В 1897 г. Сейсмологический Комитет Британской Ассоциации (British Association for the advancement of Science) обратился к Российской Академии Наук с предложением принять участие в наблюдениях над колебаниями почвы, происходящими от отдаленных землетрясений.
Систематические международные наблюдения над землетрясениями имеют чрезвычайную важность, так как только в широком мировом масштабе возможно рациональное изучение землетрясений, как особых явлений природы, сопровождающихся притом часто ужасными последствиями для человечества; вместе с тем правильно поставленное исследование законов распространения вызываемых землетрясениями упругих колебаний через земные недра земли открывает пути для изучения внутреннего строения земли. Учитывая это, Академия Наук избрала временную Комиссию для выработки программы наблюдений, которые с этой целью могли бы быть организованы в России.
Эта временная Комиссия, в заседаниях которой приняли участие также представители от других учреждений, собрала сведения о положении микросейсмических (инструментальных) исследований в России и приняла ряд предварительных мер к организации таких наблюдений, признав вместе с тем необходимым, чтобы при Академии Наук была учреждена Постоянная Сейсмическая Комиссия, с участием в ней всех заинтересованных учреждений. Законом 25 января 1900 г. таковая Комиссия учреждена была при Академии Наук.
Главнейшей своей задачей Сейсмическая Комиссия считала правильную организацию сейсмических наблюдений на всем огромном протяжении нашего государства и с этою целью учредила сеть сейсмических станций 1-го и 2-го разрядов. Станции 1-го разряда имели своей задачей регистрацию удаленных землетрясений и с этой целью снабжались наиболее чувствительными приборами; станции же 2-го разряда располагались в областях, проявлявших самостоятельную сейсмическую деятельность, и их назначением было отмечать местные и близкие землетрясения; в соответствии с такою задачею, станции 2-го разряда снабжались уже менее чувствительными приборами.
В первые годы существования Комиссии сейсмология, как наука, находилась еще почти в зачаточном состоянии, еще не были разработаны точные методы наблюдений, которые давали бы возможность вывести абсолютную величину смещения точки земной поверхности под влиянием упругих колебаний, вызванных удаленным землетрясением. Таким образом, за отсутствием вообще точных сейсмометрических приборов, Комиссия, в силу вещей, вынуждена была снабжать вновь учреждаемые станции недостаточно совершенными инструментами, выбрав лишь наиболее удовлетворительные типы. Так, для станций 1-го разряда выбор Комиссии остановился на легких горизонтальных маятниках Цельнера-Репсольда и Ребер-Пашвица-Элерта с оптической регистрацией их движения; для станций же 2-го разряда были заказаны механику Бошу в Страсбурге горизонтальные маятники системы Грабловица-Омори с механической регистрацией на закопченной бумаге.
С самого же начала своей деятельности по организации сейсмического дела Академия Наук встретила широкое сочувствие и поддержку со стороны различных учреждений и частных лиц, при чем особенно ценное содействие оказали магнитно-метеорологические и физические обсерватории в Иркутске, Ташкенте, Тифлисе и Екатеринбурге (Свердловске), Русское Географическое Общество, военное ведомство, ведомство Земледелия и Государственных Имуществ, а также А. И. Манташев, Э. Л. Нобель и б. владелец Боржомского имения Николай Михайлович Романов.
Таким образом Академии Наук удалось в короткий срок создать в России довольно обширную предварительную сеть сейсмических станций, при сравнительно ничтожных затратах из средств Государственного Казначейства.
Но одновременно с устройством сейсмической сети были предприняты обширные исследования и опыты по выработке точных методов наблюдения в Физико-Математическом Институте Академии Наук (б. Физическая Лаборатория), приведшие, благодаря исследованиям академика Б. Б. Голицына, к полному перевороту в сейсмометрии.
