Как ядерные испытания воздействовали на земную кору Казахстана

Поделиться

15.09.2026 126

Ядерные испытания оставляли после себя не только физические следы в районе взрыва, но и сейсмические сигналы, которые могли фиксироваться станциями за тысячи километров от источника. Именно такие записи легли в основу исследования серии ядерных взрывов 1976–1979 годов в районе реки Шаган в Восточном Казахстане. Геофизик John RCleary из Исследовательской школы наук о Земле Австралийского национального университета изучил так называемые волны Рэлея. После подземного взрыва поверхностные сейсмические волны распространяются от источника вдоль земной поверхности во все стороны, подобно тому как от брошенного в воду камня расходятся круги. Сейсмические станции регистрируют эти колебания и записывают их в виде волнообразного сигнала. Именно здесь Клиэри обнаружил необычную закономерность. После одних событий запись выглядела обычным образом, а после других - сигнал оказывался перевернутым: там, где у нормальной волны был подъем, у аномальной наблюдался спад, и наоборот. Более того, такие «перевернутые» волны приходили на станции на 2–4 секунды позже ожидаемого. Исследователь попытался выяснить, почему один и тот же район испытаний давал столь разные сейсмические сигналы. Qazaqstan Tarihy рассказывает, как Клиэри пришел к этому выводу и какие наблюдения легли в основу его гипотезы. 

 

Источник: John R. Cleary, “Anomalous Rayleigh Waves From Presumed Explosions In East Kazakhstan”, 1981

 


Серия взрывов и почти одинаковые пути сейсмических волн

В основу исследования вошли данные о двенадцати событиях, зарегистрированных в районе Шагана с 23 ноября 1976 года по 4 августа 1979 года. Их магнитуда составляла от 5,6 до 6,2. Клиэри использовал записи сети сейсмических станций SRO, расположенных в разных направлениях от испытательного района. Это позволяло сравнивать, как сейсмические волны от одного и того же района распространялись в разные стороны. В таблице ниже приведены даты и время событий, их координаты и магнитуда.

 

 

Все рассматриваемые взрывы произошли очень близко друг к другу. Поэтому волны от разных событий, шедшие к одной и той же станции, проходили практически по одному и тому же пути через Землю. Это было важно для анализа: если записи на одной станции заметно различались, такую разницу уже было трудно объяснить только особенностями пути, по которому распространялась волна. Причину следовало искать прежде всего в самих событиях.

 

Расположение сейсмических станций SRO вокруг района испытаний в Восточном Казахстане

 

Особенно хорошо различия были заметны на записях станции MAIO в Иране. Клиэри сравнил волны Рэлея от нескольких событий с сигналом от 15 сентября 1978 года, который использовал как образец. Одни записи почти полностью совпадали с ним. У других сохранялась та же общая форма, но колебания были направлены в противоположную сторону: там, где у обычного сигнала был пик вверх, у аномального был пик вниз, и наоборот. Иными словами, фаза волны была обращена примерно на 180°. Клиэри обозначил такие сигналы буквой R — reversed, а обычные — N — normal.

 

Сравнение формы волн Рэлея от разных событий на станции MAIO: часть сигналов имеет нормальную, а часть — обращенную фазу.

 

Но обращением фазы аномалия не ограничивалась. Клиэри сравнил также время прихода волн. Обычные сигналы появлялись почти точно в расчетный момент — отклонение обычно не превышало одной секунды. А волны с обращенной фазой систематически приходили позже, примерно на 2–4 секунды. Та же связь между обращением фазы и задержкой наблюдалась и на других станциях. Названия «нормальные» и «обращенные» автор считал в некоторой степени условными, но выбрал их потому, что необычную группу сигналов было удобнее описывать именно как волны с обращенной фазой и запаздыванием.

 

Сравнение фактического и расчетного времени прихода волн Рэлея: сигналы с обращенной фазой систематически запаздывают.

 

При этом аномальные сигналы не были хаотичными. Напротив, от одного события к другому их форма почти повторялась. Менялись прежде всего направление колебаний и время прихода. Таким образом, Клиэри столкнулся сразу с тремя связанными особенностями: форма волны сохранялась, ее фаза обращалась, а сам сигнал приходил с задержкой. Именно это сочетание и предстояло объяснить дальше в исследовании.

 

Аномалия была связана с определенным направлением

Когда записи со всех станций сравнили между собой, обнаружилась еще одна важная закономерность. За исключением особенно необычного события 7 июля 1979 года, обращенная фаза почти всегда фиксировалась на двух станциях — MAIO и KAAO, расположенных к юго-западу от района взрывов. Проверить, возникал ли такой же эффект в противоположном направлении, было нельзя: там не было подходящих станций SRO. 

Это означало, что аномалия зависела не только от самого события, но и от направления распространения волн. На сводной схеме ниже для каждого взрыва показано, в сторону какой станции шел сигнал, какой была его фаза и насколько большой была амплитуда. У нормальных волн амплитуды были сравнительно стабильными, тогда как у обращенных сигналов они заметно сильнее отличались от обычной картины. Особенно выделялось событие 7 июля 1979 года.

