її деформують. Але ефект може виявитися іншим, якщо сили діють у тому самому напрямі мільйони років. Імовірно, що стосовно таких сил Земля поводиться не як ідеально пружне тіло, а як пластичне, змінюючи свою форму хоч і повільно, але значною мірою. І в цьому разі мова йде про еволюцію Землі та рольвнутрішніх процесів. Ці процеси створюють у тілі Землі потужні напруження, які перевищують межу її міцності. Цілком можливо, що при цьому припливні деформації Землі і навіть невеликі порушення в її обертанні можуть іноді відіграти роль «спускового механізму», тобто того останнього поштовху, який викличе розриви й зсуви в корі та мантії Землі і, як наслідок, землетруси, цунамі й інші земні катастрофи.
«СПУСКОВІ МЕХАНІЗМИ» АКТИВНОСТІ ЗЕМЛІ
Як відомо, Земля має таку будову: у центрі міститься тверде ядро, оточене рідкою оболонкою, далі — тверда мантія, потім — кора (літосфера), яка складається з великих блоків — тектонічних плит. Ці блоки займають мільйони квадратних кілометрів земної поверхні і в багатьох місцях занурюються глибоко в океан. Тектонічні плити перебувають у постійному русі, що викликає, хоча ці рухи невеликі (декілька сантиметрів за рік), напруження в суміжних частинах плит земної кори, котрі можуть накопичитись і в якусь мить розрядитися, спричинивши катастрофічні події на Землі. Отже, тектоніка плит — одна з причин сейсмічних явищ.
Хто ж «диригує» динамічними процесами на Землі? Учені вважають, що таким «диригентом» є внутрішнє ядро Землі. Воно переміщується в рідинній оболонці під впливом тяжіння Сонця й Місяця. Підраховано, що зміщення внутрішнього ядра з амплітудою приблизно 100 м приводить до відповідних змін у положенні центра мас Землі. Він зміщується всього на декілька сантиметрів, але наслідки цього зміщення суттєві. Земна вісь, яка проходить через центр Землі, відхиляється на частки кутової секунди, а це зумовлює зміни в обертанні Землі.
Припливна дія Місяця на Землю (вона приблизно вдвічі більша від припливної дії Сонця) проявляється в розташуванні максимуму сейсмічності на Землі. Місяць рухається навколо Землі по еліптичній орбіті, то наближаючись до нашої планети (найближча точка — перигей), то віддаляючись від неї (найвіддаленіша точка — апогей). Зміна середньої відстані відбувається двічі на місяць і деколи в поєднанні з іншими причинами може стати спусковим механізмом енергії, накопиченої всередині Землі.
Крім головного «диригента» (ядро Землі), ще є сили, які збурюють «земний спокій». Розгляньмо три з них.
1. Періодична зміна тиску атмосфери вздовж тропічної зони Світового океану схожа на велетенську гойдалку, на якій розгойдуються маси повітря Східної та Західної півкуль. На цю «гойдалку» діють два чинники — атмосфера й океан. На Земній кулі протистоятьодин одному два регіони: Індонезійсько-Австралійський і Південнотихоокеанський. Описане протистояння (коливання атмосфери—океану) приводить до того, що зміна цих массвпливає на швидкість обертання Землі, а також, можливо, і на тектоніку плит.
2. Сезонне переміщення повітряних мас із суші на океан під час дії Сибірського антициклону викликає періодичні коливання полюса Землі з річним періодом. Порушеннярегулярності Сибірського антициклону може призвести до непередбачених геодинамічнихнаслідків.
