Сайты партнеров




GEO приглашает

26 октября в самом сердце Москвы, в доме Пашкова, журнал Forbes отметил 100-летний юбилей. Мероприятие стало финальным в череде торжеств, посвященных юбилею легендарного бизнес-издания по всему миру


GEO рекомендует

Korean Air названа лучшей авиакомпанией  для бизнес-путешественников по версии Russian Business Travel & Mice Award. Крупнейший южнокорейский авиаперевозчик выполняет рейсы в Москву, Санкт-Петербург, Иркутск и Владивосток


Континент на «прослушке»

В США полным ходом идет величайший геологический эксперимент всех времен и народов — с помощью гигантской сети сейсмодатчиков геофизики сканируют Северо-Американскую континентальную плиту. И делают сенсационные находки
текст: Йорн Ауф дем Кампе
George Steinmetz

Курицы — это проблема. «Они кудахтают, суетятся и бегают по двору»,  — говорит 53-летний геофизик Бэзил Миллер. А ему нужна безупречная тишина. Он склоняет голову и вслушивается. Все тихо. Ни кудахтанья. Ни шума насосов. Ни гула машин.

«Отлично», — говорит он. Место превосходное. Сначала он изучил спутниковые снимки этого района на северо-западе штата Арканзас: схему дорог, расположение пастбищ и ранчо. И в конце концов выбрал ферму семьи Берчи, затерянную среди холмов.

Его машина сворачивает на дорогу из щебенки, ведущую прямо к дому фермеров. На их участке команда Миллера планирует пробурить скважину глубиной почти два и шириной 1,07 метра. И установить в нее высокоточный сейсмодатчик. Дело за малым — осталось уговорить владельцев фермы.

В гостиной собрались три поколения семьи Берчи: дедушка с бабушкой, мать с отцом и двое сыновей. Все напряженно молчат. Геофизик Бэзил Миллер кладет на стол свою панаму камуфляжной расцветки. И заводит разговор...

«Датчик останется на вашем участке на два года, если вы согласитесь, — заканчивает свой монолог профессор Университета Хендерсона в Аркадельфии, штат Арканзас. — Я бы и сам не прочь установить такую штуку у себя во дворе. Но мне не повезло. Меня, в отличие от вас, не отобрали».

Сотни таких датчиков объединены в одну большую сеть, продолжает он. Их задача — «слушать», что происходит под землей. Сеть поэтапно разворачивается по всей территории США. Она должна показать, как устроены американские недра.

Ферма семьи Берчи близ городка Грейветт — последний недостающий элемент системы в Арканзасе. На кону — судьба самого масштабного полевого исследования в истории геологии. Сейчас от Бэзила Миллера требуется все его умение убеждать. «Возможно, благодаря этому проекту мы даже сможем спасти чью-то жизнь», — говорит он. Обычно это действует безотказно.

«Что скажете?»

Тем временем в окрестностях городка Бисмарк (штат Северная Дакота), почти в 1300 километрах от Арканзаса, инженер Боб Пирс осматривает с холма окрестности. Среди моря колышущейся травы видна парочка фермерских домов. Пирс стоит на дне мини-шахты глубиной почти ему по шею. Такую же он должен вскоре cделать и на заднем дворе фермы Берчи.

Посредник договорился с владельцами этого участка за несколь-ко месяцев до начала работ. Две недели назад сюда прибыла бригада с экскаваторами и бетономешалками. Рабочие пробурили скважину, залили ее дно бетоном, вставили в колодец черную дренажную трубу. Теперь дело за Пирсом. Тяжело дыша, его помощник тащит оборудование: инструменты, солнечные панели, три мешка с песком, изоленту, автомобильный аккумулятор, кабель, герметик и дизельный генератор. И самое главное — зеленый блестящий металлический купол на трех ножках, похожий на военную каску. Это и есть сейсмометр. Один из четырехсот.

Каждый из них — деталь большой мобильной лаборатории, создание которой началось в 2004 году. Сейсмометрическая сеть США (USArray)  — так называется этот крупномасштабный проект по исследованию Северной Америки с применением высокоточной спутниковой геолокации.

Ученые раскинули эту сеть на полосе шириной 700 километров. Она протянулась с севера на юг: от канадской до мексиканской границы. Сейсмометры установлены под землей на расстоянии 70 километров друг от друга. Вся территория от заснеженных вершин Роки-Маунтин до пустынь Аризоны словно расчерчена на квадраты.

