Кыргызские ученые совершили настоящий прорыв в мировой сейсмологии
Специалисты лаборатории механики горных пород Института машиноведения, автоматики и геомеханики Национальной академии наук установили основную причину горных ударов и землетрясений. Что позволяет более точно, чем сейчас, прогнозировать сильные землетрясения и даже предупреждать тектонические землетрясения. Как отмечают авторы, эти достижения стали возможными после их двух научных открытий, связанных с проблемами указанных природных катастроф. Без преувеличения, это - два мировых научных открытия, это – прорыв в мировой сейсмологии, который позволит сократить количество жертв и разрушений от природных катастроф. Ни у кого в мире больше нет подобных разработок - на сегодня это самые передовые методы.
С авторами открытия – отцом и сыном Тажибаевыми – Кушбакали Тажибаевичем, доктором технических наук, профессором, академиком Международной академии, авторов научных открытий и изобретений, и Данияром Тажибаевым, кандидатом технических наук, встретилась корреспондент vb.kg. Ученые в лаборатории рассказали, как велись исследования, в чем суть открытий и получили ли они широкое распространение.
Профессор, как и почему вы решили заняться исследованием землетрясений?
- Мое становление как исследователя началось в Ленинграде, где я учился в аспирантуре в Научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела. Моим научным руководителем был известный не только в России ученый, доктор технических наук, профессор Юрий Михайлович Карташов, а оппонентом Григорий Николаевич Кузнецов - выдающийся учёный в области механики горных пород, основатель научной школы, автор ряда монографий, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР. Другой мой научный наставник Степан Гаврилович Авершин был специалистом №1 в мире по горным ударам. Он очень близко подошел к выяснению причин тектонических горных ударов и землетрясений. А я, как его ученик, вместе с коллегами продолжил исследования и выяснил основную причину этих страшных природных явлений, обосновал и доказал, что путем ступенчатых по мощности искусственных взрывов можно даже предотвращать землетрясение, - говорит Кушбакали Тажибаев.
- С академиком Ильгизом Торокуловичем Айтматовым мы открыли ранее не известное явление скачкообразного освобождения остаточных напряжений в горных породах. Это явление я исследовал дальше, и оказалось, что с остаточными напряжениями связана основная причина и механизм горных ударов (по сути, слабых землетрясений) и тектонических землетрясений. Сущность этого явления состоит в том, что в горных породах при их образовании из высокотемпературной магмы создаются остаточные напряжения, и они при нарушении их равновесия другими силами могут проявляться в виде динамического разрушения горных пород с выделением сейсмической энергии. Все это природное явление. Поэтому мы назвали эти напряжения, которые являются основным источником энергии сейсмических событий, генетическими остаточными напряжениями.
Остаточные напряжения, когда они выходят из равновесия, то дают сначала знакопеременную скачкообразную деформацию, а часа через два-три, иногда через 2-5 суток после таких аномальных деформаций происходит динамическое разрушение горных пород в очагах – землетрясение. То есть мы выяснили основную причину и механизм сначала горных ударов, а через них – на больших масштабах и тектонических землетрясений. Масштабы, конечно, бывают разные, но механизм, основная причина горных ударов и землетрясений одна – это проявления остаточных напряжений сначала в виде скачкообразной деформации, и затем в виде катастрофического динамического разрушения горных пород в очаге. На основе этого, детально изучая указанный деформационный предвестник, можно уже более точно прогнозировать тектонические горные удары и землетрясения.
Например, вот на этом прессе мы проводили исследования и столкнулись с таким неожиданным явлением, - продолжает Кушбакали Тажибаевич, показывая внушительных размеров массивный 100-тонный пресс в лаборатории. – Мы сжимали разные образцы горных пород. По закону Гука при сжатии идет линейная продольная деформация, а в поперечном направлении - расширение. Это всегда так. Но оказалось, что если внутри образца имеются значительные остаточные напряжения, то деформация может проявляться скачкообразно. В этом случае закон Гука нарушается. Мы тогда сжимали образец в продольном направлении, и после некоторой продольной деформации неожиданно деформация не происходила, даже если внешняя нагрузка росла. Напротив, вопреки существующим представлениям, при увеличении внешней сжимающей нагрузки, в средней части образца наблюдалось расширение в продольном направлении. Это не логично, такого по закону Гука быть не может.
