Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
9 сентября 2011, Санкт-Петербург
В 1917 году было сделано открытие, которое, с одной стороны, используется практически всеми землянами, а с другой, физика которого недопонята и в наши дни. Было обнаружено, что кристалл сегнетовой соли может служить источником переменного напряжения с весьма стабильным значением частоты.
В дальнейшем выяснилось, что такими свойствами характеризуются пластины из всех материалов, обладающих пьезоэффектом, например из кварца, из пьезокерамики. Независимо от материала они стали называться кварцами, и без них не обходятся никакие электронные устройства - от простейших часов, телефонов, и до вычислительных устройств любого уровня сложности.
Казалось бы, что же тут непонятного... Но дело в том, что с позиции современной физики, да и просто здравого смысла, кварц работать НЕ ДОЛЖЕН. Если обратиться к любому справочнику, к учебнику, к той же википедии, то мы узнаем, что условием работы кварца является наличие пьезоэффекта, а также наличие входящих в его состав вибраторов. В частности, колебательных электрических контуров. Вот тут начинаются противоречия. Дело в том, что совершенно однородная пьезокерамическая пластина, технология изготовления которой, по сути, не отличается от технологии изготовления любого керамического изделия, не содержит никаких контуров...
Чем глубже мы войдем в теорию кварцев, тем больше возникнет удивления. Ну, во-первых, мы не найдем, чем определяется собственная частота кварца. Ведь, по идее, это должно быть важнейшим моментом теории, без которого изготовление кварцев на заданную частоту невозможно. И вообще, становятся непонятными сложности в описании работы этого устройства. По своим проявлениям, кварц не отличается ни от электрического контура, ни от камертона. Любое из этих устройств реагирует на импульсное воздействие (не имеет значения, электрический это импульс или механический) затухающим синусоидальным сигналом.
По определению, данному еще лордом Кельвином, устройство (объект), реагирующее на импульсное воздействие затухающим синусоидальным сигналом, является колебательной системой. Но если тот же контур или камертон так и идентифицируется как колебательная система, то про кварц мы этого нигде не найдем.
В чем же здесь дело? Оказалось всё очень просто. Для того, чтобы быть колебательной системой, объект должен иметь механизм преобразования ударного воздействия в гармонический отклик. Для колебательного контура, камертона и прочих известных колебательных систем эти механизмы общеизвестны. А вот что является таким механизмом для кварца - непонятно.
В чем же здесь дело? Оказалось всё очень просто. Для того, чтобы быть колебательной системой, объект должен иметь механизм преобразования ударного воздействия в гармонический отклик. Для колебательного контура, камертона и прочих известных колебательных систем эти механизмы общеизвестны. А вот что является таким механизмом для кварца - непонятно.
До некоторых пор обо всём этом не было нужды задумываться. Ясно одно-кварц работает, и обойтись без него всё равно невозможно. Разве мало существует физических эффектов, которые мы используем, не понимая их сути...
Но вот в 1977 году было обнаружено, что свойствами колебательной системы обладает очень много различных объектов, материал которых не имеет пьезосвойств. Началось с того, что была изготовлена аппаратура, позволяющая прослеживать распространение поля упругих колебаний вдоль породных слоев в условиях угольных шахт.
Назначение этих измерений - найти зависимости между звукопроводностью горных пород, залегающих в кровле подземных выработок и вероятностью их обрушения. Задача эта более чем актуальная, так как внезапные обрушения пород кровли уносят множество человеческих жизней на всех шахтах Мира.
В принципе, ничего особо нового увидеть не ожидалось. Теория распространения поля упругих колебаний в горных породах является принадлежностью сильно развитой области геофизики, известной как сейсморазведка. Так что надежда была на то, что удастся увидеть просто различие в затухании поля в породах с различной нарушенностью. Или, в конце концов, в спектральных изменениях сигнала при распространении его в различных по степени нарушенности породных слоях.
Однако действительность не соответствовала ожиданиям. Вместо распространения вдоль породных слоев зондирующего импульса наблюдалось распространение затухающего гармонического сигнала. То есть, исходный импульс исчезал уже в точке его приложения, и непонятным образом он преобразовывался в гармонический затухающий процесс, который и распространялся вдоль породных слоев. Но, как было отмечено, если в результате импульсного воздействия на породный слой возникает сигнал в виде затухающего гармонического сигнала, значит, породный слой проявляет свойства колебательной системы.
Первоначально этот факт был воспринят чисто прагматически. Поскольку буквально сразу, при первом же измерении удалось обнаружить зависимость между мощностью (толщиной) h породного слоя и частотой f0 возникающего при ударном воздействии гармонического затухающего сигнала, то естественно было использовать это соотношение для неразрушающего, геофизического определения строения породной толщи. Соотношение это имеет следующий вид:
f0 = k / h (1),
где k - некий коэффициент, имеющий размерность скорости и довольно постоянную величину. Для горных пород k ≈ 2500 м/с.
