Могут ли предсказать землетрясение. Попытки предсказания землетрясений. Как определяют сейсмически опасные зоны
20% территории России относится к сейсмоактивным районам (в том числе 5% территории подвержено чрезвычайно опасным 8-10-балльным землетрясениям).
За последние четверть века в России произошло около 30 значительных, то есть силой более семи баллов по шкале Рихтера, землетрясений. В зонах возможных разрушительных землетрясений России проживает 20 миллионов человек.
От землетрясений и цунами больше всего страдают жители Дальневосточного региона России. Тихоокеанское побережье России находится в одной из самых "горячих" зон "огненного кольца". Здесь, в области перехода от Азиатского континента к Тихому океану и сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных вулканических дуг происходит более трети землетрясений России, находятся 30 действующих вулканов, в числе которых такие гиганты, как Ключевская сопка и Шивелуч. Здесь самая высокая плотность распределения действующих вулканов на Земле: на каждые 20 км побережья - один вулкан. Землетрясения здесь происходят не реже, чем в Японии или в Чили. Сейсмологи насчитывают обычно не менее 300 ощутимых землетрясений в год. На карте сейсмического районирования России районы Камчатки, Сахалина и Курильских островов относятся к так называемой восьми- и девяти- балльной зоне. Это означает, что в этих районах интенсивность сотрясений может достигать 8 и даже 9 баллов. Соответствующими могут быть и разрушения. Самое разрушительное землетрясение силой 9 баллов по шкале Рихтера произошло на острове Сахалин 27 мая 1995 года. Погибли около 3 тыс. человек, почти полностью разрушен город Нефтегорск, расположенный в 30 километрах от эпицентра землетрясения.
К сейсмически активным районам России относится также Восточная Сибирь, где в Прибайкалье, Иркутской области и Бурятской Республике выделяют 7-9-балльные зоны.
Якутия, через которую проходит граница Евро-Азиатской и Северо-Американской плит, не только считается сейсмоактивной областью, но также является рекордсменом: здесь нередко происходят землетрясения с эпицентрами севернее 70° с.ш. Как известно сейсмологам, основная часть землетрясений на Земле происходит в районе экватора и в средних широтах, а в высоких широтах такие события регистрируются крайне редко. Например, на Кольском полуострове обнаружено множество разнообразных следов землетрясений большой мощности - в основном достаточно давних. Формы обнаруженного на Кольском полуострове сейсмогенного рельефа сходны с теми, что наблюдаются в зонах землетрясений с интенсивностью 9-10 баллов.
Среди других сейсмоактивных районов России - Кавказ, отроги Карпат, побережья Черного и Каспийского морей. Для этих районов характерны землетрясения с магнитудой 4-5. Однако за исторический период здесь отмечались и катастрофические землетрясения с магнитудой более 8,0. На побережье Черного моря обнаруживались и следы цунами.
Однако землетрясения могут происходить и в тех районах, которые никак не назовешь сейсмоактивными. 21 сентября 2004 года в Калининграде зафиксированы две серии подземных толчков силой 4-5 баллов. Эпицентр землетрясения находился в 40 километрах юго-восточнее Калининграда в районе российско-польской границы. По картам общего сейсмического районирования территории России, Калининградская область относится к сейсмобезопасному району. Здесь вероятность превышения интенсивности таких сотрясений составляет около 1 % в течение 50 лет.
Даже у жителей Москвы, Санкт-Петербурга и других городов, расположенных на Русской платформе, есть повод волноваться. На территории Москвы и Московской области последние из таких сейсмических событий силой 3-4 балла имели место 4 марта 1977 года, в ночь с 30 на 31 августа 1986 года и 5 мая 1990 года. Наиболее сильные из известных сейсмических сотрясений в Москве, интенсивностью свыше 4 баллов, наблюдались 4 октября 1802 года и 10 ноября 1940 года. Это были "отзвуки" более крупных землетрясений в Восточных Карпатах.
Не проходит и года, чтобы где-то не случилось катастрофическое землетрясение с тотальными разрушениями и человеческими жертвами, количество которых может достигать десятков и сотен тысяч. А тут ещё цунами - аномально высокие волны, возникающие в океанах после землетрясений и смывающие на низких берегах посёлки и города вместе с жителями. Эти катастрофы всегда неожиданны, пугают их внезапность и непредсказуемость. Неужели современная наука не в состоянии предвидеть подобные катаклизмы? Ведь предсказывают же ураганы, торнадо, изменения погоды, наводнения, магнитные бури, даже извержения вулканов, а с землетрясениями - полный провал. И общество зачастую считает, что виноваты учёные. Так, в Италии попали под суд шестеро геофизиков и сейсмологов, которые в 2009 году не смогли предсказать землетрясение в Аквиле, унёсшее жизни 300 человек.
Казалось бы, имеется много разных инструментальных методов, приборов, фиксирующих малейшие деформации земной коры. А прогноз землетрясения не удаётся. Так в чём же дело? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим сначала, что же представляет собой землетрясение.
Самая верхняя оболочка Земли - литосфера, состоящая из твёрдой земной коры мощностью от 5–10 км в океанах и до 70 км под горными массивами, - подразделяется на ряд плит, называемых литосферными. Ниже располагается также твёрдая верхняя мантия, точнее, её верхняя часть. Эти геосферы состоят из различных горных пород, обладающих высокой твёрдостью. Но в толще верхней мантии на разных глубинах размещается слой, названный астеносферным (от греческого астенос - слабый), имеющий меньшую вязкость по сравнению с выше- и нижележащими породами мантии. Предполагается, что астеносфера является той «смазкой», по которой могут перемещаться литосферные плиты и части верхней мантии.