Главную составную часть каждого сейсмографа составляет маятник, вертикальный или горизонтальный. Под влиянием упругих волн, достигающих от очага землетрясения до сейсмической станции через внутренние слои и по поверхности земли, почва со всеми находящимися на ней предметами совершает медленные колебательные движения, но эти перемещения земной поверхности мы можем обнаружить, если будем иметь какую-либо неподвижную точку, относительно которой и станет заметно перемещение. Такой неподвижной точкой при внезапном толчке является центр качания маятника. В первый момент, когда земная поверхность только что начинает свое движение, груз маятника вследствие инерции действительно остается неподвижным; штатив же, а вместе с ним и ось вращения, увлекаются в движение вместе с земной поверхностью. Стержень маятника поворачивается вокруг груза на некоторый угол, пропорциональный смещению почвы, и по величине этого угла можно вычислить и самое перемещение. Но это только в первый момент. Далее, маятник, будучи выведен из положения равновесия, начинает совершать собственные колебания с постепенно убывающими амплитудами, и эти собственные колебания совершенно искажают запись землетрясения. По внешнему виду такой сейсмограммы нет никакой возможности ни заключить о характере и силе землетрясения, ни вывести абсолютную величину смещения почвы; исключение же из сейсмограммы собственного движения прибора, хотя бы, напр., приемами гармонического анализа, представляется сложной задачей, о решении которой, применительно к каждой сейсмограмме, не может быть и речи. Таким образом, приборы, собственное движение которых не исключалось путем искусственного затухания и которыми снабжались все сейсмические станции как русские, так и иностранные, могли давать материал, годный лишь для статистических целей, но не имевший серьезного научного значения.
Рис. 1. Апериодический горизонтальный сейсмограф с гальванометрической регистрацией системы акад. Б. Б. Голицына.
Академик Б. Б. Голицын весьма просто решил задачу, исключив в своих сейсмографах собственное их движение путем введения магнитного затухания до апериодичности, и в этом состоит одна из главнейших его заслуг. К стержню маятника приделывается медная пластинка, и по обе стороны от нее помещаются на штативе полюсы двух сильных постоянных магнитов; при движении маятника, в медной пластинке индуктируются токи Фуко, тормозящие движение, и, сближая магниты, можно достигнуть полной апериодичности движения, при которой маятник, будучи выведен из положения равновесия, медленно к нему возвратится, но никаких собственных колебаний совершать не будет. Такой апериодический сейсмограф весьма близко к действительности воспроизводит все характерные особенности движения почвы, и по его записям путем элементарных вычислений получаются истинные величины смещения почвы.
Рис. 2. Апериодический вертикальный сейсмограф с гальванометрической регистрацией системы акад. Б. Б. Голицына.
Введение затухания уменьшает размахи прибора; однако, можно в весьма высокой степени повысить чувствительность сейсмографа, если применить предложенный акад. Б. Б. Голицыным гальванометрический способ регистрации. Способ этот состоит в том, что между второю парою магнитов помещается укрепленная на стержне маятника рамка с катушками из тонкой изолированной проволоки, концы которой, при помощи проводов, соединяются с чувствительным гальванометром. Индуктированные при движении маятника токи в катушках передаются в гальванометр, который и отклоняется на больший или меньший угол в зависимости от силы возбужденного тока. При этом регистрируется уже не движение маятника, а угловое отклонение зеркальца гальванометра; с этой целью на зеркальце гальванометра бросается световой луч, который отражается на вращающийся цилиндр, покрытый свето-чувствительпой бумагой. Изменяя расстояние между магнитами у индукционных катушек, можно с большою легкостью изменять чувствительность системы и притом в довольно широких пределах, не прибегая ни к каким рычагам.
Рис. 3. Платформа для испытания сейсмографов.
Горизонтальные маятники реагируют лишь на те смещения почвы, которые совершаются в горизонтальной плоскости; для регистрации же вертикальных смещений акад. Б. Б. Голицын построил особый вертикальный сейсмограф, в основу которого положены те же принципы, т.-е. сильное магнитное затухание до апериодичности и гальванометрический способ регистрации. Здесь уместно обратить внимание на весьма важное для сейсмометрии значение вертикального сейсмографа вообще. Приборы эти существенно необходимы для определения первой фазы при удаленных землетрясениях, так как в этом случае продольный сейсмический луч выходит на земную поверхность под большим углом к горизонту, в силу чего горизонтальные маятники слабо реагируют на первые дошедшие до станции колебания; далее, с помощью вертикального сейсмографа можно судить о характере первой волны упругости (сжатие или разрежение), что весьма важно для определения географических координат эпицентра землетрясения. Сопоставляя, наконец, вертикальную составляющую движения почвы при первом толчке с горизонтальной составляющей, является возможность вычислить угол выхода на земную поверхность сейсмической радиации и отсюда уже сделать заключение о траектории сейсмического луча во внутренних слоях земли, а вместе с тем и о различных физических свойствах этих слоев.