Датчики будут нести подземную вахту около двух лет. Затем их по очереди демонтируют, начиная с западной границы изучаемого района. И установят новые на противоположном краю, расширяя зону исследования на восток. Так постепенно эту «сетку» перекинут от Сан-Франциско до Нью-Йорка.

Такой операции в истории фундаментальных геологических исследований еще не было. Ее бюджет — 130 миллионов долларов. Суперсовременная аппаратура. Строительная техника. В проекте задействовано почти сто человек. Среди них и «разведчики», которые знают особенности местности и договариваются с землевладельцами по мере продвижения сети на восток. И бригады бурильщиков, которые приходят вслед за ними. Монтажники, устанавливающие приборы. И специалисты по демонтажу, со временем извлекающие их из земли. А еще, конечно, нужны склады и транспортная служба с центральным диспетчерским пунктом. Из координационного центра в Сокорро, штат Нью-Мексико, следят за развертыванием сети. День за днем она должна продвигаться все дальше на восток. Как минимум каждые двое суток вводится в строй новый сейсмометр.

От подземной прослушки не укроется ничего. Ни сейсмические волны, порожденные землетрясениями за тысячи километров от США. Ни толчки от взрывов в американских каменоломнях. Ни вибрации от ударов ветра в горы по всему континенту. Каждый сейсмометр оборудован тремя датчиками, регистрирующими малейшие колебания в толще грунта.

«Если рядом с датчиком сдвинется песчинка, даже на миллионную часть своего диаметра, он и это зафиксирует», — говорит Пирс, опуская сейсмометр в шахту и осторожно устанавливая его на бетонный фундамент. А что если рядом курятник или автострада? Или просто раскачивающееся на ветру дерево? Все это источники шумовых помех. Отсеять их из собранных данных не так-то легко.

Задача системы — регистрировать не локальные подземные колебания, а мощные вибрации, которые распространяются на большие расстояния. И могут раскрыть секреты анатомии нашей планеты. Ведь ее внутреннее строение все еще остается для ученых загадкой.

Планета Земля похожа на герметично запечатанный сосуд, надежно хранящий свои тайны. Ни одна попытка геологов дотянуться до центра Земли не увенчалась успехом. Глубже 12 километров пока продвинуться не удалось.

Самая глубокая скважина в мире пробурена на Кольском полуострове в России. И хотя это важный источник информации о температуре в толще Земли, до ее ядра остается еще 6359 неизученных километров. «Как ни странно, о структуре материи в недрах Солнца мы знаем гораздо больше, чем о внутреннем строении нашей планеты», — признается выдающийся американский физик Ричард Фейн­ман.

Но кое-что все же известно. И прежде всего благодаря сейсмо­станциям, установленным по всему миру. Они фиксируют сейсмические волны в земной толще. А по характеру и скорости их распространения ученые судят о составе геологических пластов. Например, через горячие и вязкие массы вибрации проходят медленнее, чем через холодные и твердые. По внутреннему строению Земля напоминает круглый слоеный пирог. Сверху — твердый слой земной коры толщиной до 40 километров. Под ним — вязкая, разогретая до тысячи градусов Цельсия земная мантия. По консистенции гуще патоки. А еще глубже — металлическое ядро, состоящее из двух частей: внешней жидкой и внутренней твердой.

Все остальное — догадки.

Из каких глубин поднимается огненная магма, питающая вулканы? Из каких «кирпичиков» сложены континенты? Какие силы заставляют их перемещаться вместе с тектоническими плитами подобно дрейфующим льдинам? И что происходит с массами горной породы, которые в результате таких сдвигов попадают в глубь земли? Как возникают «напряжения» в недрах? И почему порой они вызывают землетрясения даже вдали от сейсмоактивных зон на стыке тектонических плит?

