1. Механизм повреждения деревьев
Анализ большого количества публикаций и фотоматериалов о повреждении деревьев в районе Тунгусской катастрофы, имеющих сломленные расщепленные стволы и вертикальные трещины, говорит о том, что растения подверглись удару «снизу». Рассмотрим рис.2.1 из публикации [5].
Рис.2.1. Характер повреждения веток в районе падения Тунгусского метеорита
«Все ветви у стоящих на корню сухих деревьев загнуты дугообразно книзу с выпуклостью к верху, причем тонкие ветки обычно обломаны....». Этот рисунок является ярким примером остаточных деформаций при воздействии вертикальных ускорений, превышающих предел упругих деформаций для древесины. Перечисленные повреждения деревьев типичны для землетрясений и мощных наземных взрывов, индуцируемых поверхностные волны Рэлея [11], которые при прохождении с высокой скоростью и производят удар. Необходимо отметить то, что теория удара пока далека от совершенства. Имеются трудности и в физике явления и в математическом описании, так как велика неопределенность свойств материала при проведении динамических испытаний. Математические трудности возникают при изучении соударения тел даже простой формы (две сферы, два призматических стержня), для которых в основном и создана теория. В случае более сложной формы, математические затруднения часто оказываются почти непреодолимыми. Следствием отмеченной сложности является возникновение разнообразных упрощенных теорий [10], решения по которым достаточно трудоемки. Не выходя из материала средней школы, можно ориентировочно определить критическую (для древесины) скорость прохождения поверхностной волны. Задача аналогична удару стержня о стенку [2]. Величину силы удара можно найти:
где F-сила удара
U - скорость удара (скорость волн Рэлея) 4 104 – 6 105 см/сек,
Е - модуль Юнга 0,1 • 106 кГ/см3,
S - площадь поперечного сечения ствола дерева, Для среднего диаметра ствола дерева, равного 30см, S = 700 см2.
Предел упругости для сосны:
(F/S) max = 73 кГ/см , где S - площадь сечения ствола, равная 700 см2,
тогда F = 51 100 кг.
Найдем критическую скорость прохождения волны Рэлея, при которой материал ствола будет находиться в пределах упругой деформации (растрескиваний стволов и перегибов веток еще нет)
Размерность и значения как в предыдущей формуле.
На первый взгляд кажется, что условий, для того чтобы дереву уцелеть, нет. Слишком уж разительна разница критической скорости волны и реальных скоростей волн Рэлея для криопласта (400 - 6000 м/сек). Рассмотрим рис. 2.2, на котором показан эпицентр «взрыва» (по работам КСЭ) и эпицентр землетрясения - гора Стойкович (они практически совпадают).
Рис.2.2. * эпицентр взрыва -КСЭ, • Только гора Стойкович может быть реальным осциллятором землетрясения (колебания криопласта), что доказывается наличием «ротора» вывала леса вокруг ее (вызван крутильными колебаниями горы Стойкович при землетрясении). Подобные вращательные движения почвы типичны для многих землетрясений. На рис. 2.3 из работы [7] очень убедительно изображена аналогия «ротора» для строительных конструкций.
Рис.2.3. Обелиск монастыря Св.Бруно в Сан-Стефано, повернутый вращательным движением почвы (drehende oder rotatorische) землетрясения 1783 г.
Характер вывала леса в радиусе первых пяти километров от горы Стойкович хаотичен. Это говорит о том, что криопласт колеблется как пластина, а устойчивая волна Рэлея еще не образовалась. Согласно [9] поверхностная волна, сформированная интерференцией волн в слое, образуется на расстоянии около 20Н от осциллятора, где Н - толщина слоя. Для нашего случая надо рассматривать толщину криопласта (25м) плюс толщину нижнего замедляющего водоносного горизонта (200 - 300 м), так как эти слои обладают резко отличающимися параметрами поперечных скоростей Us и выраженной повышенной сейсмичностью с отчетливыми максимумами частотной характеристики [8].
В радиусе первых пяти километров возможно образование фигур Хладни («телеграфник») - узких структур, где образуется устойчивая стоячая волна и где превалируют вертикальные ускорения [4], близкие к критическим значения. Это вызывает повреждение веток (согласно рис.2.1) и вызывает образование вертикальных трещин стволов деревьев. С увеличением радиуса распространения от эпицентра землетрясения волна Рэлея становится устойчивой по амплитуде и скорости. Она выворачивает корневую систему деревьев, подобно гравитационным волнам на поверхности раздела, и расщепляет стволы. Механизм расщепления при ударе хорошо известен и описан в публикациях по динамическому расчету конструкций, (деформация сжатия порождает трещины по направлению действия силы).