Акад. Б. Б. Голицын подробным образом разработал теорию инструментов и проверил вытекающие из нее следствия на длинном ряде опытов с подвижною платформою в Физической Лаборатории Академии Наук.
С целью испытать пригодность сейсмографов для их непосредственного назначения, т.-е. для регистрации сейсмических возмущений была устроена, при содействии директора Пулковской Астрономической Обсерватории О. А. Баклунда, опытная сейсмическая станция в подвалах главного здания Обсерватории. На станции были установлены, в целях сравнительного изучения, сейсмографы различных систем, — и после первых же землетрясений выяснились огромные преимущества новых приборов, заключавшиеся, главным образом, в необыкновенно отчетливом расчленении сейсмограммы на отдельные фазы, в воспроизведении всех характерных особенностей движения почвы и в простоте и легкости вычисления истинного смещения точки земной поверхности. Как на одно из поразительных завоеваний сейсмометрии, которым эта наука обязана применению новых приборов, можно указать на определение географических координат эпицентра по записям одной лишь сейсмической станции и притом часто в таких случаях, когда на основании показаний других приборов невозможно определить даже расстояние до эпицентра (очага землетрясения).
Блестящие успехи русской сейсмометрии были по достоинству оценены представителями западно-европейской науки, и многие иностранные научные институты приобрели и установили у себя апериодические сейсмографы системы акад. Б. Б. Голицына, изготовляемые в механической мастерской при Физико-Математическом Институте Академии Наук. В настоящее время этими сейсмографами снабжены, помимо восьми сейсмических станций СССР (Пулково, Свердловск (б. Екатеринбург), Иркутск, Ташкент, Баку, Тифлис, Макеевка, Кучино), следующие 12 иностранных сейсмических станций: Abisco (Швеция), Berkeley (Сев. Америка), Bukarest (Румыния), Budapest (Венгрия), De Bilt (Голландия), Eskdalemuyr (Шотландия), Feldberg (Германия), Parc Saint-Maure и Strasburg (Франция), Sydney-Riverview (Австралия), Uccle (Бельгия), Zi-ka-Wei (Китай).
Описанные выше приборы предназначаются для сейсмических станций 1-го разряда и обладают весьма высокой чувствительностью; например, в Пулкове отмечаются землетрясения из Южной Америки, Австралии и других, еще более удаленных местностей на расстоянии свыше 17.000 км. (155° в дуговой мере). Станции же 2-го разряда, обслуживающие области с самостоятельной сейсмической деятельностью, нуждаются в совершенно иных приборах, и акад. Б. Б. Голицын выработал также и для этой цели особые типы приборов, вполне оправдавших свое назначение.
Серьезное внимание обращено на хорошие качества регистрирующих аппаратов, а именно на возможно лучшую равномерность хода и на возможно большую длину минуты на аппарате. Новые регистрирующие аппараты, которыми снабжены все станции СССР, построены также в механической мастерской Физико-Математического Института Академии Наук и наилучшим образом отвечают заданию; длина минуты на них достигает 30 мм., тогда как в Германии, например, довольствуются всего лишь 12 мм.; само собою разумеется, что, чем больше растягивается минута времени на регистрирующем аппарате, т.-е., чем быстрее вращается регистрирующий аппарат, тем яснее выступают на сейсмограмме все характерные особенности землетрясения и тем точнее и надежнее может быть обработана запись землетрясения.
После того, как выяснились новые, вполне точные физические методы исследования, Академия Наук сочла своевременным произвести коренную реорганизацию русской сейсмической сети и в 1908 г. возбудила ходатайство об ассигновании необходимых на то средств.
