Эволюция представлений о Земле и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

Эволюция представлений о Земле

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
22 февраля 2012, Санкт-Петербург

В добрые старые времена люди жили на Земле счастливо и спокойно. Земля была плоской, и слоны, и киты, которые ее держали, были вполне надежными опорами.

Первое изменение представлений о нашей планете произошло около 340 г. до н. э., когда древнегреческий философ Аристотель написал сочинение «О небе», где привел веские аргументы в пользу того, что Земля скорее является сферой, а не плоской плитой. Впрочем, никаких реальных изменений жизни, обусловленных переселением на круглую планету, не произошло.

Далее, были жаркие споры насчет того, является Земля центром вселенной или нет. Несмотря на то, что для подавляющего большинства людей все эти вопросы не имели никакого практического значения, переход от геоцентрической системы к гелиоцентрической происходил лет 200 и сопровождался большой кровью...

Земля - наш Дом, наша опора и кормилица. За нее воюют, в нее ложатся навеки, и строят тоже навеки. Правда, насчет того, чтобы строить навеки, тут есть некоторые тонкости. Бывает, что построенное на века, вдруг, ни с того, ни с сего, без всяких видимых причин разрушается. Строительство - сложный процесс, в нем участвует множество людей, организаций, поставщиков стройматериалов и т.д. И чем более сложный объект, тем меньше его надежность. Это касается любой области знания, и описывается вероятность разрушения теорией надежности.

В середине XIX века в связи с началом развития железнодорожного транспорта, во всем мире начался строительный бум, и стали заметнее разрушения инженерных сооружений. Заметили, что ремонтировать насыпь приходится в одних и тех же местах. Возникло предположение, что необъяснимые разрушения могут быть связаны с особенностями геологического строения.

Таким образом, возникла наука, которую сначала назвали подповерхностной, а затем - инженерной геологией или инженерно-геологическими изысканиями. Изначально, по своему замыслу, назначением инженерных изысканий был прогноз разрушений инженерных сооружений. Перед строительством бурят скважины, изучают всевозможные характеристики грунта, а затем, если происходит разрушение сооружения, бурят повторно и пытаются найти зависимость между характеристиками грунта и вероятностью разрушения. Однако за полтора века существования инженерных изысканий такой зависимости найти не удалось и ни одного прогноза разрушения сделать также не удалось.

Поскольку тенденция повтора аварий в одном и том же месте оказалась достаточно четкой, то понятно, что Земля каким-то образом противодействует в некоторых своих зонах возведению инженерных сооружений. Существует множество гипотез о том, что существуют некие проклятые места, в которых постоянно что-то происходит. Есть участки дорог, на которых чаще, чем в других местах происходят аварии транспорта. Есть зоны, в которых дома лучше не строить, потому что люди там жить не могут. Болеют и умирают. Но всё, к сожалению, только на уровне догадок и гипотез, и без какой либо конкретности. В связи с такими событиями возникло понятие геопатогенных зон. Однако физическая сущность этих зон долго оставалась непонятной.

Признать полное непонимание причин разрушений было невозможно. И вот возникли некоторые понятия, которые сами по себе особого смысла не имеют, но воспринимаются как объяснения. Это, прежде всего, пучение грунтов, а также влияние грунтовых вод. Собственно говоря, пучение также есть следствие влияния на грунт находящейся там воды. Глина, находящаяся в грунте, в результате намачивания увеличивает свой объем, что приводит к вспучиванию земной поверхности.

Здесь, правда, возникают вопросы.

Во-первых, при однородном составе и строении грунта пучение происходит только во вполне определенных местах. А во-вторых, в безводных регионах непредсказуемые разрушения происходят не реже, чем в обводненных.

Всё резко изменилось в 1993 году, когда при испытании нового геофизического метода - спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) - было обнаружено, что на поверхности так хорошо, казалось бы, знакомой нам Земли действительно существуют зоны, в которых разрушаются любые инженерные сооружения.

Что это за зоны, с геологических позиций, и почему раньше они были неизвестны? Что это за аппаратура, которая позволяет выявлять эти зоны? Для того, чтобы ответить на эти вопросы, необходимо вернуться в 1977 год.

Именно тогда, в результате шахтных сейсмоизмерений, было обнаружено, что породные слои, составляющие земную толщу, обладают свойствами колебательных систем. По определению, данному еще лордом Кельвином в XIX веке, колебательной системой является объект, который на ударное воздействие откликается синусоидальным затухающим сигналом.

И вот, как оказалось, земная толща по акустическим свойствам является совокупностью колебательных систем. Этот момент является поворотным в науке о Земле. Однако значение этого открытия стало понятно значительно позже, а тогда, в первую очередь, стало понятно, что земная толща, как любые колебательные системы, должна изучаться спектро-анализаторами, а не аппаратурой осциллографического типа, применяемой для традиционной, так называемой лучевой сейсморазведки.

