Крупнейшее из землетрясений, отмеченных на Гавайских островах после 1868 г., произошло ранним утром (в 4 ч 47 мин по местному времени) 29 ноября 1975 г. Фокус его располагался на глубине около 5 км, эпицентр был приблизительно в 45 км южнее Хило, на юго-восточном побережье острова Гавайи (рис. 1). Примерно за час до этого был отмечен более слабый предварительный толчок, гипоцентр которого находился приблизительно в том же месте.
Землетрясение сопровождалось еще двумя явлениями. Подвижка по разлому под океаном, вызвавшая землетрясение, породила также и океаническую «приливную» волну-цунами. У некоторых участков побережья острова Гавайи высота гребня этой волны достигала 12 м, но в большинстве мест высота волны не превышала 6 м. Цунами затопило кемпинги у пляжа Халапе, где 36 человек проводили уик-энд перед Днем благодарения. По меньшей мере один человек погиб, а другие попали в больницу с легкими ранениями. Как можно видеть на рис. 2, дома и другие легкие постройки в районе Пуналуу были уничтожены; волна захлестнула там берег на 150 м. В нескольких местах вдоль побережья, например в Хило, где высота волны в устье реки Ваилоа достигала примерно 4 м, цунами нанесло повреждения докам и стоявшим у берега судам. (Такое цунами нельзя считать каким-то сюрпризом. Землетрясение, происшедшее в том же районе 2 апреля 1968 г., сопровождалось цунами, которое имело в Хило высоту почти 3 м.)
Вторым примечательным явлением того же дня было извержение вулкана Килауэа. Лава появилась на дне кальдеры этого вулкана меньше чем через час после главного толчка. Она изливалась через трещины, и лавовые фонтаны поднимались в воздух на 50 м. Открылись новые трещины на восточном борту кратера Халемаумау, расположенного внутри кальдеры. К утру следующего дня, 30 ноября, менее чем через 18 часов после начала извержения, вулканическая деятельность прекратилась.
Рис. 2. Разрушения в районе Пуналуу (о. Гавайи), причиненные волной цунами, которая возникла при землетрясении 29 ноября 1975 г. Очаг землетрясения располагался под дном океана недалеко от Калапаны (о. Гавайи). (С разрешения К. Роджана и Б. Дж. Моррилла, Геологическая служба США.)
Само землетрясение произвело на острове значительные разрушения, ущерб превысил 4 млн. долларов. Были повреждены дороги, некоторые из них стали непроезжими в результате оползней и обвалов. В ряде районов вышло из строя электроснабжение. В Хило-городе, ближайшем к очагу землетрясения,— сейсмические колебания вызвали преимущественно легкие и умеренные повреждения. В магазинах, помещавшихся в старых домах с деревянным каркасом, разбились зеркальные стекла витрин, мебель оказалась сдвинутой или опрокинутой, несколько более старых домов частично обрушились. К счастью, в городе были установлены сейсмографы для измерения сильных движений, и они записали истинные колебания грунта при этом землетрясении. Согласно полученным записям, сильные колебания продолжались около 14 с.
Сочетание трех видов высвобождения энергии: землетрясения, цунами и вулканические извержения,-наблюдавшееся на Гавайских островах в 1975 г., представляет подходящий пример для исследования связей между этими явлениями. В предыдущей главе мы отметили, что землетрясения и вулканы часто, но отнюдь не всегда сопровождают друг друга в определенных тектонически активных районах, в частности вдоль срединно-океанических хребтов и вблизи глубоководных желобов. В зонах субдукции, т.е. вдоль желобов, физическим процессом, связывающим указанные явления, служит нисходящее движение литосферных плит в глубь Земли. Его схематически иллюстрирует рис. 3. Когда поверхностные горные породы погружаются вниз в районе желоба, они нагреваются и в них возникают разрывы, что приводит к землетрясениям. Одновременно происходит локальное плавление погружающейся плиты, химический состав пород изменяется и жидкая фракция (расплав) пробивается к земной поверхности. На своем пути расплав может временно накапливаться в магматических камерах-громадных резервуарах, находящихся под жерлом вулкана. Из этих камер высокого давления магма время от времени поднимается вверх и извергается в виде лавы. В местах, где в отличие от описанной ситуации две тектонические плиты встречаются вдоль трансформного разлома или в зоне столкновения (как, например, в Гималаях), вулканы обычно отсутствуют.
Рассмотрим теперь подробнее вулканы того типа, который представлен на Гавайских островах, где нет никаких признаков погружения плиты. Бытующее- сейчас мнение-и для него есть много оснований-состоит в том, что такие места указывают на наличие в недрах Земли областей с особенно высокой температурой. Когда тектоническая плита проходит над такой горячей точкой (на самом деле это довольно крупное «горячее пятно»), породы подвергаются местному плавлению и магма извергается на поверхность плиты. Таким образом, цепь Гавайских вулканов -это результат ряда извержений над центрально-тихоокеанской горячей точкой; возраст вулканов Гавайских островов уменьшается на юго-восток.