Сам факт обнаружения этой зависимости имел большое значение при изучении механизма обрушения пород кровли и создании методики прогнозирования этого грозного явления, но первые несколько лет продвижения в понимании выявленного эффекта не было. Правда, где-то в начале 80-х годов случайно выяснилось, что при изготовлении кварцевых пластин тоже используется соотношение (1). Это навело на мысль, что наличие пьезоэффекта вовсе не является обязательным условием для формирования свойств колебательных систем. И действительно, как оказалось, свойствами колебательных систем обладают объекты из подавляющего большинства твердых сред [1].
Ну что же, обнаружить в ХХ веке новый тип колебательных систем - это лишний раз доказывает, что познание бесконечно.
Как ни странно, но я тогда не мог представить, что это свойство отдельного породного слоя присуще всей земной толще как совокупности породных слоев. В самом деле, ведь если один породный слой проявляет свойства колебательной системы, то из этого следует, что и вся земная толща, представляющая собой совокупность породных слоев, должна проявлять свойства совокупности колебательных систем.
Первый раз мысль о значении этого эффекта пришла в 1986 году, когда стала поступать информация об аварии на ЧАЭС.
Как известно, непосредственно этой аварии предшествовало изменение режима работы реактора 4-го блока, во время которого возникла вибрация, амплитуда которой стала плавно возрастать, достигла колоссального значения, что завершилось разрушением машинного зала. И только через 30 секунд после этого произошел взрыв реактора. Сейсмологи всего Мира отметили тогда два сейсмособытия непосредственно под 4-м блоком, отстоящих один от другого на полминуты.
Но ведь это же в чистом виде учебный тест: «если внезапно возникает колебательный процесс, рост амплитуды которого обрывается внезапным разрушением, следовательно, имеет место резонансное разрушение». Резонанс - это совпадение частоты вибрации с собственной частотой колебательной системы, связанной с источником этой вибрации.
Вот тогда-то и пришло понимание, что эффект, описываемый зависимостью (1), явился истинной причиной Чернобыльской аварии. В самом деле, если земная толща является совокупностью колебательных систем, то при некоторых условиях частота вибрации турбины могла совпасть с собственной частотой некоторой залегающей в земной толще колебательной системы, что и вызвало резонансное разрушение.
Но тогда, если земная толща проявляет свойства совокупности колебательных систем, то все вибрирующие установки (а это, по сути, вся энергетика, разного рода насосные станции, железнодорожные составы и т.п.), находящиеся на Земле, имеют вероятность резонансного разрушения.
Сейчас известно множество фактов, когда разрушение инженерных сооружений, работающих в режиме вибрации, имело вид резонансного разрушеия. Перечислим некоторые из них.
Аварии Саяно-Шушенской ГЭС предшествовал рост вибрации основания 2-го гидроагрегата. Резонансное разрушение произошло при возрастании амплитуды вибрации в 600 раз.
Моменту аварии АЭС «Фукусима-1» соответствовало сейсмособытие, эпицентр которого находился непосредственно под реактором (как это было и на ЧАЭС).
Наиболее частым видом железнодорожных аварий являются случаи, когда без всяких видимых причин состав рвется на две части [2]. Есть свидетельские показания, что разрыву поезда предшествует возникновение и рост вибрации в последнем вагоне той части состава, которая остается с локомотивом.
Взрывоподобному разрушению архива в Кёльне 4-го марта 2009 года предшествовало возникновение и рост вибрации. Источник вибрации находился в тоннеле метрополитена, непосредственно под архивом, где осуществлялось бурение, которое, собственно и являлось источником вибрации.
Очень многие аварии, возникающие на энергетических установках, не указаны в обычных, доступных источниках информации. Это происходит в тех случаях, когда аварии не уносят человеческие жизни. Кроме того, разрушение энергетических установок не указывается в случае, если непонятна причина разрушения. Так, наблюдение за полигоном ветрогенераторов в Бельгии показало, что там практически всё время происходит ремонт опор ветрогенераторов, но информация об этом не дается.
Очень интересные наблюдения сделаны статистическими ведомствами. Так, за вторую половину ХХ века энергооснащение Земли возросло в 10 раз. За тот же период потери на ликвидации последствий техногенных катастроф возросли также в 10 раз. С 70 до 700 миллиардов долларов США. Рост аварийности с ростом энергооснащенности практически линейный. Несомненно, что поскольку причины роста аварийности нигде не указаны, то виновником аварий являются резонансные разрушения, которые не идентифицируются.
Получается, что любая вибрирующая при работе установка, в том числе, и энергоустановка находится в группе риска, но об этом никто не подозревает.
