Высокочастотные шумы могут быть разными в зависимости от земной сейсмической "погоды". Земля как бы сама помогает ученым ее изучать: она создала шумы и изменяет их амплитуду в соответствии с ходом внутренних процессов, которые и характеризуют ее важные глобальные качества. Это напоминает то, как появление радиосвязи обеспечило передачу информации на расстояние: там речь, музыка модулируют, меняют несущую высокую частоту.
Сейсмическую эмиссию можно назвать "люминесценцией" - свечением в звуковом диапазоне: светятся неоднородно напряженные блоки, нагретые магматические очаги, рудные месторождения. А если вспомнить сравнение Б. Голицына сейсмической волны от землетрясения с фонарем, освещающим таинственные недра, и применить его к случаю микроземлетрясений, то становится ясно: сейсмическая эмиссия - это "карманные фонарики", позволяющие пристально присмотреться к деталям. И впрямь, без эмиссии собственные колебания планеты, приливные эффекты и прочее изучать непросто - нужна громоздкая аппаратура, специальная методика наблюдений и обработки. Но эти сами по себе слабые эффекты оказываются выразительными и ощутимыми, когда они "управляют" сейсмической эмиссией.
Специальная аппаратура для изучения высокочастотных шумов Земли оказалась относительно простой и портативной: сейсмометры, чувствующие фантастически слабые перемещения грунта, и фильтры с очень узкой частотной полосой, отрезающие помехи, словно острым скальпелем. Они позволяют отделить внутренний шум Земли от ветровых помех, как бы лучом прожектора высветить в хаосе земных микросейсм какие-то закономерности.
Аппаратура была поставлена во многих местах: в глубокой штольне Центральной сейсмической лаборатории города Обнинска, на сейсмостанциях Крыма и Кавказа, испытательном полигоне в Белоруссии, на плотине Нурекского водохранилища. Многие годы велись наблюдения, данные накапливались, отдельные нити фактов и доводов сплетались в клубок знаний о малоизвестных качествах Земли.
Амплитуда высокочастотных шумов обнаружила явно не случайное соответствие с ранее известными глобальными явлениями. В спектре шумов были выделены периоды, близкие к собственным колебаниям Земли; произошло это, в частности, после сильных землетрясений 1979 года в Мексике и на Аляске. Выделена известная приливная периодичность в половину и целые земные сутки. Была обнаружена связь высокочастотных микросейсм с энергией землетрясений земного шара. Когда же перешли к изучению штормовых микросейсм, оказалось, что и они отражаются в "подземной погоде" даже удаленных от океана районов.
Открытие № 282 имеет не только большое научное значение, оно послужит и практике. Во-первых, обнаружено новое свойство Земли - мера ее неоднородности и внутренней активности; наши представления о Земле стали многокрасочнее. И хотя пока еще не введен соответствующий "коэффициент сейсмической эмиссии", уже ясно, что повышенным шумом и способностью к переизлучению обладают неоднородные зоны: нефтяные ловушки, рудные жилы, магматические очаги.
Так что открытие, безусловно, может быть использовано для нужд народного хозяйства - поиска полезных ископаемых и прогноза землетрясений.
Далее, развивается методология исследований, проясняется общая картина событий, до сей поры не совсем ясных. Микросейсмы из разряда помех, где их раньше числили, переводятся в ряды помощников. Из-за "перекачки" напряжений в высокочастотные шумы происходит, вероятно, ослабление сейсмичности после сильных штормов в прибрежных районах.
Быть может, это намечает путь "управления" землетрясениями? Микросейсмы могут быть использованы и как источники зондирующих Землю сигналов.
Наконец, появляется перспектива использовать открытие для технически трудных сейсмических исследований планет земной группы и малых тел Солнечной системы. Портативная неприхотливая аппаратура, включающая чувствительные сейсмографы и узкополосные фильтры, может быть доставлена туда с помощью автоматических устройств. Регистрация эндогенных шумов, даже в небольшие интервалы времени, поможет оценить степень неоднородности структуры небесных тел, уровень их сейсмической активности, период собственных колебаний планет. Похоже, что открытие эмиссии и эффекта ее модуляции приведет к "эмиссии" новых открытий неведомых сторон нашего космического дома.
Алмаз в пузырьке
Более десяти лет назад в советских и зарубежных научных журналах появились работы профессора Э. Галимова (Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР), в них излагалась любопытная гипотеза происхождения алмазов.
По этой гипотезе, углерод может кристаллизоваться в алмаз в кимберлитовой породе из-за кавитации. Образование кавитационных пузырьков в общих чертах можно представить себе так.
