Слушать сердце Земли
К 110-летию со дня рождения выдающегося американского сейсмолога Чарльза Френсиса Рихтера.
Эти страшные цифры в обиходе называют баллами. «Семь баллов по шкале Рихтера» — озвучивает диктор хронику январской трагедии на Гаити. На самом деле магнитуда землетрясения характеризует энергию, выделяющуюся в виде сейсмических волн, и с математической точки зрения является безразмерной величиной. А в баллах — от 1 до 12 — землетрясения классифицируют по масштабам причиненных стихией бедствий. Магнитуда, описывающая землетрясение как цельное физическое явление, напрямую с разрушениями в конкретном месте не связана — все зависит от глубины очага подземных толчков, горных пород, рельефа местности. Однако несмотря на отсутствие «наглядных» признаков, изобретенная Чарльзом Рихтером шкала вот уже 75 лет остается самой популярной.
В детстве Чарльз мечтал стать… атомным физиком. Довольно необычное желание для ученика рядовой средней школы в Калифорнии, да к тому же до девятилетнего возраста прожившего на отцовской ферме в Огайо. Соответствующих возможностей у Чарльза, конечно, не было, но он глубоко изучал школьный курс механики, чтобы по окончании школы поступить в Стэнфордский университет. Мечта молодого человека почти сбылась: окончив Стэнфорд, он работал над докторской диссертацией по теоретической физике в Калифорнийском технологическом университете, но неожиданно получил приглашение в Сейсмологическую лабораторию в Пасадене, что, собственно, и определило его научную судьбу. Вернувшись через несколько лет в Калифорнийский технологический университет, Чарльз продолжил начатые исследования и основал мощную сейсмологическую школу. Знаменитая шкала родилась у Чарльза Рихтера как реакция на другую, применяемую в то время — Джузеппе Меркалли. По ней о землетрясении судили субъективно — по степени паники населения и количеству погибших. О силе самих подземных толчков подобный подход говорил косвенно, что не устраивало молодого научного сотрудника Сейсмологической лаборатории.
В основу количественного определения магнитуды Чарльз Рихтер положил объективный показатель — десятичный логарифм выраженной в микрометрах амплитуды колебаний стрелки стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона. То есть в ответ на толчок с магнитудой 1 стрелка прибора отклонится на 1 микрометр, а с магнитудой 2 — с вдесятеро большим размахом. Интересно, что точно так же, в геометрической прогрессии, убывает частота землетрясений с ростом магнитуды: за год на Земле в среднем фиксируют одно землетрясение с магнитудой 8,0 и выше, 10 имеют 7,0—7,9 балла, 100 — 6,0—6,9, 1000 — 5,0—5,9. Теоретически шкала не имеет верхнего предела, однако в реальности толчков силой более 9,5 магнитуды (таким было землетрясение в Чили в 1960-м) человечество не знает — при большей энергии подземного взрыва просто разрушатся горные породы. Побить печальный рекорд природы может разве что падение метеорита или ядерный взрыв (при мощности в 1 мегатонну магнитуда достигает 6,0).
Последующие исследования показали, что шкала Рихтера небезупречна. Дело в том, что толчок происходит под землей, а сейсмограф, призванный его фиксировать, установлен на поверхности. Для учета расстояния между очагом взрыва и прибором в формулу для расчета магнитуды вводят поправки, которые устанавливают для конкретной местности опытным путем. Для калибровки своей шкалы ученый, естественно, использовал подручный (точнее, подножный) материал — землетрясения, наблюдаемые в Южной Калифорнии. Однако, как выяснилось позднее, толчки здесь имеют малую и среднюю силу, а очаг взрыва обычно залегает сравнительно неглубоко, так что для современных расчетов шкалу пришлось «настраивать» заново. Кроме этого — сугубо технического — недостатка существуют и более серьезные. Амплитуда отклонения стрелки отражает поверхностные сейсмические волны, в то время как часть энергии взрыва переходит в волны объемные, причем тем больше, чем глубже очаг землетрясения. Эти «неучтенные» проявления взрыва только через сорок лет смог «поймать» коллега Рихтера — Хиро Канамори из Калифорнийского технологического университета. В его шкале, разработанной в 1977 году, магнитуда рассчитывается на основе смещения массы горных пород вдоль разлома. При землетрясениях силой взрыва до 7 магнитуд шкала Канамори мало отличается от рихтеровской, а вот при более сильных толчках последняя заметно проигрывает в точности. Однако примененный Чарльзом Рихтером логарифмический принцип и в шкале Канамори остался неизменен — точно так же, как и в еще более прогрессивной современной энергетической шкале, рассчитывающей магнитуду землетрясения непосредственно по энергии взрыва.
Несомненная заслуга ученого — активная гражданская позиция. Его усилиями были пересмотрены и самым серьезным образом ужесточены градостроительные нормы. В 1971 году, после землетрясения в Лос-Анджелесе, местные жители по достоинству оценили снятие многотонных лепнин с фасадов зданий — непопулярная мера предосторожности, на которой ученому все-таки удалось настоять, спасла многие человеческие жизни. Кстати, Чарльз Рихтер был искренним противником всевозможных декоративных излишеств не только в архитектуре. Проповедуя философию натуризма — максимальной близости к природе, он неоднократно смущал своих более консервативных коллег участием в нудистских акциях.