17 июня 1910 г. утвержден был закон об отпуске из Государственного Казначейства средств на содержание сейсмических учреждений в России в сумме 45.440 руб. ежегодно с 1 января 1911 г. Кроме того, на единовременные расходы по устройству Центральной Сейсмической станции в Пулкове, по приобретению новых инструментов и по постройке павильонов для районных станций отпущено было 138.453 руб.
Период реорганизации закончился в 1915 г., причем в состав сейсмической сети вошли следующие учреждения:
I. Центральная Сейсмическая станция в Пулкове.
II. Семь станций 1-го разряда, а именно: 1) Екатеринбург (ныне Свердловск), 2) Иркутск, 3) Ташкент, 4) Тифлис, 5) Баку, 6) Макеевка, 7) Томск.
III. 14 станций 2-го разряда, расположенных по окраинам нашего государства, подверженным местным землетрясениям, а именно: на Камчатке, о-ве Сахалине, в Туркестане, Забайкалье и на Кавказе.
Почти для всех перечисленных станций сооружены были собственные подземные или полуподземные павильоны особой конструкции, имеющей целью поддержать постоянную температуру внутри помещения и защитить его от внешних сотрясений несейсмического происхождения. На рис. (5) изображен зал для чувствительных апериодических сейсмографов на Центральной Сейсмической станции в Пулкове; гальванометры же, соединенные проводом с сейсмографами и регистрирующие аппараты, установлены в другом, смежном зале, дабы наблюдатель, являющийся для смены фотографической бумаги, не возмущал сейсмографов своим присутствием. В третьем зале установлены менее чувствительные сейсмографы для механической регистрации на закопченной бумаге; этот же зал служит и для разного рода опытов. Для питания сейсмической станции электрической энергией построена собственная электрическая станция; кроме того, сооружен был двухэтажный деревянный флигель, в котором размещались: лаборатория, архив, вычислительная, починочная механическая мастерская и квартиры для служебного персонала. В ночь с 1-го на 2-ое января 1918 г. этот служебный флигель сгорел, и ныне взамен его выстроено одноэтажное каменное здание, хотя и меньших размеров, но на ближайшие годы вполне обеспечивающее служебные потребности станции.
В годы революции, гражданской войны и внешней блокады сейсмическая сеть, благодаря преданности персонала своему научному и гражданскому долгу, поддерживалась до последней возможности и лишь после полного исчерпания всех необходимых для деятельности материальных рессурсов станции начали сокращать объем своей работы и переходить к состоянию консервации. К счастью, однако, этот критический период длился не слишком долго — около 2 лет, и в 1923 г., благодаря энергичным представлениям Директора Физико-Математического Института, акад. В. А. Стеклова, правительство отпустило денежные средства на восстановление сейсмической сети, и в настоящее время как Центральная, так и все станции 1-го разряда функционируют нормально, причем, как и в дореволюционное время, Академия встречает широкую поддержку со стороны других ведомств и учреждений (Горный Отдел ВСНХ, Военное Ведомство, Трест "Азнефть", Московский Институт Космической Физики, Астрофизический Институт, Геологический Комитет, областные магнитно-метеорологические обсерватории и др.).
В дальнейшее развитие сейсмической сети уже подготовлено устройство сейсмической станции 1-го разряда во Владивостоке, а ко дню юбилея Академии будет открыта Физико-Математическим Институтом также образцовая сейсмическая станция в Ленинграде, в главном здании Академии. С учреждением станции ФМИ в Ленинграде при одновременном существовании географически близкой к ней станции в Пулкове представится возможность поставить ряд новых специальных исследований.
Организация сейсмической сети и руководство ее деятельностью составляли главный предмет забот Академии Наук, но, помимо того, уделялось много внимания и другим научным предприятиям, имеющим тесную связь с сейсмометрией.