Единственной возможностью уцелеть (для дерева) является его нахождение у глубинной дайки (подножие сопки), где поверхностная волна дифрагирует с падением амплитуды. Необходимо заметить, что помимо явления дифракции у подножия сопок, глубина оттаивания грунта достигает 1,5 - 2 м, что приводит к рассеиванию волн Рэлея. Увеличивается и удаление ствола от возбудителя - криопласта, что резко снижает силу удара при прохождении волны, рис. 2.4. Согласно исследованиям КСЭ, устойчивый радиальный вывал леса начинается с расстояния от эпицентра 5000 м, что полностью согласуется с вышеизложенной гипотезой (на расстоянии 20 толщин сейсмоактивных слоев).
Рис.2.4.
1 - Волна Рэлея на поверхности (показана условно)
2. Механизм образования особенностей термолюменценции почв
В великолепной работе Б.Ф. Бидюкова [1] указано на любопытный феномен .... «В зоне от 5 до 15 км вокруг эпицентра отмечается преобладание проб с высоким значением светосумм, в зоне, примыкающей к эпицентру, светосуммы проб низки».
Необходимо отметить, что это полностью коррелирует с воздействием поверхностной волны Рэлея. Рассмотрим механическое воздействие этих волн на частицу почвы. Верхний оттаявший слой почвы имеет толщину 30 - 40 см и состоит из отдельных минеральных частиц размером менее 1 мм. При прохождении волны по криопласту, оттаявший слой мгновенно выпучивается и разрыхляется. Реально рассчитать силу удара на отдельную минеральную частицу невозможно, но бесспорно, что на поверхности она лежит ниже значения Рассмотрим рис.2.5 из источника [6]. Экспериментальные исследования деформации пород и минералов под действием динамических нагрузок показали, что деформации могут как увеличивать, так и уменьшать термолюминесценцию. Очевидно на радиусах прохождения поверхностных волн 5-15 км от эпицентра, сила удара лежит в пределах, указанных пунктиром (а) на рис.2.5. Точные значения деформирующих сил можно получить в результате лабораторного эксперимента.
Рис.2.5.
По оси Y - значения термолюминесценции, по оси X - значения глубины деформации.
3. Механизм образования палеомагнитного феномена
После 1976г., когда в работе [3] были опубликованы материалы А.П. Бояркиной и С.Д. Сидораса, в литературе появилось несколько крайне «феноменологических» толкований результатов их исследования. Прежде всего, рассматривали аномалии как следствие работы неизвестных ракетных двигателей. Давайте рассмотрим этот вопрос более подробно. Прежде всего: направление векторов намагниченности лежат в области современного геомагнитного поля (Р=12 1=72).
А теперь проведем наиболее простое материалистическое объяснение «феноменов».
3.1. Низкое значение фактора Кенигсбергера Q
Jn - величина остаточной намагниченности,
X - величина магнитной восприимчивости.
Снижение Q связано с уменьшением Jn. Общеизвестен факт влияния деформаций на остаточную намагниченность. Бесспорно, что в районе катастрофы было землетрясение, и рыхлый чехол подвергся мощным деформациям от прохождения поверхностных волн. Необходимо отметить и то, что рыхлому чехлу свойственны низкие значения Q.
3.2. Хаотическое распределение магнитных векторов западней г. Фарингтон просто объясняется дифракцией поверхностной волны на препятствии (при землетрясении).
3.3. Несоответствие азимутального и радиального распределения векторов Jn объясняется разворотом минеральных частиц относительно друг друга при прохождении поверхностной волны (встряхивание со скорость. 0,4 - 1,2 км/сек).
3.4. «Шлейф» Бояркиной это просто остаточная намагниченность повторяет ход магнитной восприимчивости. «Шлейф» отражает содержание ферромагнетиков (магнетита) в данном рыхлом чехле. Если провести палеомагнитные исследования на соседних доперитовых дайках («палеовулканах), то можно получить необходимые шлейфы, которые никакого отношения к катастрофе иметь не будут.
Заключение:
На расстоянии 5000 м от эпицентра землетрясения (гора Стойкович) радиально расходящиеся волны Рэлея произвели типичные для землетрясения последствия:
1. Вызвали вывал леса. Литература
2 - Волна рэлея в криопласте (показана условно)
3 - Криопласт
4 - Зона растепления
I - зона деформации при закалке,
II - зона пластической деформации,
III - зона разрушения и ударной деформации.
2. Повысили значение светосумм при термолюминесценции почв.
3. Понизили значения фактора Кенигсбергера и вызвали несоответствие азимутального и радиального векторов Jn для минеральных частиц почвы.