Проблема мегацунами. Смещение северного магнитного полюса
Как известно, весьма незначительные, на первый взгляд, события способны порой вызывать поистине катастрофические последствия. Одним из самых наглядных примеров такого рода в природе могут служить цунами – морские волны, возникающие, как указывает энциклопедия, «в результате сдвига вверх или вниз протяжённых участков дна». В силу малой сжимаемости воды и высокой скорости процесса деформации участков дна опирающийся на них столб воды также смещается, не успевая растечься, в результате чего на поверхности океана образуется некое возвышение или понижение, которое переходит в колебательные движения толщ воды – цунами. Высота такой волны в месте её зарождения составляет обычно всего несколько сантиметров, изредка – несколько десятков сантиметров. Однако по мере приближения к берегу волна начинает расти, и её высота может достигать, особенно в неблагоприятных по рельефу участках, десятков метров. Британский геолог Саймон Дей (Simon Day), научный сотрудник Центра Бенфилда Грега по изучению рисков при Лондонском университетском колледже, говорит:
Дей: Как правило, эти волны вызываются землетрясениями. Но они могут порождаться и подводными оползнями или сходящими в воду оползнями островных вулканов.
В большинстве своём разрушительные цунами зарождались до сих пор на периферии Тихого океана. Их жертвами в разное время становились Япония, Папуа-Новая Гвинея, Гавайские острова. Теперь же доктор Саймон Дей и его американский коллега Стивен Уорд (Steven Ward), специалист в области компьютерного моделирования из университета штата Калифорния в городе Санта Круз, заговорили об опасности возникновения цунами в районе Канарских островов. Причём не просто цунами, а мегацунами. Стивен Уорд поясняет:
Уорд: Я полагаю, название «мегацунами» призвано подчеркнуть отличие такой гигантской волны от более обычных цунами, вызываемых землетрясениями. Землетрясения способны породить приливные волны высотой в 10, максимум в 15 метров. Конечно, такая волна высотой в 5-этажный дом обладает страшной разрушительной силой, но цунами, вызванное оползнем части прибрежного горного массива в море или резким сдвигом обширных участков морского дна, может быть ещё гораздо страшнее. Расчёты на основе нашей компьютерной модели показали, что при крупных оползнях возможно возникновение цунами высотой в сто и более метров.
По статистике такого рода катастрофы происходят довольно редко – примерно раз в 10 тысяч лет – но всё же происходят. Так, Шотландия за последние 50 тысяч лет неоднократно становилась жертвой гигантских приливных волн, проникавших далеко вглубь её территории. Их эпицентром каждый раз становились участки морского дня у побережья Норвегии в зоне нефтяных месторождений. Но просчитанный теперь учёными сценарий, связанный с Канарскими островами, чреват катастрофой совершенно невиданных масштабов. Дело в том, что на острове Пальма, самом активном в тектоническом отношении, почти весь западный склон вулканического горного хребта Кумбре Вьеха нестабилен и в результате очередного извержения или землетрясения может обрушиться в море. Стивен Уорд говорит:
Уорд: Склоны почти любого океанического вулкана с каждым очередным извержением становятся всё круче, поскольку кратер вулкана расположен, как правило, на его вершине. В какой-то момент крутизна склонов достигает предельного значения, и происходит оползень. Если эти гигантские массы горной породы обрушатся в воду, может возникнуть огромная волна.
На острове Пальма вероятность такого сценария особенно велика. Саймон Дей вот уже несколько лет картографирует здесь трещины и расселины в горном массиве. Все они являются следствием мощных извержений вулканов, имевших место в 1585-м, 1712-м и 1949-м годах. Во время последнего извержения западный склон горы сместился на целых 4 метра, образовав огромный разлом.
Конни Спелбринк (Conny Spelbrink), знаток местного рельефа, сопровождающая туристов к наиболее живописным местам острова Пальма, с изрядной тревогой следит за работами Саймона Дея:
Спелбринк: Эта трещина возникла в 1949-м году в результате мощного извержения вулкана. Британский исследователь Саймон Дей считает, что она, скорее всего, уходит вглубь до самых нижних геологических структур острова.
Кроме того, учёный обнаружил, что восточный и южный склоны вулкана также нестабильны и давят на западный склон, что лишь увеличивает вероятность его катастрофического обрушения. А ведь это ни много ни мало – 500 миллиардов тонн горной породы. Саймон Дей говорит:
Дей: Если эта гигантская масса горной породы за несколько секунд обрушится в море, она породит цунами, своими параметрами значительно превосходящее всё, что человечеству довелось испытать до сих пор. Наши компьютерные расчёты и эксперименты показали, что начальная высота такой волны может составить от 650 метров до километра – это в два-три раза выше Эйфелевой башни.