В первую очередь следует назвать подробное обследование на месте всех важнейших последствий, которыми сопровождались наиболее разрушительные землетрясения в России. Эти обследования имели целью выяснить связь между землетрясениями и общей геологической тектоникой данной местности, а также выработать меры предосторожности, которые следует соблюдать, чтобы по возможности предохранить от разрушения постройки в сейсмических областях (работы акад. Ф. Н. Чернышева, профессоров: И. В. Мушкетова, К. И. Богдановича, Д. И. Мушкетова, А. В. Вознесенского и геологов В. Н. Вебера, Королькова, Фааса, Бронникова, Преображенского и др.).
Далее отметим весьма важное научное предприятие: исследование деформаций земли, как целого, под влиянием лунного и солнечного притяжения. Эти наблюдения были предприняты А. Я. Орловым в Юрьеве, при материальной поддержке со стороны Академии, причем обнаружился удивительный факт, что изменение формы земли происходит неодинаково в плоскости меридиана и в плоскости первого вертикала; в общем же нашу планету, в отношении ее упругих свойств, оказалось возможным уподобить стальному шару. Наиболее вероятным объяснением этой несимметрии в действии лунного притяжения является возмущающее влияние океанических приливов и отливов, и, потому, для дальнейшей разработки задачи решено было организовать подобные же наблюдения внутри континента, а именно в г. Томске. С этою целью в г. Томске устроено было особое, прекрасно приспособленное помещение внутри горы, и проф. А. Я. Орлову поручено общее руководство этими наблюдениями и обработкой материалов. В этом деле весьма заинтересована была также Международная Сейсмологическая Ассоциация, оказавшая финансовую поддержку при организации наблюдений в г. Томске.
Д-р Мольденгауер заметил зависимость между нарушениями правильной интермиттенции Екатерининского источника в Боржоме и сейсмической деятельностью Кавказа; при этом он установил, что нарушение интермиттенции часто на несколько часов предшествует землетрясению. Этот факт может иметь большое теоретическое и практическое значение, открывая совершенно новый путь для научного прогноза землетрясений. Вопрос этот подвергался детальному обсуждению в Комиссии с представителями от Геологического Комитета, причем была выработана детальная программа наблюдений над источниками.
В Физико-Математическом Институте построены особые приборы для автоматического регистрирования дебита источников и гидростатического давления столба воды определенной высоты в источнике.
Благодаря содействию б. владельца Боржомского имения, наблюдения эти предприняты были на Екатерининском источнике и одновременно была устроена в Боржоме сейсмическая станция. Однако, в условиях военного времени и начавшейся на Кавказе гражданской войны не удалось довести наблюдений до определенного результата и ныне они ставятся заново на Пятигорской группе при финансовой помощи от Горного Отдела ВСНХ.
Из длинного ряда других работ, имеющих связь с сейсмометрией и произведенных в ФМИ за последние два десятилетия, остановимся лишь на некоторых наиболее важных.
Применяющийся в сейсмометрии горизонтальный маятник реагирует не только на горизонтальные смещения, но также и на наклоны земной поверхности. При весьма удаленных землетрясениях, как легко подсчитать, наклоны эти ничтожно малы и вся запись горизонтального маятника может быть отнесена на счет смещений. Но при близких и притом сильных землетрясениях влияние наклонов становится уже заметным и представляется необходимым учитывать их отдельно от смещений.
Английский сейсмолог Davison предложил для этой цели особый прибор на бифиллярном подвесе, но, как показал акад. Б. Б. Голицын на основании теоретических соображений и опытных данных, прибор этот не удовлетворяет намеченной цели, и в ФМИ было построено видоизменение прибора Davison’a, удовлетворяющее требованиям точной сейсмометрии.
Вскоре, однако, акад. Б. Б. Голицын построил свой собственный прибор для этой цели, состоящий из двух тождественных маятников, укрепленных на разных высотах.
Для этой же цели построен был еще третий прибор, клинограф, представляющий усовершенствование и видоизменение прибора Шлютера.
Заслуживает внимания также конструкция особой динамической шкалы для оценки интенсивности землетрясения. Если землетрясение записано инструментально, то его интенсивность в месте наблюдения легко определить, вычисляя максимальное ускорение по амплитуде и периоду колебания частицы земной поверхности. Иное дело в местностях, лежащих в непосредственной близости к эпицентру. Тут пользуются для оценки землетрясения условными шкалами, основанными на субъективных ощущениях и внешних признаках разрушения. Конечно, подобная оценка совершенно произвольна и баллы условной шкалы невозможно связать с величинами наибольшего ускорения. Для этой цели и была построена особая динамическая шкала, основанная на опрокидывании тел определенных размеров, напр., параллелепипедов.