При резком перепаде давлений в потоке расплавленной породы, например при изменении профиля или сужении канала, в движущейся жидкости образуются не только области пониженного давления, но и разрывы, пустоты, пузыри ("кавитас" - по-латыни "полость"), которые охлопываются, когда жидкость выходит из сужения и давление выравнивается. Чем более текуча жидкость, чем с большей скоростью она движется, тем больше вероятность, что в ней образуются пузырьки кавитации. Особо склонны к кавитации жидкости, содержащие газ и твердые частицы, которые служат "ядрами" кавитации.
У кимберлитовых пород есть две особенности. Во-первых, они выделяются среди других магматических пород своей уникальной алмазоносностью. Во-вторых, в кимберлитовой магме часто рождаются кавитационные пузырьки. При схлопывании пузырьков находящийся в них газ испытывает удар, при резком сжатии развиваются огромные пиковые давления порядка тысячи килобар. Этого достаточно, чтобы родились мелкие кристаллики алмазов, но при условии, если в пузырьке был газообразный углерод.
Остается лишь ответить на вопрос:
откуда он берется?
Кавитационные пузырьки кимберлитовой магмы насыщены метаном, молекулы этого газа распадаются на углерод и водород при высокой температуре, возникающей в пузырьках из-за сильного сжатия. При схлопывании газообразный углерод кристаллизуется в алмаз, а водород выносится за пределы пузырька. Процессы рекристаллизации, которые могут идти в затвердевающей магме, приведут к объединению мелких кристалликов и образованию довольно крупных алмазов.
Образуются ли природные алмазы в процессе кавитации, или это лишь гипотеза? Ответить на этот вопрос можно, исследовав изотопы углерода в алмазах.
Долгое время ученые считали, что соотношение тяжелого С-13 и легкого С-12 изотопов углерода в алмазах очень стабильно. Это лишний раз подтверждало теорию их глубинного синтеза: раз все алмазы образуются на больших глубинах, как считалось раньше, то такие условия порождают и изотопную однородность углерода.
Однако в действительности оказалось, что изотопный состав углерода в алмазах меняется в довольно широких пределах. Это факт в пользу новой гипотезы: если алмазы могут синтезироваться на разной глубине, то и состав углерода в них может меняться в широких пределах.
Течения и Солнце
Дыхание Мирового океана
Определить, меняется ли уровень Мирового океана, практически можно, только измеряя, как поднимается или опускается средний уровень воды у побережья. В различных пунктах земного шара в одном и том же году получают при этом разные данные. Например, в Скандинавских странах наблюдаемый уровень воды постепенно понижается, суша, сбросив оледенение, поднимается под влиянием послеледниковой деформации земной коры.
В южной части Атлантического побережья Соединенных Штатов можно наблюдать, как понижается уровень океана благодаря обильным наносам почвы в дельте Миссисипи. Обобщая накопленные данные, ученые установили, что средний уровень Мирового океана повышается за столетие на 10-20 сантиметров. На это влияет ряд факторов, значение которых оценивается следующими цифрами. Во-первых, за последнее столетие средняя температура атмосферы повысилась на полградуса. При этом из-за теплового расширения воды в океане уровень ее повысился на три-шесть сантиметров, а из-за таяния горных ледников - еще на два-пять сантиметров. На два-три сантиметра опустился средний уровень суши в результате деформации земной коры. Ледовый панцирь Антарктиды, по мнению ученых, за последнее столетие существенно не изменился, но такая опасность ему угрожает при дальнейшем потеплении климата.
Издавна считалось, что главные причины океанических течений - это ветер и неравномерное распределение температуры и солености (плотности) воды в океане, а приливные движения, происходящие, как известно, под действием сил притяжения Луны и Солнца, вызывают лишь возвратные колебательные смещения воды (приливы - отливы) и не могут быть причиной течений.
Но вот в результате исследований, проведенных в Институте технической кибернетики АН БССР, родилась гипотеза о том, что и Солнце и Луна в принципе могут порождать течения в морях и океанах.
Из-за притяжения Луны и вращения нашей планеты на водной поверхности Земли, как известно, рождаются два приливных выступа, один из которых обращен к Луне, а другой - в противоположную сторону. Максимальная высота этих выступов в открытом океане составляет около пятидесяти сантиметров. Под действием силы притяжения Солнца и вращения Земли на водной поверхности океанов также появляются два приливных выступа, которые из-за большей удаленности от Солнца имеют высоту лишь двадцать сантиметров. Из-за вращения Земли приливные выступы постоянно перемещаются с востока на запад - в тропическом поясе Земли со скоростью около 1 500 километров в час,- сложным образом взаимодействуя между собой. Например, когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной линии, то есть в полнолуние и новолуние, выступы от Луны и Солнца суммируются и образуют выступ высотой около 70 сантиметров.
Белорусские исследователи предполагают, что эти постоянно движущиеся с востока на запад приливные выступы должны переносить в том же направлении воду. В момент восхождения над восточными берегами океана светило образует на его поверхности приливный выступ, тем самым "загружая" в него воду, а затем движет этот приливный выступ к западу. У западных берегов океана выступ разрушается и "разгружает" содержащуюся в нем воду. Таким образом создается постоянный дефицит воды у восточных берегов океана и избыток у западных.