Модель исходит из того, что горная порода обрушится в долину, а затем в море со скоростью около ста метров в секунду. Этот оползень вторгнется в открытое море на 60 километров. Вытесненные массы воды, лишённые возможности откатиться назад, двинутся в океан со скоростью от 500 до 800 километров в час. Изогнутый дугой фронт гигантской волны вызовет опустошения к юго-западу, западу и северо-западу от Канарских островов. Восточное побережье Африки накроет волна высотой более 100 метров. Преодолев Атлантический океан, волна – высотой всё ещё около 50-ти метров – захлестнёт восточное побережье США, проникнув вглубь на расстояние до 20-ти километров. При этом высвободится столько же энергии, сколько всё население Соединённых Штатов потребляет за целый год. Бостон, Нью-Йорк или Майами будут стёрты с лица Земли точно так же как Багамские и Антильские острова. Спустя 8 или 9 часов приливная волна высотой около 40 метров дойдёт до Бразилии. Не избежит общей печальной участи и Европа. Саймон Дей предостерегает:
Дей: Ряд стран вдоль атлантического побережья Европы также испытают на себе разрушительное действие такой волны. Это касается, прежде всего, Испании, Португалии и Британских островов.
Правда, для большей части континентальной Европы такая катастрофа будет иметь последствия преимущественно экономического характера – из-за того ущерба, который мегацунами причит Северной Америке и Великобритании. Но вряд ли это может послужить утешением. А потому напрашивается вопрос: насколько реален такой сценарий? Неужели средней силы землетрясение на одном из Канарских островов может превратить в безжизненную пустыню всё восточное побережье США и все острова Карибского бассейна? Саймон Дей говорит:
Дей: Когда-нибудь в будущем это обязательно произойдёт. Вряд ли раньше, чем лет через сто, но, пожалуй, не позднее, чем через пятьсот. И предотвратить или остановить цунами невозможно. Единственный способ хотя бы отчасти смягчить страшные последствия такой волны – это разработка планов срочной эвакуации населения из районов, которые будут затронуты стихийным бедствием, а также создание эффективной системы раннего оповещения о приближении цунами.
Совсем недавно – в ноябре 2000-го года – один из спутников GPS, то есть глобальной навигационной системы, зарегистрировал оползень на склоне вулкана Килауэа на Гавайах. Менее чем за 36 часов гигантские массы горной породы съехали вниз на 18 сантиметров. К счастью, причиной оползня были сильные дожди, вулкан активности не проявлял, а потому весь процесс протекал относительно медленно и не вызвал катастрофических последствий. Однако могло ведь быть и иначе. Стивен Уорд говорит:
Уорд: Мы исходим из того, что обширные и быстрые оползни могут быть вызваны, прежде всего, извержениями вулканов или землетрясениями. Чтобы вовремя заметить угрозу, нужно очень внимательно следить за вулканами и постоянно регистрировать малейшие деформации горных структур. Даже самое лёгкое повышение сейсмической активности может послужить первым признаком надвигающегося извержения, а оно может вызвать оползень, чреватый цунами. Сегодня радиолокационные спутники, а также спутники системы GPS поставляют ценную информацию обо всех изменениях рельефа. Такое наблюдение из космоса играет очень важную роль, поскольку позволяет дистанционно оценивать состояние вулканов и избавляет нас от необходимости производить измерения на местности.
А теперь перенесёмся с поверхности Земли в её недра. Где-то там, глубоко под мантией, в самом ядре, протекают процессы, определяющие магнитное поле нашей планеты. И хотя стрелка компаса вроде бы по-прежнему указывает то же направление, что и много лет назад, значительно более чувствительные приборы свидетельствуют о том, что магнитные полюса Земли в последнее время явно смещаются, а параметры поля претерпевают весьма существенные изменения. Особо пристальный интерес вызывает у учёных стремительная динамика этих изменений. Недавно в Ганновере состоялась ежегодная сессия Немецкого физического общества, на которой результаты геомагнитных наблюдений подверглись детальному обсуждению.
Вот уже почти два года на околоземной космической орбите высотой в 400 километров находится немецкий исследовательский спутник CHAMP (Challenging Minisatellite Payload). Одна из его задач состоит в постоянном измерении значения и направления вектора напряжённости магнитного поля Земли. Информация, полученная с помощью спутника, повергла геофизиков в изрядное изумление. Побывавший на сессии журналист Фолькер Мразек (Volker Mrasek) говорит:
Мразек: Во-первых, обнаружилось, что напряжённость магнитного поля Земли в целом убывает, причём это происходит гораздо быстрее, чем полагали учёные. В частности, за последние 20 лет напряжённость геомагнитного поля уменьшилась в среднем на 1,7 процента – эта цифра в 10 раз превышает расчётную. Следует также отметить, что в географическом отношении эти изменения – учёные называют их вариациями – происходят крайне неравномерно. Так, в Европе напряжённость геомагнитного поля вопреки общей тенденции даже слегка увеличилась, зато в ряде других регионов мира – например, в южной части Атлантического океана и в районе Карибских островов, – уменьшилась очень значительно – на 10 процентов.