3. Коливання в системі атмосфера—океан—Земля виникають унаслідок нерівномірного розігріву атмосфери сонячною радіацією. Сонячна радіація залежить від активності Сонця, яка має циклічний характер. Сонячно-земні зв’язки зумовлюють як циркуляцію атмосфери й гідросфери, пилові бурі, тайфуни, урагани, так і зміни геомагнітного поля, інверсію магнітних полюсів Землі тощо. Підсумовуючи, відмітимо, наскільки складні й неоднозначні причини активності Землі як планети — починаючи від внутрішньої будови, взаємодії із зовнішніми силами (притягання Місяця й Сонця, сонячна радіація), закінчуючи процесами на поверхні Землі (тектоніка плит, коливання в системі атмосфера—океан, переміщення повітряних мас) та іншими менш вагомими явищами (ґрунтові води, рослинність тощо). Названі явища тісно пов’язані одні з одними, що і спричиняє труднощі в прогнозуванні активності Землі.
ДЕЩО ПРО ГЕОГРАФІЮ СЕЙСМІЧНОСТІ
Електронні каталоги Національного центру вивчення землетрусів Геологічної служби США містять велику кількість спостережень. Наприклад, у каталозі за 1900—1973 рр. зафіксовано 1574 сейсмічні події з магнітудою понад п’ять, а в каталозі за 1973—1993 рр. таких подій уже понад 100 000. Як свідчать каталоги, сумарна кількість землетрусів на Землі змінюється з року в рік. Виявлено деяку закономірність розподілу землетрусів: кількість їх зростає від Північного полюса до екватора, а потім поступово зменшується від екватора до Південного полюса. Можна виділити два характерні максимуми розподілу кількості землетрусів: один — поблизу 35° північної широти, другий — поблизу центра екваторіальної смуги.
Паралель 35° північної широти називають критичною. Вона давно привертає увагу геофізиків. У Східній півкулі, у широтному поясі, який прилягає до цієї паралелі, містяться основні найграндіозніші підняття планети та велетенські розломи, там відмічено найбільші перепади рельєфу. У цьому легко переконатися, поглянувши на глобус: Гімалайське-Альпійський гірський пояс простягнувся якраз уздовж критичної паралелі. Геодезичні обчислення показали, що лінія перетину земного еліпсоїда (фігура Землі) зі сферою такого ж об’єму точно відповідає широті 35° 15ʹ 52″. Це справедливо не тільки для Землі (стиснення 1:298), але й для планет із значно більшим стисненням (Юпітер — 1:15, Сатурн — 1:10).
Критична широта — це межа, яка розділяє зони напруг стиснення й розтягнення у земній корі. Напруга стиснення в полярних областях поступово зменшується в напрямку до екватора і переходить у напругу розтягнення в екваторіальній зоні. Відмічені особливості механічного стану речовини планети поблизу критичної широти цілком відповідають максимуму сейсмічності на паралелі 35° північної широти і деякою мірою пояснюють цей феномен. Відсутність такого піку сейсмічної енергії в Південній півкулі зумовлена тим, що суша та континентальна кора в цій широтній зоні займає невеликий об’єм.
ЦУНАМІ 26 грудня 2004 р. У ПІВДЕННО-СХІДНІЙ АЗІЇ
26 грудня 2004 р. біля берегів Індонезії відбувся землетрус силою 9 балів за шкалою Ріхтера. Він спричинив цунамі, що призвело до великих жертв і руйнувань у багатьох країнах Південно-Східної Азії, а найбільше постраждала Індонезія.
