До дрожи в земле
Кандидат химических наук Максим Абаев
Иногда зима так раскачивает температурные качели, что они становятся больше похожими на американские горки.
Выходить из состояния покоя и равновесия земная поверхность может по разным причинам. Первая и самая очевидная — это, конечно, настоящие землетрясения. Зарождающиеся в глубине земной коры в результате тектонических процессов сейсмические волны, выйдя на поверхность, могут натворить много бед. Но не то что управлять этими разрушительными проявлениями природной стихии, а даже предсказывать их человек пока толком не научился. Всё, что мы можем, — это сказать, где примерно произойдёт землетрясение, но ничего не знаем о том, когда это случится.
Ощутить дрожь земли, пусть и не такую мощную, можно и от сугубо техногенных процессов, например, при выработке горных работ, строительстве фундаментов или движении гружёных железнодорожных составов, что зимой, что летом. Но если ничего этого рядом нет и вы находитесь далеко от краёв литосферной плиты, там, где отродясь не было никаких землетрясений, а земля под вами вдруг затряслась? Что ж, и такое возможно, правда, для этого должны сложиться весьма специфические погодные условия. И с разговоров о зимних температурных катаклизмах мы начали не просто так.
Раз в несколько лет жители какого-нибудь относительно северного региона после резкого похолодания сталкиваются с необычным природным явлением — морозотрясением, или по-научному криосейсмической активностью. Очевидцы обычно описывают это как небольшую вибрацию земли или отдельные толчки, похожие на то, как ощущаются колебания земли, если стоять рядом с проходящим товарным поездом. Кто-то даже слышит гул, исходящий как будто из-под земли. Интересно, что эти явления, как правило, очень локальны и не распространяются от «эпицентра» дальше двух сотен метров. Поэтому если вам вдруг посчастливилось столкнуться с морозотрясением, а ваш сосед ничего не слышал и не чувствовал, не спешите списывать всё на «показалось». Потому что не показалось. Результатом морозотрясений вполне могут стать трещины на дороге или в не очень качественном фундаменте дома.
Морозотрясение не стоит путать с «лёдотрясением», которое существует в Антарктиде, где периодически легонько потряхивает двигающиеся ледники. При морозотрясении ничего никуда не двигается. Да и происходят они там, где до ближайшей полярной станции даже на самолёте лететь и лететь. Но раз мы уже столько сказали про само явление, настала пора разобраться, как и из-за чего оно происходит.
То, что морозотрясение связано с отрицательными температурами, наводит на мысль, что оно может быть как-то сопряжено с замерзанием воды. Вода, как известно, обладает очень редким свойством увеличиваться в объёме при переходе из жидкого состояния в твёрдое, то есть в лёд. Из-за этого в северных морях-океанах плавают, а не тонут айсберги, в прудах зимой подо льдом в воде плавают рыбы (а не сразу вмерзают в лёд), и происходит ещё много чего. Но только одной низкой температуры недостаточно, чтобы во- гнать промёрзшую землю в дрожь, иначе у нас полстраны по полгода трясло бы от холода. Чего, к счастью, пока не происходит. Поэтому важно не то, что земля промерзает, а то, как она промерзает.
Большинство случаев морозотрясения, которые учёные описывали в своих исследованиях, были связаны с резким похолоданием, когда «около нуля» за очень короткое время, как правило, не больше суток, превращалось в «минус очень много». В прогнозах погоды это обычно называют прорывом холодных арктических воздушных масс. Но не каждое резкое похолодание заканчивается морозотрясением. Чтобы что-то замёрзло, сначала это что-то должно оттаять. Ну или уже быть не замёрзшим. Другими словами, земля должна быть хорошо увлажнённой, что возможно либо после обильных дождей, либо после сильной оттепели (а лучше и того и другого). Ещё лучше, если воды изначально будет много. Например, группа исследователей из Оулуского университета в Финляндии недавно установила, что в окрестностях города Оулу больше всего морозотрясений наблюдается ближе к заболоченным местам.
Если грунт с высоким содержанием воды быстро замерзает и увеличивается в размерах, он начинает сдавливать окружающие породы, которые не выдерживают давления и трескаются, что и порождает колебания и необычный гул, сопровождающий этот процесс. Те же финские исследователи из Оулу обнаружили ещё один фактор, способствующий морозотрясениям. Оказалось, что помимо заболоченной местности «дрожь земли» от мороза тяготеет к… автомобильным дорогам. Особенно, если их перед этим тщательно почистили от снега. Дело в том, что снег, когда его много, «работает» как одеяло для поверхности, замедляя скорость её остывания. Поэтому даже если температура воздуха падает со скоростью больше одного-полутора градусов в час (примерно такая скорость похолодания способна запустить морозотрясения), грунт под слоем снега остывает заметно медленнее. Земля промораживается на меньшую глубину, а у образовавшейся замёрзшей корки просто не хватает «сил», чтобы разломать окружающие её породы.
По той же причине морозотрясениям больше благоволят открытые просторы, чем поросшие всякой растительностью, и ясное звёздное небо. В статье «Холод космоса не так уж далёк, как кажется» (см. «Наука и жизнь» № 3, 2021 г.) описано, как «работает» радиационное охлаждение, или «космический холодильник». В двух словах суть этого процесса заключается в следующем: любое тело с температурой выше абсолютного нуля излучает тепловые волны, которые, если ничем не отражаются, улетают прямиком в космос, забирая с собой тепло. Так образуется иней на траве в ясную ночь, даже если температура воздуха остаётся выше нуля. Зимой ночи длиннее, атмосфера прозрачнее, поэтому и охладиться у хорошо почищенной дороги, в буквальном смысле открытой космосу, шансов больше.
Вот только «дрожать» дороге зимой совсем не полезно: от этого на ней быстрее появляются трещины, разрушается покрытие, кое-где проваливается грунт. Ведь расширившись при замерзании и заняв большее пространство, грунт во время оттепели возвращается к своему первоначальному объёму, оставляя пустоты. Конечно, речь не идёт о провалах размером с карстовую воронку, но даже микроперепады высоты не добавляют прочности покрытию.
В целом из-за глобального изменения климата и роста количества экстремальных погодных явлений морозотрясения могут стать частым гостем в наших более или менее северных широтах. Конечно, обильные снегопады и проливные дожди, а также их сочетания способны причинить намного больше хлопот и неприятностей, чем скромные морозотрясения, — дрожь и треск утонут в городском шуме. Но если вы окажетесь после резкого похолодания где-нибудь в чистом поле в тишине и одиночестве, прислушайтесь. Вдруг вы почувствуете, как и земле тоже бывает холодно!
Статьи по теме
Читайте в любое время