Ранее учёные считали, что такие процессы вообще не могут протекать со столь умопомрачительной – по геофизическим меркам – скоростью. Но это ещё не всё. Фолькер Мразек продолжает:
Мразек: Второе удивительное наблюдение, сделанное геофизиками, касается северной полярной области Земли. Оказалось, что северный магнитный полюс, ещё недавно располагавшийся под арктическими паковыми льдами в Канаде, сейчас смещается дальше на север, через географический северный полюс, на территорию России. Удивление вызывает, впрочем, не сам по себе процесс такого смещения – в этом-то как раз ничего необычного нет, – а опять же его скорость: около 40 километров в год. До 1970-го года полюс дрейфовал со скоростью не более 10-ти километров в год.
Если нынешние темпы сохранятся, – считает Ларри Ньюитт (Larry Newitt), член Геологической комиссии Канады, – то уже через три года северный магнитный полюс покинет канадские территориальные воды, а к середине века окажется в Сибири. По мнению целого ряда исследователей, все эти явления следует считать предвестниками грядущего изменения направления геомагнитного поля.
Профессор Герман Люр (Hermann Lühr), научный сотрудник Геофизического центра в Потсдаме, ответственный за анализ информации со спутника CHAMP, поясняет:
Люр: В истории Земли это происходило уже не раз: магнитное поле планеты меняло своё направление. Сегодня многие признаки указывают на то, что нам предстоит очередная такая смена полярности. Похоже, что в южной части Атлантического океана сейчас начинает формироваться регион, который в будущем может стать новым магнитным полюсом Земли.
Впрочем, коллега Люра – профессор геофизики Технического университета в Брауншвейге Карл-Хайнц Глассмайер (Karl-Heinz Glaßmeier) – более осторожен в прогнозах: по его мнению, сказать со всей определённостью, произойдёт ли в обозримом будущем смена полярности геомагнитного поля или нет, пока трудно. И уж во всяком случае, это процесс очень долгий. На протяжении последних тысячелетий напряжённость магнитного поля Земли была необычно велика, – указывает профессор Глассмайер, – так что не исключено, что теперь она просто возвращается к своему нормальному значению.
Последний раз изменение направления геомагнитного поля произошло около 750-ти тысяч лет назад. Поскольку периодичность этого процесса, как явствует из палеомагнитных исследований, в среднем составляет от 200 до 500 тысяч лет, можно сказать, что очередное изменение направления магнитного поля Земли давно назрело. Правда, сначала двухполюсная структура геомагнитного поля должна утратить упорядоченность. Смене полярности всегда предшествует стадия очень слабого поля со множеством полюсов, – говорит профессор геофизики Мюнхенского университета Аксель Шульт (Axel Schult), – на протяжении 5-ти, а то и 10-ти тысяч лет нашей планете придётся обходиться почти совсем без магнитного поля. Это создаст проблемы для многих животных – им будет трудно ориентироваться.
Всё это очень интересно, – скажет, возможно, иной слушатель, – но разве изменение параметров магнитного поля Земли имеет отношение к моей повседневной жизни? Да, имеет. Дело в том, что геомагнитное поле выполняет, в частности, функцию своего рода щита, защитной оболочки, предохраняющей нас от космического излучения. Непосредственно на поверхности Земли нас защищает ещё и слой земной атмосферы, но во время авиаперелётов, на высоте около 10 километров, доза облучения может резко возрасти. Так вот, из-за того, что в южной части Атлантики напряжённость геомагнитного поля уменьшилась на 10 процентов, один трансатлантический перелёт из Европы в Южную Америку означает для пассажира в 1000 раз большую дозу космического облучения, чем такой же по продолжительности перелёт из Европы, скажем, в Японию. Кроме того, дрейф северного магнитного полюса из Канады в Россию приведёт к тому, что вместе с ним сместится в Европу и зона такого явления как северное сияние. Между тем, это на редкость красивое и эффектное зрелище вызывается проникновением в верхние слои атмосферы протонов и электронов из космоса, а такие потоки электрически заряженных частиц являются мощным источником помех для спутникового теле- и радиовещания, для систем мобильной телефонной связи и даже для линий электроснабжения. Всё это учёным и инженерам следует иметь в виду. Впрочем, реально такие проблемы встанут перед ними только лет через 30-40, – считает профессор Люр.