Действующие в мире сейсмо­станции не могут дать ответ на эти вопросы — расстояние между ними слишком велико. Поэтому нужна более плотная сеть датчиков. Такая, как USArray. По сути это гигант­ский сейсмический сканер с 400 ячейками, охватывающий почти весь континент. Высокая плотность распределения датчиков обеспечивает беспрецедентную точность измерений на территории США. А на основании этих данных можно сделать вывод и о том, что творится под землей в других частях света. «Это как если бы близорукий надел очки,  — говорит Боб Вудворд, руководящий проектом из Вашингтона. — И не только: мы открываем непознанные миры. Для геологов наша сейсмометрическая сеть — как космический телескоп для астрофизиков». Данные сейсмометров преобразуются в поперечные и трехмерные проекции, похожие на цветные снимки компьютерного томографа. На них разными цветами выделены геологические пласты. Одно открытие благодаря им уже сделано. Речь идет о древней тектонической плите Фараллон, которая более 100 миллионов лет назад начала погружаться под западное побережье Северной Америки. И почти полностью исчезла.

Ее обломки длиной в сотни километров обнаружены на небольшой глубине под современным фундаментом континента. Даже в районе Нью-Йорка. Раньше считалось, что такие плиты погружаются в мантию целиком. Но оказалось, что они распадаются на части, которые «плавают» под материком.

Более того, такие фрагменты могут в какой-то момент дестабилизировать континентальную плиту и вызвать землетрясения с извержениями вулканов даже на спокойном восточном побережье США, предполагают геологи. Субдукция — опускание одних литосферных плит под края других — явление довольно распространенное. А значит, открытие американских исследователей имеет глобальное значение. Процессы, протекающие в недрах по всему миру, гораздо хаотичнее, чем считалось прежде.

Не меньшей сенсацией стали и новые данные о подземном супервулкане в Йеллоустонском национальном парке в Вайоминге. Впервые выявлен наиболее вероятный источник его «подпитки». Это раскаленной поток породы из земной мантии. Он поднимается с глубины более тысячи километров по узкому каналу в массе холодных, твердых обломков тектонической плиты. И в восьми километрах до поверхности земли образует огромную магматическую камеру.

Такой глубокий канал под вулканом обнаружен впервые. Возможно, так же подпитываются и другие огненные гиганты. Например, на Гавайях.

В недрах под Невадой ученых ждал еще один сюрприз: каплевидная масса остывшей породы, которая висит под западной частью континентальной плиты и медленно погружается в мантию. С помощью других методов измерения она в этом районе не обнаруживалась.

«Некоторые коллеги даже признаются, что отложили работы в своих исследовательских районах до тех пор, пока те не войдут в зону покрытия нашей сейсмометрической сети. Многое из того, что они обнаружили за свою научную карьеру, сейчас под вопросом», — говорит руководитель проекта Вудворд.

С особым интересом специалисты ожидают того момента, когда система будет развернута на востоке США — в почти неисследованном с геологической точки зрения районе. Он хранит много тайн. Одна из них — сейсмическая зона вокруг Нью-Мадрида. Примерно два века назад этот городок в штате Миссури пережил целую серию разрушительных землетрясений. До сих пор непонятно, почему они произошли именно здесь, вдали от сейсмоактивных районов.

Эксперты надеются, что сейсмо­метрическая сеть поможет найти разгадку. А заодно лучше понять природу мощных землетрясений  — и составить новую карту сейсмоопасных зон мира.

Бисмарк, Северная Дакота. На установку обычной сейсмической станции подчас уходят месяцы. А Боб Пирс управляется за один-два дня. В свои сорок девять он уже накопил большой опыт. Размещал по контракту с Военно-воздушными силами датчики для испытания атомных бомб. Проверял пусковые шахты ракет на наличие следов радиации. У него крепкое рукопожатие и четкие правила: не мусорить, не курить, не опаздывать, не тревожить домашних животных. И обязательно позвонить хозяевам участка вечером накануне монтажа. На этот раз в телефонную трубку надо громко говорить. «Владельцы фермы — слабослышащие», — гласит инструкция.

После сотен сложных пируэтов Пирс с помощью компаса выравнивает сейсмометр на бетонном основании шахты по оси север —юг. Подводит к нему кабель. Аккуратно подсовывает под ножки полиэтиленовый пакет и надевает его снизу на корпус прибора, стягивая края наверху. Накрывает трубой, прикрепляет ее к фундаменту. Расправляет раструбом края пакета и наполняет его песком для изоляции. Трясет, чтобы песок уплотнился. Накладывает дополнительные изоляционные слои. Сверлит, стучит молотком, наносит герметик. И затем подключает сейсмометр к аккумулятору и солнечной батарее.