Позднее были построены еще два прибора, основанные на упругих свойствах пружины; один из этих приборов дает величину максимального ускорения почвы при землетрясении, другой же служит для определения начальной энергии землетрясения.
Большой интерес представляет прибор для разделения сложных гармонических кривых, основанный на фотоэлектрических свойствах селена, и прибор для непосредственного определения величины ускорения, основанный на пиезоэлектрических свойствах кварца.
Нельзя также обойти молчанием приборы для исследования сотрясений зданий и вообще колебаний короткого периода, возникающих естественным образом в земной коре или вызываемых искусственно. Эти приборы в первоначальном их виде были построены для изучения сотрясений в некоторых флигелях Морского Корпуса, вызываемых работой двигателя Дизеля, причем в здании появились угрожающие трещины.
Позднее прибор был значительно усовершенствован; на общей станине расположены три отдельных прибора для трех слагаемых движения, причем все три составляющих движения записывались на одном и том же барабане, имевшем длину секунды в 50 мм. С этим новым прибором произведен был ряд наблюдений по просьбе артиллерийского и морского ведомства, а также исследованы были сотрясения Исаакиевского собора под влиянием уличной езды.
В январе минувшего 1924 г. автором этой статьи построен был для тех же целей новый сейсмограф, обладающий весьма большим увеличением при исключительно малой массе действующего груза, измеряемой несколькими граммами, в то время как в других сейсмографах применяемые массы измеряются килограммами и даже тоннами. Эти исследования приобретают в настоящее время особо важное значение в виду выяснившейся возможности применения сейсмических методов к исследованию поверхностных слоев земной коры при помощи искусственных землетрясений, вызываемых путем взрывов.
Не менее важное значение имеют исследования по теоретической сейсмологии, произведенные в Академии Наук и притом главным образом трудами акад. Б. Б. Голицына. Сюда относятся вопросы о скорости распространения поверхностных сейсмических волн, о коэффициенте поглощения сейсмической энергии, об определении географических координат эпицентра по записям одной лишь сейсмической станции, о природе и вероятных причинах микросейсмических колебаний, о поляризации поперечных волн 2-ой фазы землетрясения, о глубине очага землетрясения, о дисперсии и затухании поверхностных сейсмических волн, об угле выхода сейсмической радиации и о скорости распространения сейсмических волн на различных глубинах и многое др.
Мы ограничились лишь приведенным беглым перечнем некоторых важнейших работ по теоретической сейсмологии, так как в рамках этого краткого обзора нет возможности хотя бы вкратце остановиться на важных результатах этих исследований. Некоторые выводы относительно внутреннего строения земли, на основании наблюдений над углом выхода сейсмической радиации, были вкратце приведены нами в статье, помещенной в № 1—6, 1924 г. этого журнала.
Объективным показателем того крупного международного значения, которое имеют работы РАН в области сейсмологии и сейсмометрии, может служить помимо отмеченного уже факта, что приборами русской конструкции оборудован ряд главнейших сейсмических станций заграницей, еще и то обстоятельство, что на Международном Сейсмологическом Конгрессе в Манчестере в 1912 г. представитель русской сейсмологии академик Б. Б. Голицын был избран председателем Постоянной Комиссии Международной Сейсмологической Ассоциации, а с осени 1914 г. намечалось перенести в Российскую Академию Наук также и Центральное Бюро этой Ассоциации, объединявшей 22 государства, чему воспрепятствовала, однако, разразившаяся мировая война.
Обратившись к изучению земных недр методами сейсмометрии и сейсмологии, ФМИ естественно перешел к изучению также и гравитационного поля земли, имея в виду главным образом применения земного тяготения к решению задачи о строении верхних слоев земли (на работах Академии Наук по определению напряжения силы тяжести на земной поверхности, представлявших по преимуществу геодезический интерес, мы здесь останавливаться не будем за недостатком места).