У засобах масової інформації опубліковано багато версій щодо причин цієї катастрофи. До того ж, там відмічалося, що названа подія могла стати причиною зміщення осі обертання Землі. Проте наука доводить, що навіть найпотужніші землетруси не можуть суттєво впливати на земну вісь. Імовірнішою є така ситуація: відхилення положення осі обертання Землі (відповідно і полюса Землі) від регулярного може стати спусковим механізмом для виходу накопиченої протягом століть напруги. Що ж сприяло такому раптовому відхиленню осі? Стосовно цього існують різні думки. Наприклад, в Інтернет вміщено повідомлення Л. Зотова під назвою «Землетрус в Індійському регіоні 26 грудня 2004 року міг бути спровокований припливними збудженнями». Автор повідомлення навів графік зміни припливного збудження в положенні полюса Землі; на графіку видно, що протягом двотижневого інтервалу — з 12 грудня до 26 грудня 2004 р. — збудження було найсильнішим. Л. Зотов звертає увагу на те, що 26 грудня о 15 год 06 хв за всесвітнім часом відбулася повна фаза Місяця. На нашу думку, однак, головну роль тут відіграла не зміна фаз Місяця, а зміна відстані між ним і Землею: Місяць проходив 12 грудня через перигей, а 27 грудня — через апогей. Різниця відстаней протягом названого інтервалу часу становила 48 506 км. Це і могло бути причиною зміни впливу на Землю місячного припливу, а ця зміна могла спровокувати вихід накопиченої сейсмічної енергії. Якщо землетрус зняв не всі напруги, то могли повторитися наступні поштовхи, що і було в дійсності.
Розгляньмо ще одну версію. Американські геофізики вважають, що ймовірна причина катастрофи в Південно-Східній Азії — зсуви в земній корі, викликані процесами в ядрі Землі. Як показують їхні підрахунки, 26 грудня острови, що лежать на південний захід від берегів Суматри, могли зсунутися на 20 м. Північно-західна частина острова Суматра могла зміститися на південний захід приблизно на 36 м.
Про те, що континенти дрейфують зі швидкістю декілька сантиметрів за рік, відомо давно. Учені вважають, що на початку геологічної історії Землі на нашій планеті був єдиний континент — Пангея, котрий розколовся внаслідок численних землетрусів. Землетрус 26 грудня 2004 р., можливо, свідчить про те, що в сучасну епоху континенти поступово наближаються один до одного. За підрахунками вчених, через 250 млн років вони знову об’єднаються в єдиний материк.
Землетрус і цунамі в Південно-Східній Азії наприкінці 2004 р. були найсильнішими за останні 40 років, вони входять у десяток найжахливіших катастроф в історії людства. Приблизно таке ж цунамі було 1883 р. Так само в Індонезії, після виверження вулкану Кракатау. Тоді висота хвиль сягала 40 м і загинуло понад 36 000 осіб.
ЧИ МОЖЛИВІ ГЛОБАЛЬНІ КАТАСТРОФИ В МАЙБУТНЬОМУ?
Прогнози завжди робити складно, але все ж сейсмологи попереджають про можливий сильний землетрус в Гімалаях.
Найвищі на Землі гірські вершини перебувають у Гімалаях, що утворилися внаслідок могутніх тектонічних рухів у земній корі. П’ять катастрофічних землетрусів останнього десятиріччя в Індії, які забрали тисячі людських життів, відбулися південніше. Разом з тим ціла низка ознак указує на те, що мешканцям передгір’їв Гімалаїв загрожує один з найбільших землетрусів. Відповідно до геофізичних даних, поверхня гірського фундаменту в цьому регіоні прогинається і заходить під громаду Гімалаїв. Цей процес відбувається не рівномірно, а поштовхами, які супроводжуються великими землетрусами. Схожі явища спостерігаються також у тих районах океану, де відбувається занурення однієї літосферної плити під іншу. Найгрізніші океанські землетруси відбулися біля берегів Чилі 1960 р. і на Алясці 1964 р.
Недавні виміри з космосу за допомогою Глобальної системи визначення місцеперебування (GPS) показали, що півострів Індостан і південь гірської частини Тибету зближуються зі швидкістю близько 20 мм за рік. Приблизно 80% напруження, яке виникає під час цього процесу, поглинається в районі завширшки 50 км з центром на південному краю Тибетського плато. Решту приймають на себе окраїни Гімалаїв. За кожне сторіччя накопичується до двох метрів потенційного сповзання, що може призвести до жахливої катастрофи.
Джерело: Астрономічний календар 2006, С. 212—215