Об этом свидетельствовали ранее проведенные многочисленные опыты. Но, создавая далее остаточные напряжения, я на конкретных примерах и экспериментальных фактах показал своим коллегам и в Москве, и Петербурге, и в Новосибирске реально полученные аномалии деформации, после которых образцы разрушались динамически с выделением звука и энергии колебаний. То есть мы доказали, что скачкообразные и знакопеременные деформации реально возможны и такие аномальные деформации происходят перед горными ударами и землетрясениями.
То есть вопреки утверждениям, что точно прогнозировать землетрясения невозможно, вы уверены, что все-таки можно? Но каким образом узнать, где оно случится?
- Да, сейчас во всем мире есть такое утверждение, что прогнозировать точно землетрясения невозможно. И это действительно так, потому что во всех сейсмостанциях в мире имеются в основном только сейсмометры, которые измеряют следствие этого явления. Но важны его причина и предвестники. И мы их нашли. Наше научное открытие показало самый верный признак – перед горным ударом и тектоническим землетрясением идет скачкообразная деформация. Также перед землетрясением скачкообразно меняются напряженность магнитного и электрического полей. Поэтому в своих научных статьях мы утверждаем, что найдены научные основы и пути успешного прогноза тектонического землетрясения. Но, чтобы успешно прогнозировать его, необходимо переоборудовать сейсмостанции, а именно: установить рядом с сейсмометром еще и деформометр, магнитометр и измеритель электрического потенциала. Если три этих разных прибора покажут одинаковую аномалию, то это будет достоверная информация, повышающая точность прогноза. Он будет на порядок выше.
Кстати, японские исследователи в свое время отмечали скачки деформации перед землетрясениями, но, как отмечалось, им был непонятен физический смысл этих аномальных движений. А мы выяснили и установили, что смысл этих аномальных движений в генетическом остаточном напряжении в горных породах. Это открытие мы сделали еще в 1998 году. И на основе этих научных данных открывается возможность прогнозировать тектоническое землетрясение. В процессе дальнейших исследований мы заинтересовались, а возможно ли предотвращать землетрясения.
Как оказалось, и это возможно?
- Да. Не один год мы изучали свойства разных пород, как происходят горные удары в них. И выяснили причину и механизм этого грозного явления, то есть дошли до сути, как можно предотвратить горный удар и землетрясение. Недавно получили патент на изобретение Евразийского патентного ведомства: "Способ предотвращения тектонических землетрясений" (Патент № 045700) . Это признание наших научных результатов. Патент действителен во всех странах СНГ.
Данное научное достижение стало возможным на основе выявленного нами недавно закона в области физики твердого тела. Он называется для непосвященного возможно немного мудрено: закономерность изменения относительной величины скорости ультразвуковой поляризованной сдвиговой волны от механического напряжения в твердых материалах. Этому закону присвоили мое имя, как его открывателя. Мы вывели формулу, по которой через величину скорости можно определить те опасные напряжения, которые являются основной причиной горных ударов и землетрясений. На основе этого закона был разработан метод определения напряжений, опасных остаточных и действующих. Все это имеет научные доказательства и обоснования для многих твердых материалов.
Закон проверен и работает на многих твердых материалах – металлах, технических других твердых материалах, горных породах. На основе этого закона можно определить главный показатель, главную причину указанных выше катастроф, то есть напряжения. Суть способа предотвращения тектонических землетрясений состоит в том, что сначала по напряжению определяется сейсмоопасный участок. Если напряжение повышает прочность, значит, участок опасный, в нем могут быть разрушения. После определения сейсмоопасного участка пробуриваются примерно на глубину одной тысячи метров скважины, в которые закладывается взрывчатое вещество. При взрыве происходит сотрясение, которое и снимает напряжение. Но реально для разгрузки от опасных напряжений большого участка потребуются сотни, а то и тысячи тонн промышленной взрывчатки. Как ее размещать в небольших объемах скважин? То есть проблема, по сути, не разрешимая. Поэтому мы предложили применять взрыв небольших ядерных зарядов.