Исследования этого рода начаты были в 1913 г. по поводу катастрофического землетрясения в Семиреченской области 3—4 января 1911 г.
Общеизвестен факт, что всякая значительная сейсмическая катастрофа сопровождается некоторыми остаточными смещениями земной поверхности в горизонтальном и вертикальном направлениях. Так, проф. Sugiamo в Японии после большого землетрясения 1891 г. произвел точную нивеллировку между эпицентром и четырьмя пунктами, лежащими вне области распространения землетрясения, и сличил результаты с теми данными, которые получены были до землетрясения. При этом обнаружились изменения уровня от +30 до —70 см. с вероятной ошибкой в ±3 см.
Так как не исключена возможность, что в Семиреченской области через несколько лет повторится новое разрушительное землетрясение, то Сейсмической Комиссией было решено предпринять возможно точную нивеллировку вблизи оз. Иссык-Куль и установить ряд нивеллирных марок.
Для того, чтобы определить горизонтальные и вертикальные смещения земной поверхности, по обе стороны от наиболее ясно выраженной тектонической линии, по которой произошел разрыв земных слоев, предполагалось установить парные знаки и эти знаки связать между собою тригонометрическим рядом.
Для обнаружения же перемещений внутренних слоев земли предполагалось произвести измерение элементов силы тяжести при помощи так наз. гравитационного вариометра, незадолго до того построенного венгерским физиком Этвешем.
Прибор Этвеша состоит из крутильных весов, в которых грузы подвешены на различных высотах. Вследствие неоднородности поля силы тяжести, весы закручиваются, и для случая равномерно изменяющегося поля можно вывести по величине закручивания в трех различных азимутах значения четырех вторых производных от потенциала силы тяжести, а по ним определить горизонтальные градиенты силы тяжести и некоторые свойства кривизны поверхности уровня в точке наблюдения.
Прибор этот настолько чувствителен, что присутствие наблюдателя вблизи инструмента производит сильное возмущающее влияние, почему в приборе применяется фотографическая регистрация; мало того, штатив прибора имеет коническую, т. е. вполне симметричную форму, так как применение обычных штативов на трех ножках недопустимо здесь в виду того, что положение равновесия коромысла нарушалось бы от несимметричного расположения ножек по отношению к грузам.
В Физической Лаборатории ФМИ было произведено тщательное исследование этого прибора, при чем обнаружившееся вначале несогласие отдельных результатов между собою побудило дополнить теорию прибора и вывести те условия, которые обеспечивали бы полнейшую точность наблюдений. Благодаря высокой чувствительности прибора предвиделась возможность при повторении подобных же наблюдений после нового землетрясения в том же районе определить остаточное смещение внутренних, недоступных непосредственному наблюдению масс земли.
На весну 1915 г. намечен был отъезд гравиметрической и геодезической экспедиции Академии Наук в Семиреченскую область с указанной целью, при чем на трехлетние работы этой экспедиции был отпущен в законодательном порядке кредит в сумме 100.000 руб. Начавшаяся война повлекла, однако, закрытие кредита, и экспедиция не состоялась.
Сходное по замыслу исследование было произведено ФМИ в 1921 г. в связи с работами Особой Комиссии по исследованию курской магнитной аномалии, когда, по предложению акад. П. П. Лазарева, П. М. Никифоров предпринял гравиметрическую съемку при помощи вариометра в районе абсолютного максимума магнитной аномалии в Щигровском уезде Курской губ. Эта работа явилась первым в России систематически проведенным опытом применения гравитационного вариометра к решению задачи о строении поверхностных слоев земли; при этом П. М. Никифоровым были даны новые, общие и более простые формулы для учета влияния рельефа местности на инструмент, что имеет весьма существенное значение для интерпретации результатов наблюдений, так как в данном случае важны не полные наблюденные значения элементов силы тяжести, а лишь так наз. "возмущения", вызываемые действием подземных возмущающих масс, отличающихся по плотности от окружающей среды. Формулы, данные ранее для этой же цели Этвешем и применявшиеся всеми исследователями, приложимы лишь к одному частному случаю разбивки местности, и содержащиеся в них численные коэффициенты вычислены, к сожалению, с ошибками как в отношении знака, так и в отношении численных значений 2), что и побудило вывести новые формулы. Наблюденная при помощи вариометра аномалия силы тяжести в районе курской магнитной аномалии дала основание с определенностью заключить о наличии под земною поверхностью в этом районе тяжелых возмущающих масс, не предрешая, однако, вопроса о составе этих масс. Вычисленные позднее проф. О. Ю. Шмидтом на основании наблюдений ФМИ глубины залегания рудоносных кварцитов совпали с точностью до 2% с результатами глубокого бурения.