 

Расположение исследованных событий в Восточном Казахстане, направления на сейсмические станции, фаза и относительная амплитуда зарегистрированных волн Рэлея. Размер кружка у каждого события отражает среднюю амплитуду нормальных волн, а длина линий — амплитуду сигнала на отдельных станциях.

 

Такая направленность помогла сузить круг возможных объяснений. Если бы причина заключалась главным образом в пути, который волна проходила от места взрыва до станции, то события из почти одной и той же точки должны были бы давать на одной станции более похожие результаты. Однако этого не наблюдалось. Поэтому Клиэри пришел к выводу, что источник аномалии, скорее всего, был связан с процессами в самом районе взрыва, причем эти процессы по-разному проявлялись в разных направлениях.

 

Почему глубина взрыва не объясняла картину

В обсуждении результатов Клиэри рассматривает несколько возможных объяснений. Версию о том, что необычный сигнал возникал из-за самого пути распространения волн, он считает маловероятной. Все события происходили очень близко друг к другу, поэтому волны до одной и той же станции шли практически по одинаковому маршруту. Не слишком хорошо подходили и более простые объяснения, связанные, например, с глубиной взрыва или разрушением пород над ним: такие механизмы сами по себе не объясняли, почему в определенных направлениях возникало обращение фазы.

Наиболее вероятной причиной Клиэри считал высвобождение уже накопленного напряжения в горных породах под действием взрыва. Иными словами, породы вокруг источника могли находиться в напряженном состоянии еще до события, а взрыв запускал их дополнительную разрядку. Поскольку это напряжение было направленным, такой механизм мог объяснить, почему аномальные волны чаще фиксировались на определенных азимутах.

Но здесь возникала новая проблема. Если взрыв и высвобождение напряжения происходили почти одновременно, было непонятно, почему обращенная волна приходила на несколько секунд позже. Если же высвобождение напряжения действительно начиналось с задержкой, в сейсмической записи следовало бы ожидать более явное наложение двух отдельных сигналов — от самого взрыва и от последующей разрядки пород. Клиэри такого четкого наложения не увидел, поэтому для объяснения аномалии понадобилась отдельная модель.

 

Как напряжение в породах могло изменить сам сигнал

Чтобы объяснить эту проблему, Клиэри предложил упрощенную модель того, что могло происходить в породах сразу после взрыва. В обычной ситуации взрыв резко нарушает состояние окружающей среды и запускает сейсмические волны. Но если породы еще до взрыва находились под сильным напряжением, само событие могло дополнительно высвободить часть этой накопленной энергии. В таком случае порода не просто возвращалась в исходное состояние, а продолжала движение дальше, в противоположную сторону. 

 

Схема предполагаемого изменения сейсмического источника взрыва при высвобождении накопленного напряжения в породах. Сплошная линия показывает условный сигнал взрыва без такого эффекта, пунктирная — его изменение при высвобождении напряжения. В модели это приводит к появлению сигнала с обращенной фазой и временной задержкой.

 

По модели Клиэри, именно это могло изменить наблюдаемый сигнал. Первоначальный импульс взрыва частично ослаблялся, а основная энергия волн Рэлея проявлялась уже в противоположной фазе и с небольшой задержкой. Так автор пытался одновременно объяснить две главные особенности аномальных записей: почему волна оказывалась «перевернутой» и почему она приходила позже обычного. При этом дополнительная импульсная составляющая могла ослаблять сигнал, не разрушая его общую форму, поэтому аномальные волны от разных событий оставались очень похожими друг на друга. 

Эта гипотеза опиралась на модель снятия напряжения в породах вблизи источника, разработанную C. B. Archambeau. Она не требовала обязательного возникновения отдельного землетрясения, хотя и не исключала разрушения горной среды. Для события 7 июля 1979 года Клиэри считал такое разрушение вполне вероятным и предполагал, что высвободившаяся тектоническая энергия могла даже превысить энергию самого взрыва.  

 

Что показало исследование

Сам автор называет работу предварительной и предлагает свою модель как наиболее подходящее объяснение наблюдений. Клиэри предположил, что взрыв мог не только создавать собственные сейсмические волны, но и запускать высвобождение напряжения, которое уже существовало в окружающих породах.

Для понимания ядерных испытаний в Восточном Казахстане это особенно важно. Исследование показывает, что подземный взрыв мог не только создавать собственные сейсмические волны, но и приводить в движение уже существовавшие в земной коре напряжения, высвобождая накопленную тектоническую энергию. Поэтому два взрыва, проведенные почти в одном месте, могли давать разные сейсмические сигналы в зависимости от состояния окружающих пород. Особенно показательным стал эпизод 7 июля 1979 года, когда, по предположению Клиэри, высвободившаяся тектоническая энергия могла даже превысить энергию самого взрыва. В историческом контексте это добавляет еще одно важное измерение к изучению Семипалатинского полигона: испытания были не только военно-техническими событиями, но и мощным вмешательством в геологическую среду Казахстана. Работа Клиэри показывает, что последствия таких взрывов следует рассматривать не только через характеристики самих зарядов, но и через реакцию земной коры на это воздействие.

Поделиться