В научной литературе есть еще одно доказательство, подтверждающее наши исследования. В свое время в российском городе Снежинске (Челябинск-70), ранее закрытом, испытывали ядерные заряды и попутно исследовали сейсмический режим. И выяснилось, что в этих районах, где периодически случались сейсмические события, их не стало, потому что произошла разрядка напряжения. Можно использовать небольшое количество глубинных ядерных зарядов. Взрывы этих зарядов могут разгрузить опасные напряжения, и в той зоне однозначно не будет землетрясения в случае доведения напряжений до безопасного уровня.
Конечно, при работе с ядерными зарядами предусматривается высочайший уровень безопасности, вплоть до бетонирования скважин до ста метровой глубины. Уничтожение же ядерных зарядов происходит на очень большой глубине и вреда окружающей среде и людям от него не будет. Напротив, целесообразность этого способа состоит в том, что оружие массового поражения людей, наоборот, применяется для их спасения от последствий землетрясений, которые в считанные секунды разрушают города и уносят тысячи человеческих жизней. Тем более, что в мире накоплено огромное количество ядерных зарядов, которые с пользой можно уничтожать для обеспечения безопасности жизни людей, проживающих в сейсмоопасных горных регионах.
Уже известны зоны с сильными землетрясениями. Это – Средне-Атлантический хребет, западные горные регионы Северной и Южной Америки, Кавказ, Центральная Азия, Алеутские острова, Япония, Индонезия, Камчатка. Как нам удалось установить, эти сейсмоопасные зоны полностью совпадают с зонами андезитового магматизма, то есть с зонами, где горные породы образуются из высокотемпературной магмы. А с магматизмом в свою очередь связано образование высоких генетически остаточных напряжений, которые обуславливают динамические разрушения горных пород в очагах. В недрах имеется большой потенциал энергии, когда их выводят из равновесия внешние силы, то происходят сейсмические события. Япония, образно говоря, расположена на пороховой бочке. В недрах этих островов имеется колоссальная энергия горных пород в виде остаточного напряжения в них. Когда они выходят из равновесия всегда дают катастрофические взрывные разрушения горных пород в очагах.
Если ваши разработки позволяют с достаточной точностью прогнозировать, где тряхнет в очередной раз, почему они не получили широкого распространения?
- Проект, конечно, дорогой, потребуются большие затраты на переоборудование сейсмостанций во всем мире, чтобы хотя бы сначала начать заниматься прогнозом тектонических землетрясений, а в перспективе и их предотвращением. Требуются не только средства, но и время, а главное – понимание. Потому что инертность мышления, существующие представления менять придется долго. Сотрудники Института сейсмологии, где работают очень опытные специалисты, президент Академии наук, который ранее возглавлял этот институт, вникли в суть наших открытий, поняли их значимость. Во время встречи с ними я предложил объединить интеллектуальные усилия, сказал, что если мы это сделаем, то страна станет лидером в области сейсмологии в мире. Мы уже и так достигли немало по части научного обоснования не только прогноза, но и предотвращения тектонических землетрясений. Коллеги согласились.
Вместе с Кушбакали Тажибаевичем в его команде работает его сын, который закончил Горный институт, стал горным инженером, кандидатом технических наук.
- В институт пришел в 1994 году, думал, что надолго здесь не задержусь. Но работа оказалась очень интересной. Практически свойства всех горных пород, которые есть в нашей стране, мы определяли и определяем в этой лаборатории. Наш институт очень востребованный. В науке еще многое не раскрыто, над разгадкой тайн предстоит еще поработать. И мы работаем, - сказал младший Тажибаев, подающий большие надежды в науке.