И в результате этого движения возникают океанические течения. Расчеты показали, что объем воды, переносимой приливными выступами, одного порядка с величинами переноса вод океаническими течениями.
Описанная гипотеза хорошо согласуется с известными в океанологии фактами. В ее пользу прежде всего свидетельствует схожесть картины крупномасштабных течений в трех тропических океанах: течения у восточных берегов океанов направлены от полюсов к экватору, а у западных - от экватора к полюсам. Все происходит так, как будто из восточной тропической части океанов постоянно происходит отток вод, а к западной части - приток. О возможной глобальной космической причине этого явления писали многие исследователи.
воссоздать основные гидрофизические, химические и биологические процессы на поверхности и в глубинах Азовского моря. В действие она приводится с помощью программ, разработанных для электронно-вычислительной машины.
Тайна "дьявольских кругов"
Южные моря часто светятся по ночам. Для науки большинство подобных явлений уже не являются загадкой.
Свечение морской воды могут вызвать медузы, рачки, микроорганизмы.
Однако тайну так называемых "дьявольских кругов" удалось раскрыть лишь недавно. Светящиеся кольца вращаются в морской пучине против часовой стрелки. Они наводят ужас на суеверных моряков. Ученые обследовали более двух тысяч подобных явлений и пришли к выводу, что светятся гигантские колонии микроорганизмов.
Создана модель Азовского моря
Первая полная модель крупного водоема - Азовского моря - создана украинскими учеными из города Одессы. Она позволяет вести конкретные исследования морской экологической среды, прогнозировать ее поведение в разных ситуациях.
Модель дает экологам возможность
Антициклон в океане
Весной 1983 года на снимках, сделанных со спутников в инфракрасном диапазоне, обнаружено колоссальное пятно теплой воды в океане, к востоку от острова Хонсю и к северу от основного стержня течения Куросио. Пятно круглой формы с диаметром около сотни миль. Недавно исследовательское судно "Академик Александр Несмеянов" провело здесь специальные работы, дважды пройдя через этот район сначала с севера на юг, а потом обратно. Каждые двадцать миль тщательно измеряли температуру и соленость воды на разных глубинах.
Результаты позволяют сказать, что это пятно - своего рода антициклон в океане, вращающаяся масса воды, образовавшаяся под воздействием ее перемешивания. Нижние слои вихря - арктические воды, верхние-субтропические. Изучая вихрь, можно лучше понять климат и на суше, потому что антициклон в океане исследовать намного проще, чем в воздухе: он движется медленнее и за ним легче следить.
Черное море в 2000 году
По своему гидрологическому режиму Черное море заметно отличается от других морей. Его воды четко делятся на два слоя. Верхний - сильно опресненный и соответственно более легкий - лежит на более плотном и соленом нижнем. Постоянство этого расслоения поддерживается выносом пресных вод из рек и опресненных из Азовского моря, а также поступлением глубинных - плотных и соленых вод - из Мраморного. Вертикальный же обмен в Черном море незначителен, именно поэтому в его глубинах отсутствует образующийся в верхних слоях и поддерживающий там жизнь кислород.
Водный баланс любого моря складывается не только из речных стоков и обмена с соседними морями. В "статью прихода" включаются атмосферные осадки, а в расход - испарение с поверхности. Все составляющие кругооборота вод не подвержены воздействию человека. Кроме стока с материка. На реках создаются многочисленные водохранилища, увеличивается потребление пресной воды для орошения и водоснабжения городов и поселков. Уже к 1980 году из рек Черноморского бассейна изымалось до 50 кубических километров воды в год. Пока это не отразилось на солености морских акваторий, но к концу нашего тысячелетия эта цифра увеличится почти втрое, и тогда, по мнению некоторых специалистов, дальнейшее осолонение Черного моря неизбежно.
В Азово-Черноморском научно-исследовательском институте морского рыбного хозяйства и океанографии усомнились в справедливости этого утверждения. Авторы пессимистического прогноза считают воды, потраченные на хозяйственные нужды, безвозвратно потерянными для моря. Повидимому, это заблуждение. Так, например, вопреки предсказаниям сток в Днепровско-Бугский лиман за десятилетие с 1971 по 1980 год в условиях интенсивного потребления не сократился.
Однако отдельные факты еще ничего не доказывают. Иное дело - результаты многолетних непрерывных измерений солености вод в разных местах побережья. Анализу подверглись данные наблюдений на гидрометеорологических станциях, расположенных в восьми крупных черноморских портах. В итоге ученые пришли к заключению, что предрекать Черному морю печальное будущее нет оснований.
На "Витязе"
в глубь времен