Борис Борисович Голицын – основоположник отечественной сейсмологии.

Анатолий Антонец

Продолжение.

 Б.Б.Голицын был Инициатором создания (с 22 декабря 1915 года) и начальник Главного военно-метеорологического управления, которым руководил вплоть  до своей смерти… 

На рубеже XIX—XX веков развитие добычи угля в мире сопровождалось крупными авариями в угольных шахтах. В основных угледобывающих странах начались серьёзные работы по организации горноспасательного дела и научным исследованиям по борьбе с подземными пожарами, взрывами метана, определению условий формирования взрывоопасных газовых смесей в рудничной атмосфере, взрывчатости угольной пыли. Основной угледобывающий регион России — Донбасс не был исключением.В 1902 году на некоторых рудниках начали организовываться горноспасательные станции и бригады из числа рабочих, делались первые шаги в этом направлении.

Уже 1 ноября 1907 года в Макеевке на эти средства была устроена и оборудована первая в России Центральная спасательная станция. Для этого Русское Донецкое общество каменноугольной и заводской промышленности передало освободившееся здание главной конторы недавно закрытой шахты «Старая Капитальная» и земельный участок 60 x 45 сажен (128 х 96 метров). Здесь были построены: технические здания, учебный штрек и школа десятников. Сюда же дополнительно подвели железнодорожные пути и телефонную линию.

В 1911 году была открыта Макеевская сейсмическая станция 1-го разряда, входившая в состав первой в России Центральной горноспасательной станции. Такая сейсмостанция представляла собой здание с двойными стенами, сооружённое в заглублённом котловане. Здание имело два отдельных помещения: одно для сейсмографов (пулковского типа), второе для гальванометров с регистрирующим аппаратом. Для непрерывной регистрации сейсмического сигнала использовались специальные маятники и подвижная платформа.

Б.Б. Голицын курировал создание первой в России сейсмической службы. Благодаря активной деятельности Б. Б. Голицына в Постоянной сейсмической комиссии были организованы сейсмические станции «Тифлис» (1899), «Ташкент» (1901),«Иркутск» (1901), «Баку» (1903), «Верный» (1905), «Екатеринбург» (1906) «Пулково» (1910). К 1906 году в России  уже действовало 18 сейсмических станций, и ими было зарегистрировано более трёх тысяч землетрясений.

С 1907 г. и до конца жизни Б. Б. Голицын был председателем Ученого комитета министерства земледелия и «благодаря неустанным трудам кн. Голицына, комитет поставлен на такую высоту, что вся сельскохозяйственная Россия прислушивается к его голосу».

Б.Б. Голицын стоял у истоков   науки, получившей название -СЕЙСМОЛОГИЯ и  попутно заложил ее основы. Б. Б. Голицын считал основной задачей сейсмометрии определение истинных элементов движения почвы. Разработанная им общая теория горизонтального маятника с учетом всех шести компонент движения почвы была впервые представлена на заседании Императорской Санкт-Петербургской академии наук 16 января 1902 г. и том же году впервые в мире опубликована. С именем Б. Б. Голицына связаны разработка строгой математической теории сейсмических лучей и расчет истинных смещений почвы по записям сейсмических волн. Он решил задачу определения эпицентра землетрясения по записям одной станции, причем предложенный Б. Б. Голицыным способ широко используется и по сей день.

Он разработал метод определения положения эпицентра по данным двух станций, исследовал поляризацию сейсмических волн. Б. Б. Голицын впервые выдвинул идею определения 2 из 11 землетрясения по сейсмограмме и апробировал ее на примере Сарезского землетрясения

  1911 г. Он предложил оценивать сейсмическую энергию, излучаемую очагом землетрясения, по плотности энергии колебаний в удаленной от эпицентра точке, пропорциональной отношению амплитуды колебаний к их периоду. Эта идея в настоящее время используется в различных магнитудных шкалах классификации землетрясений. Б. Б. Голицын предложил оригинальный метод изучения внутреннего строения Земли по значениям угла выхода продольных волн на дневную поверхность.