Аппаратура спектральной сейсморазведки прошла несколько стадий - от аналоговой до цифровой, и к 1993 году достигла уровня, при котором стало возможным осуществление ССП.

Суть такого профилирования заключается в том, что сейсморазведочный профиль проходят с некоторым заданным шагом, и в каждой точке измерения записывают сейсмосигнал. В отличии от традиционной сейсморазведки в результате спектрального преобразования сейсмосигналов получается их спектральное изображение. И после пересчета спектра в глубины получается совокупность разрезов земной толщи вдоль профиля. То есть, единый ССП-разрез.

При обследовании принципиально слоистого осадочного массива ССП-разрез имеет вяло-слоистый характер. В зонах, где слоистость рвется, на ССП-разрезе возникает воронкообразный (V-образный) объект существенно более рельефной прорисовки. На рис.1 приведен пример такого объекта.

V-образный на ССП-разрезе - зона тектоники (зона тектонического нарушения)
Рис. 1

Здесь шаг профилирования 10 м.

Получение такого рода информации оказалось возможным только с помощью спектрально-сейсморазведочного профилирования. Именно поэтому раньше, до создания аппаратуры ССП никто не мог предполагать о наличии в земной толще подобных объектов.

Подобного рода воронкообразные (V-образные) объекты, как оказалось, встречаются на всех континентах и, практически, повсеместно. Протяженность их варьируется от единиц до сотен метров. Как оказалось, именно в этих зонах, где при ССП-измерениях прорисовываются V-образные структуры, происходит разрушение инженерных сооружений.

Двадцатилетнее исследование зон, которые характеризуются наличием воронкообразных объектов на ССП-разрезах, позволили обнаружить у них ряд весьма интересных свойств.

Во-первых, эти зоны действительно геопатогенные. Это обусловлено тем, что в этих участках профиля из грунта выходят глубинные газы. Обычно говорят о радоне, но на самом деле, там выходит масса различных газов, многие из которых оказывают губительное действие на всё живое. По признаку выхода глубинных газов, зоны, в которых на ССП-разрезах прорисовываются воронкообразные зоны, были признаны зонами тектонических нарушений (ЗТН).

Факт разрушения инженерных сооружений в ЗТН проверялся с двух сторон. Сначала, для проверки, осуществлялось профилирование вблизи визуально наблюдаемых признаков разрушения. Обычно признаками разрушения являются субвертикальные трещины в стенах домов. Удостоверившись в том, что соответствие полное, то есть, вблизи зоны разрушения сооружения на ССП-профиле наблюдается воронкообразный объект, мы стали обследовать строительные площадки и прогнозировать состояние сооружений, которых еще нет. На наши прогнозы, естественно, никто не обращал внимания. Тем лучше в дальнейшем можно было оценить их точность.

Однако оставался один очень важный момент. Было неясно: какая сила способна так разрушать инженерные сооружения? Было уже известно, что в ЗТН грунт весьма разрушен и имеет пониженную несущую способность. Но одно это не могло бы привести к таким разрушениям, которые происходят на самом деле. Пониженная несущая способность - это эффект Пизанской башни, это уход в грунт крылечек. Но как образуются субвертикальные трещины?!

Ответ пришел от геодезистов. Оказывается, нередки случаи, когда на каких-то отдельных участках грунт находится в состоянии колебаний. Частота этих колебаний настолько низкая, что обнаружить их можно только с помощью специальной аппаратуры, несмотря на то, что амплитуда колебаний может достигать 10см. Природа этого явления неизвестна, но название у него есть - это планетарная пульсация.

Как показали специальные исследования, планетарная пульсация проявляется именно в зонах тектонических нарушений. И при этом сразу стал понятен механизм разрушения инженерных сооружений в ЗТН.

В самом деле, если, допустим, одна часть фундамента сооружения стоит на неподвижном грунте, а другая оказалась в ЗТН, и, следовательно, стоит на колеблющемся грунте, то в фундаменте возникают изгибные напряжения, неизбежно разрушающие всё сооружение. На границах ЗТН возникают вертикальные трещины в фундаменте и в стенах, а, кроме того, происходит как бы раскачивание сооружения, что приводит к выходу балок из зацепления и обрушению крыш и этажей.

На рис.2 показан дом, состояние которого может быть объяснено только влиянием такого вот раскачивания.

Типичный вид разрушения здания/сооружения стоящего частично в зоне тектонического нарушения (ЗТН)
Рис. 2

Этот дом стоит в порту СПб, и не вызывает сомнения, что, когда его снесут, то построенный на этом месте другой дом будет разрушаться точно так же.


Наглядно о разрушении инженерных сооружений в Зонах Тектонических Нарушений (ЗТН)

Эффект раскачивания и возникновения в результате планетарной пульсации изгибных знакопеременных напряжений в несущих конструкциях инженерных сооружений заставляет пересмотреть фундаментальные положения строительной науки.