В том же 1921 г. акад. В. А. Стеклов, также участвовавший в гравиметрической экспедиции, разработал общую теорию гравитационного вариометра, приняв во внимание возможные вращения также и вокруг горизонтальных осей, и указал на возможность новых приемов его применения.
Гравитационные работы ФМИ в районе курской магнитной аномалии продолжались также в 1922 и 1923 г. г. Денежные средства на эти работы ассигнованы были Особой Комиссией по исследованию курской магнитной аномалии и производились они по предложению и по заданиям акад. П. П. Лазарева.
На основании предшествующего трехлетнего опыта полевых наблюдений с гравитационным вариометром, в механической мастерской ФМИ были построены впервые в России летом 1924 г. четыре новых вариометра.
Эти приборы отличаются от применяемых ныне в Германии типов рядом деталей и обладают сравнительно большей портативностью, что существенно важно в экспедиционной практике; при том стоимость их оказалась в 4 раза меньше, чем заграничных.
Осенью 1924 г. вариометры конструкции ФМИ были применены для гравиметрической разведки в районе коренных месторождений платины на Урале в составе Экспедиции, снаряженной Институтом Прикладной Геофизики ВСНХ при содействии ФМИ. Несмотря на чрезвычайную спешность, проявленную во время их постройки, неполную законченность их ко времени выезда на работы и на ряд повреждений, испытанных ими во время длительных железнодорожных и гужевых перевозок, приборы эти отлично выполнили свое назначение.
Существенно важным вопросом является использование гравиметрических наблюдений для решения задачи о строении поверхностных слоев земной коры и применение, следовательно, этого метода для практических целей горной разведки и поисков полезных ископаемых. Этот вопрос трактуется автором этого обзора в статье, представленной им в начале текущего года Академии Наук, а также во второй его статье, опубликованной в июле 1925 г. в "Известиях И.П.Г." под названием: "Физические основания гравитационного метода горной разведки"; в этих статьях даются формулы для вычисления глубины залегания, плотности и размеров залежей для ряда случаев, когда возмущающие массы ограничены поверхностями правильной геометрической формы.
Таким образом, благодаря работам ФМИ в области гравиметрии, имевшим целью разработку наиболее совершенного типа инструмента, а также теорию метода, дело практического приложения геофизических методов разведки приобрело твердую научную базу.
В затронутой в этой статье обширной области знания, охватывающей всю совокупность вопросов, связанных с внутренним строением земли, проявились основные характерные черты творчества Академии Наук. Широкая, теоретически обоснованная и точная постановка задачи, оригинальность и точность методов исследования с неукоснительной поверкой выводов теории при помощи эксперимента, использование результатов теоретического знания для непосредственных практических приложений, широкий организационный размах и привлечение заинтересованных государственных, общественных и научных сил к участию в своих работах, тесная связь с научной исследовательской работой заграницей — обеспечили крупный успех деятельности Академии Наук и всеобщее, мировое признание ее заслуг также и в этой области.
Июль 1925 г.
1) Составлено на основании статей того же автора: "Физическая лаборатория" и "Постоянная Сейсмическая Комиссия", помещенных в "Материалах для истории Академических учреждений". Пгр. 1917, с дополнением новейших данных.
(стр. 79.)
2) В оригинале статьи это предложение напечатано так: "... численные коэффициенты вычислены, к сожалению, с ошибками как в отношении знака, так и в отношении численных знаний, что и побудило вывести новые формулы." (прим. составителя).
(стр. 99.)