Он разработал теоретические основы этого метода и, используя данные наблюдений на Пулковской сейсмической станции, выявил границы изменения свойств Земли на глубинах 106, 232, 492 и 1444 км.

Этот метод получил дальнейшее развитие в работах крупнейшего отечественного сейсмолога 1950–1970-х годов Е. Ф. Саваренского(Евгений Фёдорович Саваренский (1911—1980) — советский учёный-геофизик, доктор физико-математических наук (1950), член-корреспондент АН СССР (1966)), который посвятил этой теме свою докторскую диссертацию.

Б. Б. Голицын разработал объективную макросейсмическую шкалу, в которой ускорение и сила землетрясения оценивались по опрокидыванию стоявших параллелепипедов разных размеров. Он впервые поставил задачу использования записей ускорений для расчета сейсмических воздействий на сооружения и проектирования эффективных мероприятий по их защите.

Вскоре им был создан и детально исследован прибор для непосредственной регистрации ускорений. Принцип действия прибора базировался на оригинальной идее Б. Б. Голицына о возможности использования пьезоэффекта кварца для преобразования механических колебаний в электрические. Он исследовал колебания в различных точках 5-этажного здания и предложил конкретные меры повышения сейсмостойкости зданий и сооружений на этапе их проектирования               Б.Б. Голицын выполнил детальные исследования микросейсмических колебаний, обнаружил, что «усиление микросейсмических колебаний предшествует появлению циклона», и высказал предположение о возможности использования этого явления для прогноза циклонов. Он разработал первую научную программу исследований по прогнозу землетрясений в России и начал ее реализацию. Б. Б. Голицын считал, что землетрясения возникают в результате накопления в горных породах упругих напряжений. Именно поэтому он предусматривал «систематическое исследование медленных смещений одних горных пород по отношению к другим, обнаруживающихся в брадисейсмических (Брадисейсмические явления суть такие явления, которые протекают сравнительно медленно, а некоторые даже чрезвычайно медленно. К последней категории относятся, например, медленные поднятия и опускания материков или вообще медленное относительное смещение одних масс   горных дород по отношению к другим.) явлениях у поверхности Земли». Понятно, что речь идет о проведении регулярных геодезических наблюдений. Предусматривался также инструментальный мониторинг скоростей сейсмических волн, дебита источников и некоторых других параметров. Для реализации программы он разрабатывал специальную аппаратуру и модели возникновения предвестников. Б. Б. Голицын считал, что “скорости распространения продольных и поперечных волн должны в значительной мере зависеть от физических свойств верхних слоев Земли” и на этой основе разработал концепцию сейсморазведки.  Б. Б. Голицын внес существенный вклад в разработку ряда других важнейших вопросов сейсмологии, в частности, он писал о возможности проявления на сейсмограммах собственных колебаний Земли, отмечал сильное «влияние свойств подпочвы на записи приборов», объяснил причину возникновения землетрясений накоплением в упругих напряжений, предположил возможность триггерных эффектов сейсмичности, и др.

За 16 лет работы Голицына в Петербургской академии наук (ныне РАН) – для развития сейсмологии было сделано многое: предложено использовать  преобразование механического сейсмического сигнала в электрический, был разработан гальванометрический метод записи сейсмических сигналов, созданы сейсмографы с гальванометрической регистрацией для записи удаленных землетрясений. Благодаря стационарным наблюдениям с использованием сейсмографов с гальванометрической регистрацией Голицын создал классический метод определения координат эпицентра землетрясения по данным одной сейсмической станции.

     В 1906 Голицын основал Центральную сейсмическую станцию "Пулково". Под его руководством в 1910–1911 гг. был создан и успешно реализован "Проект новой организации сейсмической службы в России". С 1913 года Голицын стал директором Главной Физической обсерватории РАН – центра изучения внутреннего строения Земли.

