Сейсмология

 
Китай – одна из зон сильной сейсмической активности. Постоянно борясь с бедствиями землетрясений, китайцы накопили огромный опыт в наблюдении землетрясений и феноменов, их предвещающих, в принятии предупредительных и антисейсмических мер. Первые упоминания о землетрясениях в Китае относятся к временам, рассматриваемым современными исследователями как мифологические. Так, в «Чжу шу цзи нянь» («Бамбуковые анналы»/«Летопись бамбуковых письмен») говорится о землетрясениях, произошедших в правление Шуня (традиц. 2179–2140 до н.э.) и Цзе (традиц. 1763–1711 до н.э.). Самая ранняя из правдоподобных регистраций землетрясения в Китае приведена в «Люй-ши чунь цю» («Вёсны и осени г-на Люя»), где сказано, что в шестом месяце шестого года правления Вэнь-вана (традиц. 1177 до н.э./XI в.) «земля перемещалась на запад, восток, север и юг».
 
Одно из ранних письменных упоминаний о землетрясении содержится в «Го юй» («Речи царств», цз. 1, разд. [10]) и относится к 779 до н.э., когда в результате подземных толчков изменились русла трех рек – Цзиншуй, Вэйшуй и Лошуй, что было расценено как грозное предзнаменование гибели династии Западной Чжоу. И действительно, вскоре чжоуский правитель Ю-ван погиб, а его двор бежал на восток.
 
Согласно приводимому в «Го юй» объяснению чжоуского сановника (да фу) Бо Ян-фу, землетрясения (ди чжэнь) происходят из-за нарушения баланса природных сил инь [1] и ян [1], а именно тогда, когда «ян [1] утрачивает (ши [26]) свое место и придавливает (чжэнь [7]) инь [1]». Землетрясения вызывают «закупорку (сай) истоков рек», от которой возникает «обмеление (цзе [11]) рек и затем обрушивание (бэн) гор», что вместе «обязательно приводит к гибели государства». Это объяснение, которого традиционная китайская наука придерживалась и далее, можно рассматривать как самую раннюю теорию землетрясений, не более примитивную, чем позднейшие европейские теории, не прогрессировавшие вплоть до Нового времени, когда стали развиваться представления о земной коре. Так, Анаксимен (ок. 585–525 до н.э.), согласно Аристотелю (384–322 до н.э.), первым у греков пытавшийся объяснить природу землетрясений, полагал, что они происходят из-за того, что земля, увлажняясь и высыхая, покрывается трещинами, вследствие чего «расколотые таким образом возвышенности рушатся вниз» («Метеорология», 365в 7–9). Теория самого Аристотеля, ссылавшегося на действие пневмы, ближе к китайской, нежели к анаксименовской: «когда под действием солнца и собственного огня она [земля] нагревается, как снаружи, так и в недрах земли образуется много пневмы» и «колебания земли вызываются не водой и не землей, а пневмой, когда внешние испарения почему-то устремляются в глубь [земли]» (там же, 365а 22–29, 366а 1–5).
 
В конце 50-х гг. XX в. китайские ученые подсчитали, что в китайской литературе до 1955 содержится более 8100 записей о землетрясениях, которые составляют самый длинный и наиболее полный ряд по сравнению с подобными записями в любой другой стране. Они позволяют определить особенности возникновения землетрясений, усиление и падение сейсмической активности на территории Китая. Например, в Нанкине ее усиление было в 345–414 и 1372–1644, когда произошло соответственно 30 и более чем 110 толчков. Главная сейсмическая область пролегает в Китае к северу от р. Янцзы и во всех западных провинциях. На основе современного анализа записей о землетрясениях в этих областях можно сделать вывод, что от конца эпохи Сун до начала Цин сейсмическая активность там имела 32-летний период, образуя 12 пиков. Некоторые из землетрясений были достаточно сильными. Так, 23 января 1556 во время землетрясений в провинциях Шаньси, Шэньси и Хэнань погибло более 830 тыс. человек. По современным оценкам, их сила доходила до 8 баллов по шкале Рихтера. Очевидец событий, Цинь Кэ-да, в «Ди чжэнь цзи» («Записки о землетрясениях») писал, что особенно пострадали крестьянские семейства, жившие в пещерах, вырытых на склонах гор и холмов. Главный толчок случился ночью, и люди оказались заживо погребенными в своих домах под сдвинувшимися толщами грунта.
 