Так, предполагая, что чем прочнее фундамент, тем надежнее сооружение, строители отдают предпочтение технологии монолитного строительства. В самом деле, казалось бы, что может быть прочнее железобетонной плиты толщиной до метра... Однако, если часть плиты окажется на неподвижном грунте, а часть - на пульсирующем, то возникают изгибные знакопеременные напряжения, на которые железобетонная плита не рассчитана, и по факту, большинство сооружений, построенных по технологии монолитного строительства, имеют трещины в фундаменте. Из этого примера следует парадоксальный вывод - чем прочнее фундамент и само сооружение, тем больше вероятность его разрушения. Потому что противостоять планетарной пульсации невозможно. Кирпичная же кладка обладает гибкостью, и будет при таких условиях раскачиваться без образования сколько-нибудь значительных трещин.

Первоначально, при первом знакомстве с планетарной пульсацией, она была воспринята как одно из свойств ЗТН. Однако в дальнейшем стало понятно, что планетарная пульсация сама является механизмом, создающим ЗТН. Дело в том, что, как удалось понять, планетарная пульсация разрушает не только инженерные сооружения, но и сами горные породы. Работа в шахтах позволила выяснить, что разрушенные породы в пределах ЗТН представляют собой как бы каналы, уходящие строго вертикально вниз, вглубь планеты.

Насколько глубоко уходят эти каналы, можно судить на основании следующих экспериментальных данных. Исследования ЗТН показали, что при заглублении в грунт возникают водопроявления. Обнаружив это явление еще в 1997 году, мы стали использовать его для разведки месторождений воды. Сейчас можно сказать с уверенностью, что в подавляющем большинстве случаев при вертикальном заглублении в ЗТН можно получать воду. При этом не является редкостью, когда эта вода выходит из земли под напором. Это так называемые самоизливные скважины, а также колодцы, зеркало воды в которых стоит выше уровня земли.

Нам показалось интересным, что со временем напор воды не уменьшается. Чтобы вода была напорной, она должна быть под давлением, большим, чем гидростатическое. Что может обеспечивать такое давление, оставалось непонятным. Если из всех тысяч точек на всей нашей планете, где добывают воду из ЗТН, уже много лет идет напорная вода, то где же ее источник и как осуществляется напор?

Предположительный ответ пришел при изучении состава вулканических газов. Как оказалось, выходящие при извержении вулканов газы более чем на 90% состоят из водяного пара. В соответствии с гипотезой Ларина В.Н., вода на Земле синтезируется из космической праматерии - из водорода, из которого состоит центр, ядро Земли. То есть, получается следующая логическая линия.

Если напор воды в ЗТН так же, как и напор водяного пара в вулканах обеспечивается синтезом воды в центре Земли, то получается, что как каналы вулканов, так и каналы ЗТН берут свое начало где-то на одной и той же глубине. Поднимаясь с этой глубины по проницаемому вследствие своей нарушенности каналу, вода остывает и либо останавливается, достигая водоупора (глины), либо вытекает на поверхности Земли в виде родника. То, что вода, извлекаемая в ЗТН, имеет состав, близкий составу находящегося рядом родника, является фактом установленным. И, таким образом, родниковая вода также является глубинной напорной водой.

Скорость остывания воды по мере ее подъема различна, и поэтому бывает так, что в одном и том же регионе извлекаемая из ЗТН вода может иметь большой разброс по температурам. Так, в Санкт-Петербурге наряду с огромным количеством ЗТН, дающих холодную воду, есть и источники теплой воды, так называемые, термальные. Таким образом, становится понятным происхождение горячих гейзеров на Камчатке вблизи вулканов.

Зоны тектонических нарушений покрывают всю поверхность земного шара. Они также находятся и под водой. Под океанами, под реками и озерами. Через эти каналы идет пополнение нашей планеты водой.

В зависимости от концентрации (густоты) зон тектонических нарушений и взаимного их расположения возникают различные природные объекты. Так, исследование заболоченных территорий с помощью ССП показало, что зоны тектонических нарушений на этих площадях расположены очень часто и беспорядочно. Это представляется логичным. При кучном их расположении происходит постоянное опускание значительной поверхности и ее обводнение. Очевидно, за некоторый срок произойдет заболачивание такой территории. Такая концепция происхождения болот также объясняет, почему при строительстве на осушенных болотах особенно интенсивно происходит разрушение инженерных сооружений. При осушении болота и укреплении грунта, скажем, сваями, происходит лишь поверхностное уплотнение грунта, тогда как влияние ЗТН не уменьшается.