 Клинограф Голицына с электромагнитным затуханием и гальванометрической регистрацией для изучения наклонов земной поверхности при дальних землетрясениях

     Впервые предложил использовать пьезоэлектрические преобразователи для измерения механического давления и регистрации сейсмических волн в грунте. По записям Пулковской сейсмической станции Б. Б. Голицын в 1915 году вычислил энергию Сарезского землетрясения, а также экспериментально определил углы выхода сейсмической радиации.

   Голицын развил теорию соответствия между эпицентральным расстоянием, направлением выхода продольных волн и характером изменения скорости их распространения внутри Земли. Голицын первым установил две границы изменения свойств в недрах Земли: одну — на глубине 106 км, которую связывал с подошвой изостатического слоя (ныне она связывается с астеносферой), и границу раздела на глубине 492 км (теперь её глубина оценивается в 410 км, и она интерпретируется как граница фазового перехода оливина в фазу шпинели).

Бориса Борисовича Голицына можно по праву считать основоположником российской сейсмологии. Он сконструировал сейсмометрические приборы, которыми в начале XX века были оборудованы и отечественные, и многие зарубежные сейсмические станции.

В 1910 г. Голицын разработал проект новой организации сейсмической службы службы России. Разработанный Голицыным проект сыграл исключительно важную роль в развитии отечественной сейсмологии. Проектом предусматривалось проведение инструментальных сейсмических наблюдений на территории России сетью сейсмических станций, включающих в себя Центральную сейсмическую станцию в Пулкове, 7 сейсмических станций первого и 17 – второго разряда. Был детально проработан состав аппаратурного оснащения станций. Реализация проекта шла невиданно быстрыми темпами. В 1910 г. Центральным бюро был успешно осуществлен набор кадров для сейсмических станций. Для набранных сотрудников Б. Б. Голицын прочитал обширный курс лекций по сейсмометрии, И. И. Вилип и                П. М. Никифоров провели практические занятия по сейсмометрии. В 1911 г. было закончено строительство Центральной сейсмической станции в Пулкове, она была оборудована новой аппаратурой и с 1 января 1912 г. начался выпуск еженедельного бюллетеня.

 В 1913 г. вводом в эксплуатацию станции 1-го разряда в Екатеринбурге было закончено создание предусмотренных проектом семи станций первого разряда. К 1914 г. реализация проекта была близка к завершению. На всех введенных в эксплуатацию в соответствии с проектом станциях было размещено новое, более совершенное оборудование, осуществлялся выпуск еженедельных бюллетеней    Всего по проекту было введено в эксплуатацию 14 сейсмических станций второго разряда.

Сейсмическая служба России заняла лидирующее положение в мире. 

Б. Б. Голицын оставил заметный след в самых разных областях сейсмологии, но наибольшее влияние он оказал на развитие сейсмометрии…

Преобразование сейсмического сигнала в электрический и гальванометрическая регистрация   привела к революционным изменениям в     различных областях этой науки. Главное достижение Б. Б. Голицына относится к сейсмометрии. Он понял бесперспективность дальнейшей модернизации столь популярных в Европе, особенно в Германии.    Уже в 1902 г. Б. Б. Голицын разработал прибор принципиально нового типа – на основе преобразования перемещения маятника в электрический сигнал. Он использовал магнитоэлектрический способ преобразования, суть которого состояла в следующем. К стержню горизонтального маятника прикрепляются плоские индукционные катушки из тонкой изолированной проволоки, помещенные между полюсами двух постоянных магнитов. При движении маятника катушки перемещаются в магнитном поле, и в них индуцируется электрический сигнал, пропорциональный угловой скорости движения маятника относительно основания сейсмографа. Предложенное Б. Б. Голицыным преобразование сейсмического сигнала в электрический имело колоссальное значение для сейсмологии и обеспечило ее бурное развитие. Разработанные по этому принципу сейсмографы обладали чрезвычайно высокими характеристиками и широко применялись не только при решении классических задач сейсмологии, но и в новых разделах прикладной сейсмологии. Именно преобразование сейсмического сигнала в электрический обеспечило стремительное совершенствование сейсмической аппаратуры во второй половине XX века на основе достижений электроники. Были значительно улучшены метрологические характеристики аппаратуры, расширен частотный и динамический диапазоны регистрации. Помимо гальванометрической регистрации, стало возможным использовать магнитную запись, сначала аналоговую, а позже и цифровую. По мере развития вычислительной техники появилась возможность ввода сейсмических сигналов в компьютеры, стали развиваться новые методы сейсмологических исследований, например на основе группирования сейсмоприемников.