В древнекитайских текстах, посвященных землетрясениям, часто указываются и их предвестники, например, сейсмические звуки. В «Вэй шу» («Книга об [эпохе] Вэй») говорится, что перед землетрясением в 474 в пров. Шаньси слышались звуки, «подобные грому и идущие откуда-то с запада». В литературе неоднократно отмечалось, что сильное землетрясение часто возникает после череды слабых толчков, сразу или через некоторое время. Сунь Чжи-лу (XVIII в.) в «Эр-шэнь е лу» («Собрание частных [записей] Эр-шэня») засвидетельствовал, что за три месяца до сильного землетрясения в 1512 в пров. Юньнань происходили 13-дневные фоновые толчки. Имеются также описания внезапного высыхания рек, опускания уровня грунтовых вод, изменения цвета и вкуса воды в колодцах. Предвестниками землетрясений считались всякого рода погодные аномалии – обильные дожди, сильная ветреность, чрезвычайная жара и проч.
 
Необычное поведение животных перед землетрясениями регистрировалось с начала эпохи Тан (618–907). В «Астрологическом каноне [периода] Кай-юань» («Кай-юань чжань цзин», 729) Цюйтань Сида писал, что, после того «как крысы стали бегать по улицам и переулкам, затряслась земля». В разных сочинениях отмечается, что перед землетрясением сильно каркают вороны, кудахчут курицы, лошади и коровы поднимают головы и проч.
 
Эти и другие предвестники землетрясений помогали китайцам вовремя предпринимать предупредительные меры. Услышав характерные сейсмические звуки или ощутив фоновые толчки, люди выходили из домов и выносили свой скарб на открытые места, перегоняли скот с гор в поля и т.д. Начиная с эпохи Сун почти во всех хрониках сообщается, что если такие звуки и толчки продолжались долго, то люди устанавливали в открытом поле временные жилища, представляющие собой легкие деревянные каркасы, покрытые соломой или тростником.
 
В районах особой сейсмической активности китайцы стремились строить жилища, храмы и мосты долговечными и безопасными. Особое внимание уделялось крепости фундаментов и надежности соединений между частями построек. Древнекитайская архитектура указывает на богатство опыта и знания в проектировании и строительстве сооружений, предназначенных противостоять сильным землетрясениям. Примером может служить 60-метровая деревянная башня в уезде Инсянь пров. Шаньси, построенная в эпоху Ляо, или мост Чжаочжоу через реку Сяохэ в уезде Чжаосянь пров. Хэбэй, который был сооружен при династии Суй. Они расположены в сейсмоопасных областях Северного Китая, где тысячелетие или более должны были противостоять частым землетрясениям различной интенсивности. Правительство в традиционном Китае во все времена было заинтересовано в скором получении сообщений о землетрясениях в отдаленных областях страны и поэтому содержало штат специальных гонцов. Такие сообщения позволяли сделать вывод, что поставки зерна (налоги выплачивались, как правило, зерном) из этой области могли быть прерваны. С другой стороны, они могли означать, что данная область нуждается в продовольственной и какой-либо другой помощи или необходимо послать туда войска для наведения порядка.
 
В 132 великий ученый Чжан Хэн (78–139), служивший тогда в должности императорского астронома (тай ши лин), изобрел устройство ди дун и («показатель движений земли»), или ди чжэнь и («показатель землетрясений»), являвшееся первым в мире сейсмоскопом (сейсмометром), предшественником современного сейсмографа, который, в отличие от последнего не записывал данные о колебаниях земли, а только регистрировал землетрясения на больших расстояниях и мог определить направление к эпицентру. Это устройство не сохранилось до наших дней. О его конструкции можно судить по неполному описанию в «Хоу Хань шу» («Книга об [эпохе] Поздней Хань»), в главе, излагающей биографию Чжан Хэна. Хотя некоторые детали этого устройства до сих пор неизвестны, общий принцип вполне ясен.
 