Уже сегодня датчик будет зарегистрирован в сети USArray. Он пошлет первый сигнал и начнет вслушиваться в глубины. Отныне это элемент гигантской матрицы, круглые сутки посылающей колоссальные объемы данных.

Контрольный центр сейсмометрической сети США в Сан-Диего, Калифорния. Изломанные желтые линии, похожие на кривые энцефалограммы, ползут по экрану компьютера Лусианы Астис. Каждая из них — сигнал от работающего
датчика.

По форме кривой женщина может определить характер любой помехи: прибор уловил то ли колебания земной толщи на большой глубине, то ли вибрации двигателя припаркованной рядом машины. Все оставляет «сейсмический след». Даже удары океанского прибоя о кромку американского континента. И все эти данные стекаются сюда.

Если сравнить центр в Сан-Диего с мозгом, куда поступают импульсы от нервных окончаний, то Лусиана Астис — главный невролог. Ее задача — диагностика. 53-летняя уроженка Мексики анализирует непрерывный поток сигналов и отсеивает помехи.

Обнаружив аномалию, она пытается установить причину. Не нарушилось ли электроснабжение сейсмометра? Не поднялась ли влажность вокруг? Не сместились ли датчики в корпусе?

С одним таким прибором хлопот не оберешься. А на попечении у Лусианы их четыре сотни. В Монтане, Вайоминге и Айдахо солнечные панели заносит сугробами. Во многих местах их воруют. В них стреляют из охотничьих ружей. Спутники периодически отключаются. Мыши перегрызают провода. Шахты затапливает водой. Насосы не справляются с ее откачкой. Контакты в разъемах расходятся. При перекосе фундамента ориентация датчика сбивается. Стоит допустить малейшую ошибку при монтаже, например немного криво наклеить изоленту на люк, — и датчик может отклониться на доли миллиметра.

Из своего офиса на калифорнийском берегу Астис дистанционно калибрует датчики сейсмографов. Если у нее ничего не получается, она посылает запрос в диспетчерский центр в Нью-Мексико. Сегодня, например, уже отключились пять станций. Но это дело обычное. Несмотря на проблемы, почти все приборы постоянно передают сигналы.

Грейветт, штат Арканзас. Бэзил Миллер с надеждой смотрит на представителей трех поколений семьи Берчи, собравшихся в гостиной. Тишину нарушает лишь вентилятор, вращающийся под потолком. В этом штате Миллер смог убедить уже семнадцать землевладельцев. Берчи — последние. «Проблем со скотом не будет?» — пытливо спрашивает глава семейства Даг.

«Никаких», — отвечает Миллер. И вскоре отмечает столбом место будущей шахты на заднем дворе фермы. В тысяче трехстах километрах отсюда — в Северной Дакоте — его коллега Боб Пирс накрывает готовую шахту сейсмометра люком, вешает замок и прикрывает земляной насыпью. И на экране компьютера Лусианы Астис в Сан-Диего загорается значок: новая измерительная станция E27A подключена и готова к запуску.

Все системы работают в штатном режиме. В контрольный пункт уже поступило немало данных о землетрясениях по всему миру. Их ударные волны прошли сквозь толщу американского континента и оставили после себя следы — еще пара штрихов к геологическому портрету страны.

Бэзил Миллер включает спутниковый навигатор, определяет местоположение маркировочного столба, записывает координаты для отчета. В паре метров от него белеет на солнце скелет коровы. «Ну, все. Отлично», — говорит он и садится в машину.

Прошел еще один день — сейсмометрическая сеть США продвинулась чуть дальше на восток.

В марте 2014-го она достигнет восточного побережья страны. Многие загадки будут решены. С беспрецедентной точностью локализованы очаги крупных землетрясений. А в недрах под Нью-Мадридом, возможно, откроют «горячую точку» — скопление разогретой мантийной породы. Может, это и есть причина мощных землетрясений, которые происходили здесь в прошлом?

Следующая задача геофизиков: перекинуть сейсмометрическую сеть на Аляску, в царство морозов и полярной ночи. А в дальнейших планах — перенос «подземной обсерватории» в Африку. Возможно, даже в Гималаи, Гренландию или Антарктиду.

07.04.2014