Явление изменения химического состава подземных вод при землетрясении

Землетрясения причиняют человечеству огромный ущерб. Статистика свидетельствует, что на Земле за год происходит около 3 тыс. землетрясений. От них погибает 15 тыс. человек. В некоторых уголках планеты люди живут в вечном страхе перед зловещими явлениями природы.

Наука стремится разгадать причины и механизмы этого стихийного бедствия, научиться своевременно предсказывать его и, возможно, даже предотвращать. Специалисты разных стран, в частности Советского Союза, в последние годы добились значительных успехов в области изучения землетрясений. Есть все основания надеяться, что в ближайшее время катастрофические последствия землетрясений можно будет значительно уменьшить.

При самых больших землетрясениях освобождается энергия, эквивалентная энергии тысяч атомных бомб. Так, мощность очага дагестанского землетрясения 1970 г. равнялась почти 800 млн. кВт•ч. Ясно, что накопление такой энергии совершается постепенно. Установлено, что процесс этот протекает очень медленно - десятки, а то и сотни лет назревают в недрах Земли огромные напряжения. При этом в земной коре переслаиваются породы разной прочности. По мере роста напряжений в неоднородной толще пород довольно часто возникают мелкие трещины. Каждая такая трещина - очаг небольшого землетрясения. Мелкие трещины сливаются в более крупные, сейсмический цикл достигает разрушительной фазы.

Сейсмологам известны различные геофизические методы, используемые при прогнозировании землетрясений. Однако все они, как правило, базировались па учете изменения лишь физических свойств пород и не учитывали физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Описать сейсмический цикл за десятки лет до его осуществления впервые удалось ученым нашей страны.

Не менее, чем долгосрочный прогноз землетрясения, важен и краткосрочный его прогноз. В наше время открытия часто рождаются на стыке наук. Так было и на этот раз. До недавнего времени гидрогеология - наука о происхождении, движении и свойствах подземных вод и сейсмология - наука о землетрясениях, деформациях и прочности пород в недрах нашей планеты- практически не были связаны между собой. Но оказалось, что между ними много общего. Область распространения воды в земной коре простирается до глубины 20-30 км. Здесь же расположена основная масса очагов всех землетрясений земного шара. А нельзя ли рассматривать подземные воды как составную часть среды, еде развиваются сейсмические процессы?

Советские ученые академик АН Узбекской ССР Г. А. Мавлянов, кандидат физико-математических наук В. И. Уломов, доктор геолого-минералогических наук А. Н. Султанхаджаев, научный сотрудник Л. А. Хасанова (Институт сейсмологии АН Узбекской ССР), кандидат геолого-минералогических наук Л. В. Горбушина (Московский геологоразведочный институт), кандидат геолого-минералогических наук В. Г. Тыминский, научный сотрудник А. И. Спиридонов (ВНИИ ядерной геофизики и геохимии), научный сотрудник Б. 3. Мавашев (НИИ курортологии и физиотерапии имени Н. А. Семашко) и член-корреспондент АН СССР Н. И. Хитаров (Институт геохимии и аналитической химии АН СССР) открыли неизвестное ранее явление изменения химического состава подземных вод при землетрясении. Они установили, что в период, предшествующий землетрясению, и в момент самой катастрофы в подземных водах изменяется концентрация содержащихся в них инертных газов гелия, родона и аргона и химических элементов урана и фтора, а также изменяется изотопный состав урана, углерода, аргона.

Рассказывая об одном из вероятных механизмов этого явления, Н. И. Хитаров объясняет, что развивающиеся в зоне очага землетрясения упругие колебания распространяются по водовмещающим горным породам и тем способствуют интенсификации физико-химических процессов, а следовательно, и обогащению подземных вод различными микроэлементами. При этом создаются зоны нарушения сплошности пород, возмущения теплового поля и т. п., способствующие раскрытию пор пород, усиливающие дегазацию. Эти зоны, с одной стороны, активизируют процесс выщелачивания микроэлементов из пород, а с другой - оказывают влияние на скорость взаимодействия и смешения глубинных вод с поверхностными.

Процесс подготовки землетрясения сопровождается формированием в подземных водах, территориально связанных с эпицентральной зоной землетрясения, газово-химической аномалии, проявляющейся в широкой гамме химических показателей. Они помогают получить важную информацию о процессах, протекающих очень глубоко под землей.

Подземные воды обогащаются газами не только при увеличении числа трещин в породах. На состав подземных вод влияют и ультразвуковые колебания в неспокойных недрах. Подземный ультразвук уловить весьма трудно. Зато узнать, что он будоражит глубины, можно, наблюдая за химическим составом воды.

Исследования, проводимые в Ташкенте до разрушительного землетрясения 1966 г., показали, что накануне катастрофы концентрация, скажем, родона в термоминеральной воде возросла почти в 5 раз. Характерно, что после землетрясения концентрация газов в водах и изотопный состав урана и других элементов резко снижаются и становятся такими, как до землетрясения. Изучение дагестанского землетрясения 1968 г. подтвердило выводы ученых. Явление, описанное ими, было зафиксировано и в других сейсмоактивных районах. Благодаря этому землетрясение в Сарыкамыше (1970 г.) было предсказано за три месяца до его начала.

Открытие может содействовать более глубокому пониманию процессов, протекающих в земной коре под воздействием тектонических сил в сейсмоактивных районах.

Описанное открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 129 с приоритетом от 21 февраля 1966 г. Формула открытия такова:

"Установлено неизвестное ранее явление изменения химического состава подземных вод, связанное с землетрясением, заключающееся в том, что в периоды, предшествующие землетрясению, а также в процессе землетрясения в подземных водах, территориально связанных с эпицентральной зоной, возрастает концентрация микрокомпонентов - благородных газов (родон, гелий, аргон), соединений фтора, урана и изменяется их изотопный состав".