И еще одно соображение. Как известно, увеличение производства любых изделий приводит к уменьшению их стоимости. С энергией происходит иначе. Увеличение энергооснащенности Земли сопровождается ростом стоимости электричества. Представляется, что причина этого - в опережающем росте аварийности энергоустановок. При дальнейшем сохранении этой тенденции просматривается некоторая тупиковая ситуация.
Как показывает история, при возникновении тупиковых перспектив перед человечеством, как-то каждый раз возникает совершенно неожиданный выход, когда проблема как бы сама собой снимается. Так, если обратиться к началу ХХ века, то тогда стояла, казалось бы, неразрешимая проблема, заключающаяся в том, что при наличии тенденции неуклонного увеличения гужевого транспорта не было решения отведения лошадиного навоза. Сделанные тогда расчеты показывали, что к 20-м годам дороги станут по этой причине просто непроезжими. Однако возникший и быстро развившийся автомобильный транспорт быстро снял эту проблему.
Представляется, что путь решения проблемы увеличения аварийности энергетических установок лежит в направлении учета колебательных свойств земной толщи.
Как известно, обнаружение нового физического эффекта имеет своим следствием перестройку всего здания физики. Часть уже наработанных представлений новым эффектом перечеркивается, а вместо них возникают новые. В данном случае, представление о земной толще как совокупности колебательных систем пришло на смену существовавшей до сих пор уверенности в том, что по акустическим свойствам земная толща представляет собой совокупность отражающих границ.
В расчете на то, что упругий импульс, возникающий в результате ударного воздействия, в земной толще распространяется и отражается по законам, аналогичным оптическим, вот уже 100лет развивается самый (по затратам) мощный геофизический метод - сейсморазведка.
Понятно, что если земная толща - совокупность колебательных систем, то метод, рассчитанный на то, что земная толща - это совокупность отражающих границ, работать не будет. И действительно, как показывает анализ, ни одно положение сейсморазведки не может быть доказано экспериментально.
Самый главный момент здесь заключается в том, что при ударном воздействии на земную толщу возникает не импульс, а один или несколько гармонических затухающих процессов, которые распространяются вдоль породных слоев, преимущественно в субгоризонтальных направлениях, не выходя за пределы тех породных слоев-резонаторов, в которых эти процессы сформировались. Именно по этой причине те сейсмосигналы, которые регистрируются при сейсмоработах, приходят не снизу, из глубины, как всегда считалось, а сбоку, распространяясь и отражаясь в пределах того слоя-резонатора, который их сформировал.
Тот факт, что сейсмосигналы формируются колебательными системами в виде породных слоев, предполагает использование в качестве исследовательской аппаратуры спектроанализаторов. В связи с этим, на смену традиционной (лучевой) сейсморазведке пришла спектральная сейсморазведка и, соответственно спектрально-сейсморазведочное профилирование (ССП).
Как утверждает методология, исследовательский метод, возникший на основе нового физического эффекта, неизбежно становится источником принципиально новой информации. В данном случае, применение метода ССП, сделало возможным обнаружение и изучение такого, казалось бы, давно известного объекта как тектонические нарушения. Не знаю, каким образом раньше выявлялись и изучались зоны тектонических нарушений (ЗТН), но до тех пор, пока не существовало метода ССП, ни одно свойство [3] этих зон известно не было.
Сейчас можно сказать определенно, что ЗТН - важнейший объект на нашей планете. Будучи хаотично рассеянными на поверхности Земли, эти зоны играют колоссальную роль в жизни людей. Любые инженерные сооружения, оказавшиеся в ЗТН, неизбежно находятся в состоянии разрушения. Интенсивность разрушения зависит от параметров ЗТН, и срок эксплуатации сооружений либо незначительно уменьшается относительно расчетного, либо разрушение происходит во время строительства. Не проходит дня, чтобы на Земле не происходило непонятное, необъяснимое разрушение. Обрушение крыш, стен, перекрытий, разрушение трубопроводов, железнодорожных насыпей и т.д, и т.п. Общее у них то, что причины этих разрушений так и остаются неизвестными. Теперь можно сказать с уверенностью, что причина всех этих разрушений в воздействии ЗТН на инженерное сооружение.
Среди множества обнаруженных свойств зон тектонических нарушений есть два, от которых напрямую зависит наше здоровье и даже жизнь. Дело в том, что именно в этих зонах происходит выход в атмосферу глубинных газов, и если жилой дом оказывается в ЗТН-геопатогенных зонах, то постоянное воздействие этих газов на человеческий организм приводит к развитию тяжелейших заболеваний.
С другой стороны, если заглубиться в землю в ЗТН, то можно получать в неограниченном количестве родниковую воду. Этот опыт подтвержден во многих регионах РФ, а также в ряде мест на Земле, считавшихся безводными.
Представляется, что учет описанных здесь явлений, свойственных нашей планете, приведет к резкому уменьшению разного рода техногенных катастроф и уменьшению заболеваемости человечества тяжелейшими болезнями.