Следующим изобретением  Б. Б. Голицына, неразрывно связанным с только что рассмотренным, было использование для записи индуцированного в катушках сигнала оптической регистрации на равномерно движущейся светочувствительной бумаге с помощью зеркального гальванометра.

 К основным достоинствам предложенного принципа построения сейсмографа относятся: простота, отсутствие трения и увеличительных рычагов, возможность достижения огромной чувствительности, а также регулировки увеличения в широких пределах, многократное уменьшение массы маятника по сравнению с приборами с механической регистрацией, повышение качества фотозаписи за счет более близкого (по сравнению с обычными сейсмографами с оптической регистрацией) расположения зеркальца гальванометра и фотобумаги, возможность регистрации на значительном удалении от сейсмического датчика, существенно меньшее влияние дрейфа сейсмометра, возможность параллельной регистрации на одной ленте сигналов сразу с нескольких датчиков.

Попутно необходимо заметить, что  принцип  работы вертикального сейсмографа  Голицына  заложен в основу  работу  металлизированных и особенно кварцевых   чувствительных систем современных гравиметров                ( приборов для измерения  приращения силы тяжести), как  большинства отечественных  приборов, так   и их зарубежных аналогов ( Канада, США), позволяющих с высокой точности производить измерения  гравитационного поля  земли и использоватьих результаты при поисках многих  видов месторождений полезных ископаемых…

Мировое признание пришло к Б.Б. Голицыну только в последние годы жизни: Манчестерский университет присудил ему степень почетного доктора; Франкфуртское физическое общество избрало его почетным членом, Геттингенская академия наук – членом-корреспондентом, а Лондонское Королевское Общество – своим иностранным членом.

Великий ученый скончался  4 (17) мая 1916 на своей даче в Новом Петергофе от воспаления легких на 55 году жизни …     Похоронен академик Голицын в Санкт-Петербурге в Александро-Невской лавре.   

Заслуги выдающегося   русского  ученого, одного  из основоположников мировой  сейсмологии   зафиксировано  с  следующих  показателях:

• Ординарный академик Петербургской Академии наук (1908).

• Почётный доктор Манчестерского университета (1910).

• Президент Международной сейсмологической ассоциации (1911).

• Почётный член Швейцарского общества физики и естественных наук (1912).

• Почётный член Франкфуртского физического общества и член-корреспондент Гёттингенской академии наук (1913).

• В 1915 году Московский университет присудил Голицыну Б. Б. степень почётного доктора географии.

• Иностранный член Лондонского королевского общества (1916).

• С 1994 года РАН присуждает Премию имени Б. Б. Голицына за достижения в области геофизики.

• В 1970 году Международный астрономический союз присвоил имя Голицына кратеру на обратной стороне Луны.

• В честь учёного в 1959 году названы подлёдные горы Голицына в Антарктиде на Земле Королевы Мэри (координаты: 69°00; ю. ш. 95°00; в. д.HGЯO), обнаруженные САЭ в 1957—1958 года…

• В честь Б. Б. Голицына названо научно-исследовательское судно «Академик Голицын».

• Б. Б. Голицын — герой миниатюры Валентина Пикуля «Мичман флота в отставке».

• В честь учёного назван слой Земли на глубине 492