В случае, если ЗТН расположены как бы цепочкой, возникают предпосылки для возникновения русел рек. Вода промывает рыхлый грунт, и русла рек всегда представляют собой совокупность зон тектонических нарушений. Отдельные зоны в пределах русла реки, бывают, смещаются к одному или другому берегу, и, если опора моста попадает в эту зону, то она существует и функционирует в состоянии постоянного разрушения. Мостостроители знают, что, как правило, одна из опор большинства мостов требует постоянного ремонта. Причина такого явления раньше была неизвестна.

И, наконец, еще одно очень важное свойство ЗТН, без учета которого невозможно дальнейшее развитие энергетики на Земле. Более рельефная прорисовка ЗТН на ССП-разрезах по сравнению с пространством вне этих зон связана с повышенной колебательностью геологических структур в этих зонах. Или, если правильно говорить, с повышенной добротностью колебательных систем.

Наличие колебательных систем, само по себе, чревато возможностью резонансных явлений. С увеличением добротности (Q) колебательных систем усиливается разрушительность резонансных явлений. Резонанс - это совпадение собственной частоты колебательной системы с частотой внешнего динамического (вибрационного) воздействия. И, если частота вибрации, скажем, генератора, установленного на грунте, окажется равной собственной частоте залегающей в земной толще колебательной системы, то начнется рост амплитуды вибрации. Рост амплитуды вибрации будет продолжаться до тех пор, пока амплитуда не увеличится в Q раз. Если величина добротности залегающей в земной толще колебательной системы очень велика (100 и более), то разрушение произойдет раньше, чем амплитуда вибрации достигнет предельного значения.

Резонансное разрушение имеет взрывоподобный характер и часто ошибочно воспринимается как результат взрыва. Вибрирующее воздействие на грунт оказывает великое множество важнейших для нашей жизнедеятельности устройств. Это разного рода электростанции, насосные станции, поезда... Все эти устройства, таким образом, находятся в группе риска. У нас на памяти достаточно много таких случаев. Это, например, Саяно-Шушенская ГЭС, где сорвало со стопоров генератор после 600-кратного увеличения амплитуды вибрации. Гидроэлектростанции среди других вибрирующих установок наиболее уязвимы, поскольку, располагаясь в пределах русла реки, они почти наверняка находятся в ЗТН.

Наиболее часто случаются на сегодняшний день железнодорожные аварии, когда поезд без всякой видимой причины рвется на две части. Это происходит из-за того, что при определенной скорости движения поезда может возникнуть вибрация, частота которой равна собственной частоте колебательной системы, залегающей в данном месте. Тогда амплитуда вибрации в данном месте будет нарастать от вагона к вагону, и в какой-то момент в насыпи мгновенно, взрывоподобно, образуется провал в грунте, куда проваливаются обломки шпал, и рвутся рельсы. Разрыв поезда происходит между теми вагонами, которые миновали место этого провала, и теми, которые в момент образования провала остались по другую его сторону. Эти провалы насыпи происходят также в ЗТН.

И еще один тип разрушений имеет огромное значение. Может так сложиться, что дом, оказавшийся в ЗТН, разрушается плавно и незначительно. Но всё резко меняется, если в нем начнется эксплуатация вибрирующего устройства. Дом может рассыпаться буквально мгновенно. В качестве вибрирующего устройства может оказаться даже стиральная машина, вибрация которой возникает в режиме отжима.

Поскольку Земля есть совокупность колебательных систем, а планетарная пульсация есть процесс периодический, своего рода динамическое воздействие, то также возможно возникновение резонансных явлений. Только при этом будет резонансное разрушение не рукотворного, а естественного нашего дома - нашей планеты. Такое резонансное разрушение называется землетрясением.

Как известно сейсмологам, сейсмотолчку предшествует возникновение и увеличение сверхнизкочастотного колебательного процесса, и если толчки повторяются, то каждому из них также предшествует увеличение амплитуды тех же сверхнизкочастотных колебаний.

Понятно, что если Земля представляет собой совокупность колебательных систем, то все механические процессы на ней должны рассматриваться с учетом этой колебательности.

Как известно, открытие новой колебательной системы резко изменяет путь развития физики и даже направление развития цивилизации. Так было при открытии электрического колебательного контура. Так же произошло и еще произойдет в результате обнаружения колебательных свойств геологических структур.

Использование спектральной сейсморазведки привело к изменению представлений о свойствах планеты Земля. С позиций поля упругих колебаний наша планета есть совокупность колебательных систем плюс совокупность зон тектонических нарушений.

Зоны тектонических нарушений были всегда, но при незначительных объемах строительства и отсутствии динамического воздействия на грунт влияние их было незначительным. Теперь же, когда началось изучение свойств этих зон, мы получили возможность не только снизить аварийность в глобальном масштабе. Главное, что изучение ЗТН приводит к пониманию, а стало быть, и прогнозированию планетарных явлений - таких, как землетрясения и вулканизм.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: