CC BY
16
КОРА ЗЕМЛИ EARTH'S CRUST
Владимир Викторович ФИЛАТОВ*
Владимирский государственный университет им. А. Г и Н. Г. Столетовых, Владимир, Россия
filatov47@bk.ru
vladimir viktorovich FILATOv*
Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs, Vladimir, Russia
*filatov47@bk.ru
Аннотация
Главные объекты внутреннего строения Земли: кора, мантия, внешнее и внутреннее ядро - были выявлены в 1940-е гг. на основании изучения закономерностей распространения продольных и поперечных волн землетрясений, зарегистрированных в различных регионах мира. Выдающаяся роль в решении этой проблемы принадлежит Дж. Милну, Б. Б. Голицыну, Э. Вихерту, Р. Д. Олдгему, Б. Гутенбергу, Х. Джефрису, И. Леманн, А. Мохоровичичу и К. Е. Буллену. Благодаря тщательной интерпретации волновой картины Покупского землетрясения 1909 г. А. Мохоровичич установил границу раздела между земной корой и мантией, которую стали называть границей Мохо. К сожалению, в отечественной геолого-геофизической литературе отсутствуют публикации о жизни и деятельности А. Мохоровичича. Поездка автора статьи в 2018 г. на родину А. Мохоровичича в Хорватию подвигла его на написание биографической статьи об этом выдающемся сейсмологе. Исходными данными для написания статьи послужили публикации сотрудников кафедры геофизики факультета естественных наук Загребского университета.
Ключевые слова: внутреннее строение Земли, землетрясения, сейсмология, сейсмические волны, граница Мохо, земная кора, А. Мохоровичич.
Abstract
The main objects of the Earth's internal structure: crust, mantle, outer and inner core - were identified in the 1940-s on the basis of studying the propagation regularities of longitudinal and transverse earthquake waves recorded in various regions of the world. An outstanding role in solving this problem belongs to J. Milne, B. B. Golitsyn, E. Wichert, R. D. Oldham, B. Gutenberg, H. Jeffries, I. Lehmann, A. Mohorovicic and K. E. Bullen. Thanks to a careful interpretation of the wave pattern of the Kupa valley earthquake in 1909, A. Mohorovicic established the boundary between the earth's crust and the mantle, which came to be called the Moho boundary. Unfortunately, in the domestic geological and geophysical literature there are no publications about the life and work of A. Mohorovicic. The trip of the author of the article in 2018 to the homeland of A. Mohorovicic in Croatia prompted him to write a biographical article about this outstanding seismologist. The initial data for writing the article were the publications of the Geophysics Department staff of the Natural Sciences Faculty of the University of Zagreb.
Keywords: the internal structure of the Earth, earthquakes, seismology, seismic waves, the Moho boundary, the Earth's crust, A. Mohorovicic.
На тихой и малолюдной северной окраине Загреба, у подножия горы Медведницы, под густой сенью деревьев находится одно из красивейших кладбищ Европы - Ми-рогой. Не кладбище, а роскошный некрополь, на котором с 1876 г. хоронят выдающихся людей Хорватии. Первым в Мирогое был похоронен загребский учитель фехтования Мирослав Зингер. Планировка кладбища и его великолепное архитектурно-художественное оформление были созданы по проектам архитектора и урбаниста, уроженца Германии Германа Боле, для которого Хорватия, Загреб и Мирогой стали с 1876 г. второй родиной. Бюст Боле встречает на входе посетителей в парк-кладбище.
Для меня посещение кладбища Мирогой, а точнее, могилы Андрея Мохоровичича, было главной целью поездки в Хорватию в августе 2018 г. Почему? Об этом мой рассказ.
Наиболее точное и полное описание земного шара - есть сам шар земной.
Л. М. Леонов
Земля - наш общий дом, или «колыбель человечества», как поэтично охарактеризовал ее К. Э. Циолковский. И он тысячу раз прав! Земля дала жизнь человечеству, вспоила и вскормила его, дала возможность выжить и развиться из гуманоида в homo sapiens. Поэтому что может быть дороже дома для любого человека, независимо от того, что его дом собой представляет: чум, дворец, городскую квартиру, избу, шалаш, в котором и с милой, и без милой всегда рай, землянку, нору или весь земной шар. И каждый считает свой дом своей крепостью, в которой он может спастись от любых бед и напастей.
Земной дом даден человеку природой. Человек его не строил. Он его получил просто так, в дар, и стал осваивать и изучать с того момента, как осознал себя. Но до сих пор наши представления о том, по какому плану и как устрое-
Фото 1. Кладбище Мирогой. Центральный вход Фото 2. Кладбище Мировой
на Земля, являются приблизительными и не выходящими за рамки многочисленных гипотез. В космос человек проник с помощью радиотелескопов на гигантские расстояния в сотни миллионов световых лет, а в земную твердь смог погрузиться путем бурения Кольской сверхглубокой скважины всего на 12 262 м и то только в одной точке, т. е. всего на 0,0019 долю земного радиуса. Поэтому Земля, несмотря на успехи в ее изучении, все еще остается для нас в значительной мере terra incognita.
Плодотворное инструментальное изучение внутреннего строения Земли началось только в конце XIX-начале XX в. путем измерения ее физических полей: магнитного, гравитационного, электромагнитного, теплового, сейсмического и др. Исследования и анализ результатов изучения физических полей позволили получить представления «о физическом состоянии и физических свойствах материала твердой Земли в целом и крупных ее частей, а также рассмотреть физические и физико-химические процессы, протекающие в недрах земного шара и обусловившие современную структуру нашей планеты» [1]. Этот фундаментальный вывод, сделанный академиком В. А. Магницким еще в 1953 г., остается актуальным и спустя почти век.
Из всего многообразия физических явлений, происходящих в недрах Земли, наибольшее значение для ее изучения имеет сейсмичность. Что такое сейсмичность? Это способность земных недр порождать землетрясения. При землетрясениях в течение нескольких секунд происходит выделение огромного количества механической энергии, приводящей к катастрофическому разрушению и геологической среды, в которой заключен очаг землетрясения, и всего того, что на ней и в ней создано человеком. Трагична в этом случае и участь человека.
За пределами очага землетрясения деформация геологической среды имеет обратимый или упругий характер и распространяется во все стороны в виде различных типов упругих, или сейсмических, волн. Свойства этих волн, и прежде всего скорости, с которой они распространяются, зависят от физических свойств вещества, через которое они проходят. А траектории распространения волн определяются в основном двумя простыми физическими законами, известными даже школьникам: зако-
ном отражения и законом преломления. Таким образом, сейсмические волны, выходя из очага землетрясения и достигая дневной поверхности, где они регистрируются сейсмографами, несут сведения о вещественном составе и строении Земли от поверхности до ее центра.
Академик Борис Борисович Голицын - один из основоположников сейсмологии, науки о землетрясениях, их причинах, последствиях, прогнозировании, мерах защиты от их разрушительного действия, о методах и инструментах регистрации сейсмических волн - дал очень образное и научно точное и емкое определение землетрясения, сравнив его с фонарем, кратковременные, но яркие вспышки которого, освещая земные недра, позволяют рассмотреть, как они устроены на различных глубинах и из какого вещества состоят, и каково состояние этого вещества: твердое оно или жидкое. Но глаз наблюдателя при этом должен быть пронзительно острым, а не рассеянно-ленивым.
Существует и иная, библейская трактовка землетрясения, изложенная в Талмуде: землетрясение - это грусть Бога. Узнав об этом, я подумал, да, жесток иудейский Бог, если его грусть утоляется разрушениями и гибелью невинных людей.
К настоящему времени почти все прямые данные о внутреннем строении Земли установлены путем изучения закономерностей распространения в ней продольных Р и поперечных 5 сейсмических волн, порожденных землетрясениями. Эти данные были получены исследователями разных стран: немцами Э. Вихертом, Б. Гутенбергом и К. Цеппритценом, англичанами Дж. Милном, Р. Д. Ол-дгемом и Х. Джефрисом, датчанкой И. Леманн, русским Б. Б. Голицыным, австралийцем К. Е. Булленом и многими другими. Равным по значимости содеянному этими выдающимися учеными является и хорватский метеоролог и сейсмолог Андрия (Андрей) Мохоровичич. Кто он и откуда родом?
Все Мохоровичичи - уроженцы полуострова Ис-трия. Андрей Венедикт (таково его полное имя) родился в простой рабочей семье 23 января 1857 г. в поселке Волоска, расположенном на берегу залива Кварнер Адриатического моря, недалеко от городка Опатия. Его отец,
родившийся в 1826 г. в городке Руковац, был кузнецом, работал на верфи. Отца звали Андрей, а мать, домохозяйку, уроженку Бреги, - Марией. Чем не библейская семья, подобная семье Христа, если заменить кузнеца Андрию на плотника Иосифа. Матери не довелось дожить до успехов сына, а вот отец их вкусил сполна. Он умер в 1906 г. Матери, к сожалению, не пожилось. Она умерла в 41 год, когда ее первенцу шел шестой год. Отец женился еще раз. От обеих жен в семье Мохоровичичей было восемь детей. Семьи тогда были многодетными. У отца Андрея было тоже восемь братьев и сестер. Дети были в то время богатством семей, а не случайной и досадной обузой.
Имя Андрей - традиционное в семье Мохоровичичей. Этим именем в семье всегда называли первого сына. Вот и Андрей, став отцом, назвал Андреем своего первенца. А всего в семье Андрея и его жены Сильвии Вернич, дочери капитана, на которой он женился в 1883 г., живя в Бакаре, родилось четверо сыновей. Кроме старшего Андрии еще Иван, Степан и Франьо. Биографы пишут, что Андрей любил море, но почему-то не связал с ним свою жизнь. Вся она прошла на суше, изучая атмосферу и недра которой, он и прославился как величайший хорватский ученый [2].
С детства Андрей выделялся среди сверстников одаренностью, высоким уровнем развития, склонностью к изучению точных наук и языков; в 15 лет он знал итальян-
Фото 3. Дом, в котором родился А. Мохоровичич
ский, французский, английский языки. Позже он самостоятельно изучил немецкий и чешский языки, латынь и греческий. В начальной школе он учился в Мотулье, а в гимназии, которую окончил с отличием, - в Риеке. Высшее образование он получил на философском факультете в одном из старейших в Европе Карловом университете в 1875-1878 гг. Почему он вынужден был уехать так далеко от дома и пренебречь учебой в Загребском университете? Первая причина была прозаична. Загребский университет хоть и был основан в сентябре 1669 г. на базе иезуитской академии, но современный, европейский вид его начал складываться только с января 1874 г. В его составе тогда было три факультета: юридический, теологический и философский. Поэтому получить хорошее образование в таком университете было сложно. Вторая причина, по которой Андрей сделал выбор в пользу Карлова университета, заключалась в том, что в университете занятия велись не только на чешском, но и на английском языке, которым он хорошо владел.
В Праге Андрей серьезно изучал физику и математику. Благо, что здесь для этого были великолепные условия. Среди профессоров, которые его учили, было немало крупных ученых, в том числе выдающийся австрийский физик, ректор университета с 1879 г. Эрнст Мах, который занимался изучением ударных волн, впервые описал их в 1880 г. и получил первое изображение пули, летящей со сверхзвуковой скоростью. Возможно, работы Э. Маха по динамике звуковых волн сыграли немалую роль в том, что Андрей в начале XX в. стал заниматься изучением землетрясений. У Э. Маха он слушал лекции по экспериментальной физике, науке об электричестве, фосфоресценции, теоретическому дополнению к экспериментальной физике. Будучи студентом, он, пожалуй, в первый и последний раз отдал должное общественной деятельности, став основателем и секретарем академического общества хорватского языка Иогуа1 [3].
Итак, университет закончен. Как дальше стала складываться жизнь у 22-летнего выпускника Карлова университета? После возвращения в Загреб он был сначала назначен на год преподавателем в классическую гимназию; в 1880 г. его перевели в среднюю школу в город Осиек - самый многолюдный на тот момент город в Хорватии. Но ни в Загребе, ни в Осиеке он почему-то не задержался. Переезды закончились в ноябре 1882 г., когда Андрею по его просьбе дали место преподавателя математики, физики и метеорологии в Морском училище в городке Бакар, где был большой порт и судоверфь. Родные места! От Бакара до Риеки два десятка километров, до Опатии и отчего дома чуть больше - около пятидесяти. Разве это расстояния! Бакар для него был ценен еще и тем, что это был родной город его жены Сильвии. Правда, в университете он не посещал семинары по метеорологии. Но разве это препятствие? Андрей стал с большим успехом одновременно и преподавать, и осваивать, и развивать метеорологию в Бакаре.
Девятилетний бакарский период в жизни и деятельности Андрея бесценен тем, что в эти годы он сформировался в самобытного исследователя [4]. Для этого была благоприятная обстановка. В то время было обычным и даже поощряемым участие учителей в научных исследованиях. Одним из важнейших результатов научно-педа-
гогической работы в училище стало открытие 1 мая 1887 г. метеорологической станции благодаря поддержке правительства и сотрудничеству с директором метеостанции риекской Морской академии Петером Сальхером. Станция и проводимые на ней наблюдения, по словам Андрея, служили ему опорой для чтения лекций, имевших большое значение для обучения будущих моряков, особенно штурманов, а также для научных исследований по изучению погоды «из-за особого орографического положения Бакара». Андрей сумел оснастить станцию хорошими базовыми инструментами, а для наблюдения за скоростью и направлением движения облаков на разных высотах он сконструировал специальный прибор - нефоскоп, дополняя наземные измерения редкими данными, получаемыми во время полетов на воздушных шарах. Создав метеостанцию и используя ее как научный инструмент, он выполнил оригинальный климатологический анализ облачности, изучил типы облаков. Исследуя воздушные потоки, он сделал открытие, установив существование атмосферных вихрей с горизонтальной осью вращения. Это открытие, хоть и опубликовано было в 1889 г. в солидном метеорологическом журнале на английском языке, оказалось забытым почти на полвека. Но позже оно было извлечено из пыльных анналов и существенно повлияло на метеорологические исследования в мире [5]. В Бакаре Андрей за успехи в педагогической и научной работе получил звание профессора средней школы. Редкое звание, которое, кажется, было принято присваивать только в средней школе Хорватии.
К 1891 г. Андрей «вырос из Бакара», как мальчик вырастает из коротких штанишек. Подобно римскому императору Августу, сказавшему: «Я принял Рим кирпичным, а оставляю его мраморным», он мог бы также сказать о себе: «Я приехал в Бакар школьным учителем, а покидаю его ученым». В конце 1891 г. он был переведен по собственному желанию в научную гимназию в Загреб. Но теперь он уже был не в положении начинающего педагогическую карьеру выпускника Карлова университета, как в 1878 г. Теперь он был известным в стране ученым-метеорологом. Поэтому спустя непродолжительное время, а точнее, с 1 января 1892 г., он возглавил метеорологическую обсерваторию, созданную в 1861 г. Иваном Стоиром в Верхнем городе в старейшей части Загреба - Гриче. Через два года Андрей существенно упрочил свой научный авторитет. Обобщив результаты исследований, полученных на ба-карской метеостанции, он в 1893 г. защитил диссертацию на тему: «О наблюдении облаков, а также о суточном и часовом периоде облачности в Бакаре» и стал доктором философии Загребского университета.
1893 год явился для Андрея годом значительных перемен и многих важных начинаний. Это и создание станций по наблюдению за грозами и градозащитных станций, и создание службы времени, и начало педагогической деятельности в Загребском университете сначала в качестве адъюнкт-доцента, позже - адъюнкт-лектора и профессора. На философском факультете он читал курсы лекций по различным проблемам метеорологии, геофизики и астрономии; до 1900 г. он преподавал в Высшей коммерческой школе; в 1899-1900 учебном году вел курс лекций по метеорологии и климатологии на факультете лесного
хозяйства; Хорватская академия наук и искусств избрала его ассоциированным членом, а с 1898 г. он стал действительным членом академии.
Но главной областью его деятельности оставалась метеорология. Существенно обновив инструментарий обсерватории, он сделал ее центром по координации метеорологических наблюдений в стране. К 1901 г. он создал 79 метеостанций и объединил их в единую сеть со всеми ведомственными и частными метеостанциями. Благодаря этому, а также из-за сотрудничества с метеорологическим станциями и обсерваториями европейских стран, Андрей стал по просьбе редактора загребской газеты Agromer Zeitung регулярно публиковать прогнозы погоды с завидной для того времени успешностью: к 1896 г. им было опубликовано 286 прогнозов, три четверти из которых оказались верными. Выдающийся результат даже по современным меркам, достигнутый не только тщательными измерения, но также в значительной степени благодаря тонкому математическому анализу данных измерений. Математически конечную цель метеорологических исследований Андрей видел в том, чтобы установить дифференциальные уравнения движения воздушных масс и получить из них в виде интегралов формулы, описывающие общие атмосферные циркуляции и вытекающие из них частные случаи: циклоны, антициклоны, торнадо и грозы.
Первая мировая война многое изменила в работе Андрея по метеорологии. Он лишился сотрудников и помощников, призванных в армию, прекратилось его общение с метеостанциями и обсерваториями европейских
Фото 4. А. Мохоровичич
стран, перестал он публиковать и прогнозы погоды. Но к этому времени его деятельность была уже посвящена в основном сейсмологическим исследованиям. Начались они не вдруг и не сразу - около 1900 г.
Почему он «изменил» метеорологии? У биографов Андрея нет ни однозначного, ни многозначного ответа на этот вопрос. Они высказывают только различные догадки и предположения, потому что не располагают для этого никакими документами. После смерти Андрея не осталось ни его переписки, ни дневников-воспоминаний. Ничего. Поэтому биографы охарактеризовали переход Андрея от одной области деятельности к другой на середине жизни, в сорок с небольшим лет, рискованным поворотом в его научной карьере [4]. Какова подоплека этого «поворота», мы, вероятно, никогда не узнаем. Но то, что в научном плане он был действительно «рискованным», биографы Андрея, безусловно, правы. Какая огромная дистанция разделяет метеорологию и сейсмологию! За «поворотом» для него была неизвестность, неопределенность, для раскрытия которой математиками еще не было придумано соответствующее «правило Лопиталя». Знать бы, где упасть, соломки бы подстелил. Но какой провидец может определить место, где ты упадешь, и каким болезненным будет это падение?
С чего начал Андрей свои исследования по сейсмологии? С того же, с чего он начинал работу в Бакаре. «И опыт, сын ошибок трудных, и гений, парадоксов друг» стали для него и на новом месте главными опорами.
«Гром не грянет, мужик не перекрестится» - говорит поговорка. В соответствии с этой истиной и стала создаваться сейсмологическая служба Хорватии после того, как утром 9 ноября 1880 г. произошло Великое загребское землетрясение с магнитудой равной 8. Эпицентр землетрясения находился за городской чертой возле горы Мед-ведницы, поэтому погиб только один человек, но в городе было повреждено и разрушено более 1700 зданий. Осо-
Фото 5. А. Мохоровичич. Загреб. 1902 г.
бенно сильно пострадал центральный неф кафедрального собора. Его восстановлением более четверти века занимался Герман Болле, почти до следующего землетрясения.
Власти и люди были очень напуганы случившимся, и по горячим следам в Академии наук был создан Комитет по землетрясению. Со временем его членом стал и Андрей. Когда страхи прошли, жизнь пошла по принципу: «Улита едет, когда-то будет» ... следующее землетрясение. Только в 1901 г. Андрей смог получить электрический сейсмоскоп, в 1905 г. в кредит купил в Будапеште сейсмограф У1сепйш-Копко1у и установил его в подвале метеорологической обсерватории, и с помощью него в отсутствие пока местных балканских землетрясений регистрировал сигналы от далеких землетрясений, в частности, 4 апреля 1906 г. от Сан-Францисского. Эта дата считается днем основания Загребской сейсмической станции. Сейсмограмма этого землетрясения значится под номером 9.
Регистрация телесейсмических событий убедила Андрея в необходимости обзавестись более совершенным прибором. Таким в то время был сейсмограф конструкции "ШесЬейа. С установкой двух новых горизонтальных сейсмографов "ШесЬейа, один из которых весил 1000 кг, в 1908 и 1909 гг. Загребская сейсмостанция с первоклассными часами Рифлера и другими инструментами встала, по словам Андрея, вровень с лучшими сейсмическими станциями Европы. И, как вскоре оказалось, сделано это было как нельзя вовремя. Андрей и технически, и интеллектуально был подготовлен к тому событию, благодаря которому он стал великим. Он был убежден, что задачей сейсмологии является изучение недр Земли, а сейсмограф - это своего рода бинокль, который позволяет заглянуть в самые большие ее глубины. Он выбрал лучший «бинокль» и увидел в него то, что должен был увидеть. Сейсмологический «бинокль» Андрея звучит менее поэтично, по сравнению с «фонарем» Голицына, но тоже неплохо.
Чтобы понять значимость и важность открытия, сделанного Андреем, следует вспомнить, какими были представления сейсмологов о внутреннем строении Земли в конце Х1Х-начале XX в. По данным многих тогдашних исследователей, плотность вещества в центре Земли была определена в 10-12 г/см3. Это дало основание Э. Вихерту высказать в 1896 г. предположение о том, что Земля состоит из внешней оболочки - мантии и плотного металлического ядра, т. е. является двухслойной. В 1906 г. Р. Д. Олдгем, проанализировав сейсмограммы Сан-Францисского землетрясения, определил радиус ядра в 1600 км. Чуть позже, в 1914 г., Б. Гутенберг, продолжив исследования Р. Д. Олдгема, Э. Вихерта и К. Цеппритца, уточнил, что граница между мантией и ядром находится приблизительно на глубине 2900 км. Эту границу стали называют границей Гутенберга. Вот что было известно о Земле накануне знаменитого по своим научным последствиям землетрясения.
Землетрясение произошло 8 октября 1909 г. Ему предшествовало несколько форшоков. Эпицентр землетрясения находился в 39 километрах юго-восточнее Загреба в районе города Покупле, в долине реки Купа, поэтому впоследствии его стали называть Покупским, или Покупль-ским. В эпицентре, положение которого было определено макросейсмически, оказались сильно поврежденными каменные и кирпичные здания и совсем не пострадали дере-
ш- '
N
w
вянные; в Загребе обрушилось несколько дымовых труб.
Чтобы детально изучить землетрясение, Андрей обратился к коллегам европейских сейсмостанций в Сараево, Риеке, Мюнхене, Страсбурге, Иене и в других местах с просьбой прислать ему либо копии сейсмограмм, либо сообщить времена прихода фаз сейсмических волн не только главного Покупского события, его форшоков и афтершо-ков, но также и тех, которые произошли ранее в 1904-1905 гг. Все, к кому он обратился, откликнулись на его просьбу. Среди присланных данных из 35 сейсмостанций особенно ценными были сейсмограммы землетрясений, зарегистрированных на больших эпицентральных расстояниях, например, эпицентральное расстояние Страсбургской сейс-мостанции составляло 720 км (эпицентральное расстояние - это расстояние по поверхности Земли от эпицентра землетрясения до сейсмологической станции).
Умудренный опытом многолетних исследований, относясь уважительно и даже трепетно к экспериментальным данным, отдавая им приоритет перед теоретическими исследованиями и выводами, т. е. считая, как и Дж. Б. Мэрион, что теория не может быть лучше тех измерений, результаты которых она должна объяснить, Андрей скрупулезно и тщательно, основательно и без суеты рассмотрел волновую картину Покупского землетрясения. Исходными данными, которыми он располагал, были только время регистрации фаз сейсмических волн, величины эпицентральных расстояний и положение эпицентра события. И больше ничего. Что он сделал с этими данными и к каким выводам пришел, он подробно изложил спустя год в большой 53-страничной статье, опубликованной на хорватском и немецком языках в годичных известиях Загребской метеорологической обсерватории [6-9]. Статья называлась по-будничному просто, но очень точно -«Землетрясение 8.Х.1909».
В математическом отношении задача, которую он одним из первых решал и решил, в геофизике называется обратной. Суть ее заключается в том, чтобы по совокупности наблюденных данных следствий установить причину или причины, их обусловившие. Иными словами, сейсмолог, опираясь на наблюдаемые данные, должен установить, каким строением и какими свойствами характеризуется та часть Земли, в которой распространялись зарегистрированные им волны. Трудность решения обратных задач заключается в том, что теоретически они имеют бесчисленное множество решений. Это означает, что любое следствие может быть объяснено большим множеством причин. Какая из этих причин является истинной? Ответишь на этот вопрос - узнаешь, как устроена Земля. Андрей нашел ответ.
Обработку и анализ полученных данных, и своих, и чужих, Андрей начал с построения годографов (графиков-таблиц зависимости времени регистрации фаз сейсмических волн от эпицентральных расстояний) и пришел к выводу, что следует рассматривать два вида годографов, назвав их локальными и региональными: одни для продольных Р и поперечных 5 волн, зарегистрированных на эпицентраль-ных расстояниях до 300 км, и вторые для тех же типов объемных волн, зарегистрированных на эпицентральных расстояниях до 800 км. Так он сделал первый шаг к своему открытию, хотя пока и не догадывался об этом.
Фото 6. Руководители метеорологических служб Хорватии и Болгарии: слева направо: И. Стоир — директор метеорологической станции в г. Загреб, С. Вацов —
основатель метеорологической службы Болгарии, А. Мохоровичич — руководитель метеорологической станции в г. Бакаре
Следующая задача заключалась в определении глубины до очага землетрясения, т. е. до его гипоцентра. Для этого необходимо было знать, по какому закону распространяются волны. Андрей предположил, что вещество Земли является однородным по физическим свойствам, поэтому скорости волн постоянные, а траектории, по которым они распространяются, представляют собой прямолинейные лучи. Рассчитал при таком допущении годограф и, сопоставив его с наблюденным годографом, Андрей увидел, что они существенно различаются. Значит, допущение об однородности земного вещества ошибочно. Земля неоднородная. Скорости волн с глубиной изменяются, а траектории распространения волн не прямолинейные, а криволинейные, обращенные выпуклостями вглубь Земли. Используя различные функции, он установил, что лучше всего для описания закономерности изменения скоростей волн с глубиной подходит степенная функция. Это позволило ему составить параметрические уравнения, описывающие траектории распространение волн, и определить скорость волн в очаге и глубину залегания очага.
Задача определения закона, по которому изменяются скорости волн с глубиной, в сейсмологии является важнейшей. Это обратная задача и называется она обращением годографа. Впервые она была обозначена Андреем, и он получил частное ее решение. В общем же виде аналитически она была решена в 1911 г. немецкими сейсмологами Г. Герглотцем и Э. Вихертом.
Убедившись в неоднородном строении Земли и в кри-волинейности траекторий распространения волн, Андрей был уже готов к разрешению вопроса о том, почему время регистрации фаз волн на больших эпицентральных
расстояниях несколько меньше, чем это следует из теоретических расчетов. Ответ был прост: волны проходят через вещество с другими свойствами, а именно, скорость распространения волн в нем значительно больше, чем в веществе, в котором распространяются те же волны, регистрируемые на относительно небольших эпицентраль-ных расстояниях до 300 км. Отсюда следовало, что на некоторой глубине должна быть граница смены свойств земного вещества, его плотности. Скорости распространения продольных и поперечных волн выше и ниже этой границы существенно различны. Волны, падая на эту границу, дважды испытывают преломление и часть пути проходят по высокоскоростному веществу пока не выйдут на дневную поверхность на большом эпицентральном расстоянии. В случае Покупского землетрясения это эпи-центральное расстояние равнялось 720 км.
Торжественным аккордом в интерпретации волновой картины Покупского землетрясения стало определение глубины залегания границы смены скоростей распространения сейсмических волн. Андрей оценил, что произошло это явление на глубине около 54 км. Выше этой границы скорость распространения продольных волн была определена в 5,68 км/с, глубже - 7,75 км/с. Из-за неточности данных, которыми он располагал, глубина была им завышена. Позднейшие исследования показали, что в Хорватии максимальная глубина залегания границы смены скоростей составляет 42 км.
Вот так спокойно, буднично и просто, в тишине служебного кабинета, тесно заставленного стеллажами и книжными полками, за письменным столом с лежащими на его поверхности сейсмограммами и ворохом листочков бумаги, исписанных формулами и рисунками, состоялось одно из величайших событий в истории изучения строения Земли. Последующая интерпретация сейсмограмм землетрясений, произошедших в различных регионах земного шара (например, Тазимского землетрясения 1925 г., изученного выдающимся японским сейсмологом Кийо Вадати), подтвердила, что изменения в скоростях распространения волн на глубинах в несколько десятков километров не случайные, а закономерные и повсеместные. Часть Земли, расположенную выше границы, на которой происходит скачкообразное изменение скоростей распространения продольных и поперечных волн и плотности, стали называться корой Земли, а саму границу в честь Мохоровичича назвали границей, разделом, зоной или поверхностью Мохоро-вичича, или для простоты и краткости границей Мохо или М. Толщина земной коры, или глубина залегания границы М, наибольшая под континентами, достигает 70 км; под океанами она составляет 5-7 км. Форма границы М зеркальна рельефу земной поверхности.
Благодаря открытию Андрея конструкция, или интерьер Земли, усложнилась: кора, мантия, ядро. Но конечно, не определилась окончательно. За миг до его жизненного конца в 1936 г. произошло еще оно выдающееся событие: Инга Леманн - «единственный датский сейсмолог», как она себя называла, а коллеги - «мастером черного искусства», изучая волновую картину землетрясения, произошедшего в 1929 г. в районе Новой Зеландии, высказала гипотезу о том, что ядро состоит из двух фрагментов: внеш-
него жидкого ядра и внутреннего - твердого. Хотя эта гипотеза трансформировалась в бесспорный факт только в 1970 г., можно сказать, что строение Земли, состоящей в общих чертах из коры, мантии, внешнего и внутреннего ядра, было установлено не только на глазах Андрея, но и при его непосредственном и активном участии.
Эпохальное открытие, произошедшее в кабинетной тишине, естественно, ничего не изменило в работе и образе жизни Андрея. Он продолжил сейсмологические исследования, посвятив их совершенствованию метода определения эпицентров близких землетрясений, вопросам и принципам сейсмостойкого строительства, расчету годографов для эпицентральных расстояний до 10 тыс. миль, принципам конструирования сейсмографов для регистрации горизонтальных смещений почвы и др. Свою первую работу по сейсмологии, посвященную описанию эпицентров землетрясений Хорватии и Словении, он опубликовал в 1906 г.; последнюю - по вопросу об истинной чувствительности сейсмографа - в 1926 г., уже будучи в течение пяти лет на пенсии. Таким образом, активный период, в течение которого Андрей занимался сейсмологическими исследования, продолжался всего 20 лет. Но какие выдающиеся результаты были получены в эти два десятилетия: установлена земная кора и граница между корой и мантией.