Вулканическая деятельность и местные землетрясения сопутствуют друг другу в двух случаях. Во-первых, слабая сейсмическая активность, представленная вулканическими землетрясениями, часто возрастает в окрестностях вулкана перед извержением. На глубине нескольких километров от жерла вулкана очень горячая вязкая магма под огромным давлением газов лениво движется по сети широких и узких каналов от одной камеры к другой. Там, где это происходит, отдельные блоки окружающих пород становятся горячее и постепенно деформируются, когда магма протискивается через них. Возникающие силы вызывают в соседних породах дробление, и деформация высвобождается посредством процесса упругой отдачи, рассмотренного в гл. 4.
Во-вторых, вспарывание разрыва иногда может предшествовать движению магмы и излиянию лавы. Как в случае землетрясения, происшедшего в ноябре 1975 г. на Гавайях, сейсмические волны от вспарывающего неподалеку разрыва могут вызывать колебания в расплавленном материале, находящемся в магматической камере под вулканом. Как вспенивается жидкость при сильном взбалтывании бутылки с содовой шипучкой, точно так же пар и газ, которые были растворены в магме, начинают тогда выделяться из расплава. При этом образуются пузырьки перегретого пара, которые ускоряют выход лавы из вулканических каналов на поверхность, а затем улетучиваются в атмосферу в составе газовой фракции. Высвобождение перегретого пара и газов в свою очередь нарушает неустойчивое равновесие в магме, находящейся ниже жерла вулкана, вызывая тем самым дальнейшее течение магмы по подземным трубам и возбуждая местные вулканические землетрясения.
Для населения, живущего около действующих вулканов, существует реальная угроза уничтожения посевов и имущества лавовыми потоками или в некоторых районах мощными выбросами газа, перегретой воды, горячей грязи и другого вулканического материала. Как и по отношению к угрозе других стихийных бедствий, вызываемых геологическими причинами, каждый житель должен в этом случае решить, оправдан ли такой риск — жить около вулкана. На Гавайях большинство жителей считают, что этот риск не слишком велик и вулканическая опасность не хуже, чем угроза стихийных бедствий, которым подвержены другие районы, например опасность торнадо. Страхование от вулканической опасности в некоторых странах осуществляется, но обычно стоит довольно дорого.
Два обстоятельства уменьшают риск, связанный с вулканической деятельностью. Прежде всего, даже если лава покроет какую-либо площадь, эту землю вскоре, через несколько десятков лет, можно будет использовать снова, по крайней мере для определенных видов сельского хозяйства. Кроме того, когда вулкан начинает извергаться, обычно появляются предупреждающие признаки, позволяющие заранее провести эвакуацию населения из опасного района. Конечно, точный прогноз опасных извержений до сих пор невозможен, и вряд ли его когда-либо удастся осуществить практически. Тем не менее некоторые явления можно считать признаками готовящегося извержения. Причиной для беспокойства может быть возрастание температуры фумарол и изменение состава выделяющихся газов. Обнаружено также, что извержениям иногда предшествует деформация земной поверхности вокруг вулканов. Одно из предложенных объяснений вспучивания поверхности состоит в том, что в это время магма наполняет резервуары под жерлом вулкана; следовательно, можно ожидать скорого излияния лавы. В качестве инструмента для прогноза используются и сейсмографы, так как сеть таких приборов, установленных вокруг действующих вулканов, позволяет заметить происходящее время от времени значительное изменение фоновой сейсмичности. Например, иногда очаги роев землетрясений мигрируют с одного места на другое, что может означать подъем магмы.
Эта идея не осталась без подтверждения. Возьмем, например, недавнее извержение вулкана Мауна-Лоа на острове Гавайи. Сотрудники Гавайской вулканологической обсерватории обнаружили признаки растущего под землей возбуждения в апреле 1974 г., когда было отмечено заметное возрастание числа слабых землетрясений вблизи вершины этого крупного вулкана. В дальнейшем вплоть до июля 1975 г. частота землетрясений менялась мало. Затем регистрируемая сейсмичность сильно возросла, а глубина очагов землетрясений уменьшилась. Зарево от извергающейся лавы было замечено незадолго до полуночи 5 июля, а ранним утром 6 июля наблюдатели увидели с самолета линию лавовых фонтанов, протянувшуюся по всей длине вершинной кальдеры. Мауна-Лоа проснулся после 25-летнего молчания: предыдущее его крупное извержение было в июне 1950 г. На этот раз извержение длилось двое суток, новая лава покрыла территорию площадью приблизительно 13,5 км2. Жители были предупреждены о возможной опасности, но лавовые потоки не достигли обжитых мест.