Сейсмоскоп был отлит из бронзы и походил на винный сосуд с куполообразной крышкой, плотно прилегающей к горловине. Диаметр его составлял 8 чи [1] (около 1,9 м), а поверхность была покрыта орнаментом из старинных иероглифов и рисунков гор, черепах, птиц и животных. По окружности размещались фигуры восьми драконов (или только их голов), ориентированных по восьми направлениям пространства: четыре страны света и промежуточные направления. Головы драконов имели подвижные нижние челюсти. В пасти каждого помещался бронзовый шар. Рядом с сосудом под головами драконов располагались восемь бронзовых жаб с широко открытыми ртами. Внутри сосуда имелась «центральная колонка, способная к боковому смещению в восьми направлениях по направляющим пазам» и связанная «зубчатым механизмом и изобретательными конструкциями» с подвижными нижними челюстями драконов. При землетрясении «колонка» приходила в движение и затем открывалась пасть дракона, находящегося со стороны эпицентра подземного толчка, шар падал в рот жабы, производя сильный шум, который служил сигналом для наблюдателя. После того как устройство срабатывало, пасти других драконов уже не открывались при последующих толчках.
 
Как свидетельствует летопись, сейсмоскоп Чжан Хэна действовал достаточно точно. Он был чувствительным даже к небольшим толчкам, происходившим на расстоянии сотен ли [10]. Его действенность была продемонстрирована вскоре после его изготовления. В 138 был случай, когда шар выпал из пасти дракона, но никто при дворе не поверил, что это означало землетрясение, поскольку толчки тогда не ощущались. Но через несколько дней прибыл посыльный с вестью о землетрясении в районе Лунси (юго-восток совр. пров. Ганьсу), который находился на расстоянии ок. 500 км к северо-западу от столицы Лоян. Именно это направление указал сейсмоскоп. Как сказано в «Хоу Хань шу», «после этого каждый признал его чудодейственность». С тех пор обязанностью должностных лиц астрономического ведомства было делать записи о времени землетрясений и направлении к эпицентру.
 
Можно найти по крайней мере более поздних два упоминания о сейсмоскопе Чжан Хэна. Его описали Синьду Фан в начале VI в. и Линь Сяо-гун в 581–604. Возможно, они также изготовили подобное устройство. Не исключено, что с принципом его работы позже познакомились мусульманские ученые, поскольку сейсмоскоп, как будто, применялся в построенной в Иране во второй половине XIII в. известной Марагинской обсерватории. На Западе первый сейсмоскоп появился в XVII в. и представлял собой простую чашу, доверху наполненную водой, которая расплескивалась при землетрясении. Сейсмоскоп с маятником появился в Европе в середине XIX в.
 
«Центральная колонка» сейсмоскопа Чжан Хэна также, вероятно, являлась подвешенным или перевернутым маятником. В любом случае устройство, через которое маятник приводит в действие шарик, должно срабатывать один раз, реагируя на продольные сейсмические волны, а не поперечные. Существует множество инженерных решений этой задачи, даже в рамках, задаваемых не очень ясным описанием в «Хоу Хань шу» рабочей части сейсмоскопа Чжан Хэна.
 
В 1936 и 1951 китайский ученый Ван Чжэнь-до изготовил две его модели. Еще одну модель построил в 1939 японский ученый Имамура Акицуне. Эти модели отличаются как внешне, так и внутренней конструкцией. В первой модели Ван Чжэнь-до элементом, реагирующим на подземные толчки, является подвешенный цилиндрический маятник, имеющий в верхней части ушки, на которые опираются подвижные поперечные рычаги. Каждый из них соединяется с пастью дракона в соответствующем направлении и открывает ее в том случае, когда маятник выходит из состояния покоя и воздействует на данный рычаг, поднимая его и сдвигая от центра. На рычаге есть устройство захвата, которое фиксирует положение отклонившегося маятника, не давая ему срабатывать во второй раз при воздействии прямых толч-ков. Однако такая конструкция с висячим маятником не застрахована от воздействия дополнительных боковых сотрясений.
 
Имамура Акицуне использовал принцип перевернутого маятника. При подземном толчке стержень, стоящий в центре сосуда, должен потерять равновесие и, склоняясь, войти в один из восьми пазов, давя в нем на спицу, выталкивающую соответствующий шар из пасти одного из драконов. На опыте в таком устройстве, надежно обеспечивающем одноразовое срабатывание, шарик обычно выпадал при вторичных боковых волнах, а не при первых продольных, если они не были достаточно сильными.
 
Во второй модели Ван Чжэнь-до, использующей, как и у Имамуры Акицуне, принцип перевернутого маятника, датчиком является бронзовый стержень, установленный на дне сосуда в положении неустойчивого равновесия. При землетрясении стержень просто падает на рычаг, связанный с пастью дракона, смотрящего в направлении эпицентра толчков. Эта модель имеет те же конструктивные достоинства и недостатки, что и японская. В целом, вопрос о том, какова была истинная конструкция сейсмоскопа Чжан Хэна, остается открытым.
 