Андрей Мохоровичич умер 18 декабря 1936 г. Американец У Боском [10] написал, что умер он в нищете. Так ли это? Американцы склонны к эпатажным, но пустым сенсациям. На следующий день после смерти загребская газета «Новости» опубликовала небольшой скуповатый некролог: «Ученый профессор Андрей Мохоровичич, член югославской Академии наук и искусств, один из основоположников современной сейсмологии, скончался. Он был известным и уважаемым человеком в Загребе, а его научная деятельность в области сейсмологии получила мировое признание. Доктор Мохоровичич поднял метеорологию. Обсерватория Загреба из скромно оборудованной превратилась в современный институт, который пользуется мировой известностью, особенно в области сейсмологических измерений. Он также организовал метеорологическую службу в Хорватии и Словении».
Судя по содержанию некролога, невозможно поверить в то, что Андрей был нищим и одиноким в старости. У него была большая семья, с которой я «встретился» у фамильного надгробья на кладбище Мирогой.
На улице Влашкой возле памятника местному поэту Августу Шеноа я сел в такси и через десять минут был на площади с монументальными аркадами, павильонами и куполами главного входа на кладбище. До надгробья Мо-хоровичичей меня довезли на электрокаре кладбищенские служащие. Без них, даже имея схему захоронений, могилу я бы ни за что не нашел. Так плотно территория кладбища заставлена памятниками.
Надгробие Мохоровичичей небольшое, скромное, но необычное. Оно состоит из двух контрастных по цвету, форме, материалу и пространственному положению частей, потому что создавалось в разное время.
Удары судьбы в виде смерти близких Андрей впервые испытал в 1906 г., когда умер его самый младший шестилетний сын Франьо. Через 6 лет умер 24-летний Иван, а в 1928 г. скончалась его «верная супруга и добродетельная
мать» его детей 69-летняя Сильвия. Над их могилой лежат две беломраморные плиты. На меньшей по размеру, верхней, выбиты имена Франьо, Ивана и Сильвии, тонированные бронзовой краской.
Почти впритык к этому надгробью вертикально стоят еще две тоже прямоугольные плиты из темно-серого, хорошо отполированного гранита или диорита (более точно петрографически определить материал плиты я не смог). На передней плите выбиты имена: академика, геофизика Андрея Мохоровичича, его старшего сына, судьи Андрии, который родился в Опатии в 1884 г., а умер в Загребе в 1963 г., его жены Ады, урожденной Чепулич; она была старше мужа на семь лет и умерла спустя десять после его кончины. Здесь же похоронен единственный внук Андрея, тоже Андрия - сын Ады и Андрии. Таким образом, почти вся семья собралась вместе в Мирогое, чтобы идти в вечность. Нет только сына Степана и его жены Гизелы. Они похоронены в другом месте [11].
Степан, родившийся в 1890 г. в Бакаре, был единственным сыном, ставшим в какой-то мере продолжателем дела отца. Степан учился в Загребском и Геттингенском университетах, стал физиком-теоретиком и геофизиком; преподавал в средних школах в Беловаре, Конривнице и в Осиеке; во время Первой мировой войны был начальником всех австро-венгерских военных метеорологических станций. После войны стал доктором философии в Загребском университете и профессором в гимназии, как в свое время отец. Его характер был вздорным, оценки, которые он давал людям и событиям, отличались непостоянством и субъективностью. Поэтому результаты его научной работы не получили признания в Хорватии, и он не стал профессором в Загребском университете.
Несмотря на это, некоторые его научные работы очень интересные и впечатляющие. В 1913 г. он разработал метод определения положения очагов землетрясений. В 1927 г. представил новую теорию происхождения Луны и предсказал, что у Луны, как и у Земли, есть кора, отделенная от мантии границей, аналогичной границе Мохо. Фантастика! В то время - да! Но в 1969 г. американские
астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин, проводя сейсмические исследования на Луне, доказали наличие в ее строении границы Мохо. Предположительно, что и в строении Марса есть раздел Мохо.
Не менее важен и другой его теоретический прогноз. В 1934 г. он опубликовал статью в немецком журнале Astronomische Nachrichten, в которой доказал существование связанной квантомеханической системы, состоящей из электрона и позитрона, назвав это образование элек-трум. Ни астрономы, ни физики не обратили внимание на статью, как в 1889 г. метеорологи не обратили внимания на статью отца Степана о горизонтальных вихрях. Но в 1951 г. физик Массачусетского технологического института Мартин Дойч экспериментально подтвердил правильность прогноза Степана. Еще раньше, в 1945 г., теоретически к идее электрума, названного им позитронием, пришел американский физик Артур Руарк. С тех пор система электрон-позитрон официально так и называется - позитроний.
Из всех сыновей Андрея Степан единственный оказался долгожителем. Наследников они с женой Гизелой не оставили. Он умер на 90-м году жизни в Загребе.
Самым именитым по количеству научных степеней и званий, наград и должностей, почестей и публикаций, поездок с лекциями по городам Европы был внук Андрея -Андрия. Дед с Сильвией подержали его на руках, когда он родился в июле 1913 г. в Крижевцах. Но сейсмология его не пленила. Его увлекла архитектура. В 22 года он окончил технический факультет по специальности «Архитектура» в Загребском университете, а спустя три года - курс истории искусств там же, на философском факультете. В качестве стипендиата он учился в университетах Праги, Вены и Флоренции; в Люблянском университете защитил диссертацию на тему: «О категории абсолютного и относительного в теории архитектуры». С 1936 г. его жизнь и деятельность проходила в стенах Загребского университета и Югославской академии наук и искусств: в университете он дослужился до ректора в 1947-1949 гг., в академии в 1962 г. его избрали в действительные члены. Его
Фото 8. Андрия - внук А. Мохоровичича
научная работа была посвящена теоретико-историческим проблемам архитектуры и урбанистики, развитию строительства и городского планирования. Он не был женат, поэтому на нем прервалась семейная нить Мохоровичи-чей, когда он умер 17 декабря 2002 г., на один день опередив деда, только на 66 лет позже.
Степан, и особенно Андрия, в полной мере почувствовали на себе отблеск вселенской славы своего отца и деда.
В данном случае определение «вселенская слава» - это не фигура речи. Это истина. Она проявлена золотыми крупицами в названиях хорватских улиц, школ, учебного корабля ВМФ, в почтовых марках и картинах художников, в памятниках и мемориальных досках, в медалях и монетах; ректор Загребского университета постоянно носит на цепочке брелок с портретом Андрея; в 2011 г. в Праге в Национальной библиотеке «Клементинум» была установлена мемориальная доска в честь Андрея; в 1970 г. одному из кратеров на обратной стороне Луны было дано имя Мохоровичича, а в 1996 г. именем Андрея был назван астероид № 8422. В 1961-1966 гг. геологи и инженеры Национального научного фонда США, реализуя проект Mohol (Moho + hole - «дыра»), названный так в честь Мохоровичича, попытались достигнуть границы Мохо в океане в районе острова Гуадалупе с помощью буровой платформы CUCCI, поскольку мощность океанической коры не превышает 5-7 км. Проект не увенчался успехом. Скважина проникла в кору всего на 183 м и задачу свою не выполнила [10].
Память не о многих, даже выдающихся ученых, сохраняется в мире так бережно и трепетно, как память об Андрее Мохоровичиче.
Стоя перед надгробием Мохоровичича, глядя на вертикально стоящую гранитную плиту, я подумал, что это не просто плита, вкопанная в кладбищенскую землю. Нет. Это символический образ. Плита не вкопана. Она словно вырастает, выдвигается из земли подобно тому, как вязкая и тяжелая магма поднимается из темных глубин мантии под действием стресса и медленно движется по гигантским вертикальным трещинам срединно-океани-ческих хребтов к поверхности Земли. Достигнув земной поверхности, магма раздвигает литосферные плиты и образует новую, молодую кору. Также и Андрей Мохорови-чич силой своей мысли раздвинул в 1936 г. тьму незнания о строении Земли и показал, как она устроена, дав толчок другим исследователям в изучении нашего общего прекрасного дома.
Фото 9. Могила Мохоровичича
ЛИТЕРАТУРА
1. Магницкий В. А. Основы физики Земли. М.: Геодезиздат, 1953. 290 с.
2. Skoko D., Mokrovic J. Andrija Mohorovicic. 2nd ed. Zagreb: Skolska knjiga, 1998. 111 p.
3. Orlic M. Studentski dani Andrije Mohorovicica u Pragu // Geofizika. 1998. Vol. 15. P. 119-123.
4. Orlic M. Andrija Mohorovicic as a meteorologist // Geofizika. 2007. Vol. 24. No. 2. P. 75-91. URL: https://hrcak.srce.hr/19914
5. Grubisic V., Orlic M. Early Observations of Rotor Clouds by Andrija Mohorovicic // Bulletin of the American Meteorological Society. 2007. Vol. 88. P. 693-700. https://doi.org/10.1175/BAMS-88-5-693
6. Mohorovicic A. Potres od 8.X.1909 // Godisnje izvjesce Zagrebackog meteoroloskog opservatorija za godinu 1909. Zagreb, 1910. 9/4. P. 1-56.
7. Mohorovicic A. Das Beben vom 8.X.1909 // Jahrbuch des meteorologischen Observatoriums in Zagreb (Agram) für das Jahr 1909. 1910. 9/4. 63 p.
8. Mohorovicic A. Earthquake of 8 Oktober 1909 (translation in English) // Geofizika. Vol. 9. No. 1. P. 3-55.
9. Herak D., Herak M. The Kupa Valley (Groatia) Eartguake of 8 Oktober 1909 - 100 Years Later // Seismological Research Letters. 2010. Vol. 81. P. 30-36. https://doi.org/10.1785/gssrl.81.1.30
10. Bascom W. A Hole in the bottom of the Sea: The story of the Mohole Project. Garden City, N. Y.: Doubleday and Company, Inc., 1961. 352 p.
Статья поступила в редакцию 10 сентября 2021 года