Литература:
Мао Цзо-бэнь. Это изобретено в Китае. М., 1959; Темпл Р. Научный гений Древнего Китая // Курьер ЮНЕСКО. 1988, № 11; Чжан Юй-чжэ. Чжан Хэн – великий астроном древнего Китая // Народный Китай, 1956, № 1, с. 27–31; Лю Сянь-чжоу. Чжунго цзисе-гунчэн фамин ши (История технических изобретений в Китае). Т. 1. Пекин, 1962; Мао Цзо-бэнь. Вомэнь цзусянь ды чуанцзао фамин (Творческие изобретения наших предков). Шанхай, 1957; Ancient China’s Technology and Science: Compiled by the Institute of the History of Natural Science, Chinese Academy of Science. Beijing, 1983; Buchanan K., Fitzgerald C.P., Ronan C.A. China: The Land and the People, the His-tory, the Art and the Science. N. Y., 1981; Dewey J., Byerly P. The Early History of Seismometer (to 1900) // Bulletin of the Seismological Society of America. 1969,Vol. 59, №. 1, p. 183–227; Feng R., Wu Y.-X., Zhu T. Research on the Historical Records and Reconstruction Models of Zhang Heng’s Seismometer // Studies in the History of Natural Sciences. Beijing, 2006. Vol. 25, p. 34–52; Imamura A. Tokyo and His Seismoscope // Japanese Journal of Astronomy and Geophysics. 1939. Vol. 16, №. 2-3, p. 37–41; Ronan C.A. The Shorter Science and Civilisation in China: An Abr. of Joseph Needham’s Оrig. Тext. Vol. 2. Cambridge, 1981; Sleeswyk A. W., Sivin, V. Dragons and Toads, the Chinese Seismoscope of A.D. 132 // Chinese Science. Philadelphia, 1983, Vol. 6, p. 1–19; Temple R. The Genius of China: 3000 Years of Science, Discovery and Invention. N. Y., 1986; Yan H.S. Reconstruction Designs of Lost Ancient Chinese Machinery. N. Y., 2007.
 
Автор: Еремеев В.Е.
 
Литература:
Кроль Ю.Л. Наука и техника древнего Китая // Б.Б. Вахтин и др. Страна Хань. Л., 1959, с. 284–285; Ван Чжэнь-до. Хань Чжан Хэн хоу фэн ди дун и цзаофа чжи туйцэ (Предположение о конструкции устройства/сейсмоскопа для [регистрации] колебаний земли и направлений на них ханьского Чжан Хэна) // Яньцзин сюэбао (Яньцзинский научный вестник). Т. 20. Пекин, 1936, с. 577–586; Вань Ди-ди. Чжунго цзисе кэ-цзи чжи фачжань (Развитие механизмов и машин, науки и техники в Китае). Тайбэй, 1983; Лю Сянь-чжоу. Чжунго цзисе-гунчэн фамин ши (История изобретений машин и механизмов в Китае). Т. 1. Пекин, 1962; Фэн Жуй, Тянь Куй, Чжу Тао и др. Чжан Хэн ди дун и ды кэсюэ фуюань (Научная реконструкция устройства/сейсмоскопа для [регистрации] колебаний земли Чжан Хэна)// Цзыжань кэсюэ ши янь-цзю (Исследования по истории естественных наук). Т. 25 (доп. выпуск). Пекин, 2006, с. 53–76; Си Цзэ-цзун. Чжан Хэн // Чжунго гудай кэсюэцзя (Древнекитайские ученые). Пекин, 1959, с. 24; Сунь Гуань-лун. Чжан Хэн «хоу фэн ди дун и» («Показатель направлений сигналов от движений земли/пространственно ориентированный сейсмоскоп» Чжан Хэна) // Ту-шо Чжунго гудай кэ-цзи чэнцзю (Научно-технические достижения древнего Китая с иллюстрированными пояснениями) / Сост. Сун Чжэн-хай, Сунь Гуань-лун и др. Ханчжоу, 2000, с. 139–140.
 
Сост. библ.: Кобзев А.И.
 
Ст. опубл.: Духовная культура Китая: энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. М.Л. Титаренко; Ин-т Дальнего Востока. — М. : Вост. лит., 2006–. Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование / ред. М.Л. Титаренко и др. — 2009. — 1055 с. С. 262-266.