Во время движения плѝты в одних местах сталкиваются, образуя огромные горно-складчатые цепи, в других, наоборот, раскалываются с образованием океанов, кора которых тяжелее коры континентов и способна погружаться под них. Эти взаимодействия плит вызывают колоссальные напряжения в горных породах, сжимая или, наоборот, растягивая их. Когда напряжения превышают предел прочности горных пород, происходит их очень быстрое, практически мгновенное, смещение, разрыв. Момент этого смещения и представляет собой землетрясение. Если мы хотим его предсказать, то должны дать прогноз места, времени и возможной силы.
Любое землетрясение представляет собой процесс, идущий с некоторой конечной скоростью, с образованием и обновлением множества разномасштабных разрывов, вспарыванием каждого из них с высвобождением и перераспределением энергии. При этом надо чётко понимать, что горные породы представляют собой не сплошной однородный массив. В нём есть трещины, структурно ослабленные зоны, которые значительно понижают его суммарную прочность.
Скорость распространения разрыва или разрывов достигает нескольких километров в секунду, процесс разрушения охватывает некоторый объём пород - очаг землетрясения. Его центр называется гипоцентром, а проекция на поверхность Земли - эпицентром землетрясения. Гипоцентры располагаются на разных глубинах. Наиболее глубокие - до 700 км, но чаще гораздо меньше.
Интенсивность, или сила, землетрясений, которая так важна для прогнозирования, характеризуется в баллах (мера разрушения) по шкале MSK-64: от 1 до 12, а также магнитудой М - безразмерной величиной, предложенной профессором Калифорнийского технологического института Ч. Ф. Рихтером, которая отражает количество высвобожденной общей энергии упругих колебаний.
Что такое прогноз?
Чтобы оценить возможность и практическую пользу прогноза землетрясений, нужно чётко определить, каким требованиям он должен отвечать. Это не угадывание, не тривиальное предсказание заведомо регулярных событий. Прогноз определяется как научно обоснованное суждение о месте, времени и состоянии явления, закономерности возникновения, распространения и изменения которого неизвестны или неясны.
Принципиальная прогнозируемость сейсмических катастроф долгие годы никаких сомнений не вызывала. Вера в безграничный предсказательный потенциал науки подкреплялась, казалось бы, вполне убедительными доводами. Сейсмические события с выделением огромной энергии не могут происходить в недрах Земли без подготовки. Она должна включать определённые перестройки структуры и геофизических полей, тем большие, чем интенсивней ожидаемое землетрясение. Проявления таких перестроек - аномальные изменения тех или иных параметров геологической среды - выявляются методами геолого-геофизического и геодезического мониторинга. Задача, следовательно, состояла в том, чтобы, располагая необходимыми методиками и аппаратурой, вовремя зафиксировать возникновение и развитие таких аномалий.
Однако оказалось, что даже в районах, где ведутся непрерывные тщательные наблюдения - в Калифорнии (США), Японии, - сильнейшие землетрясения всякий раз случаются неожиданно. Получить надёжный и точный прогноз эмпирическим путём не удаётся. Причину этого видели в недостаточной изученности механизма исследуемого процесса.
Таким образом, сейсмический процесс априори считался в принципе прогнозируемым, если механизмы, фактические данные и необходимые методики, неясные или недостаточные сегодня, будут поняты, пополнены и усовершенствованы в будущем. Каких-либо принципиально непреодолимых препятствий прогнозированию нет. Унаследованные от классической науки постулаты безграничных возможностей научного познания, предсказания интересующих нас процессов были до относительно недавнего времени исходными принципами любого естественно-научного исследования. А как эта проблема понимается сейчас?
Достаточно очевидно, что даже без специальных исследований можно уверенно «прогнозировать», например, в высокосейсмичной зоне перехода от азиатского континента к Тихому океану в ближайшие 1000 лет сильное землетрясение. Столь же «обоснованно» можно утверждать, что в районе острова Итуруп Курильской гряды завтра в 14:00 по московскому времени произойдёт землетрясение с магнитудой 5,5. Но цена таким прогнозам - ломаный грош. Первый из прогнозов вполне достоверен, но никому не нужен ввиду его крайне малой точности; второй достаточно точен, но также бесполезен, ибо его достоверность близка к нулю.
Из этого ясно, что: а) при любом определённом уровне изученности повышение достоверности прогноза влечёт за собой снижение его точности, и наоборот; б) при недостаточной точности прогноза каких-либо двух параметров (например, места и магнитуды землетрясения) даже точное предсказание третьего параметра (времени) теряет практический смысл.
Таким образом, главная задача и главная трудность прогнозирования землетрясения в том, чтобы предсказания его места, времени и энергии или интенсивности удовлетворяли бы требованиям практики одновременно и по точности, и по достоверности. Однако сами эти требования различны в зависимости не только от достигнутого уровня знаний о землетрясениях, но и от конкретных целей прогнозирования, которым отвечают разные типы прогноза. Принято выделять:
- сейсморайонирование (оценки сейсмичности на десятилетия - столетия);
- прогнозы: долгосрочный (на годы - десятилетия), среднесрочный (на месяцы - годы), краткосрочный (по времени 2–3 суток - часы, по месту 30–50 км) и иногда оперативный (на часы - минуты).
Особенно актуален краткосрочный прогноз: именно он - основание для конкретных предупреждений о предстоящей катастрофе и для неотложных действий по уменьшению ущерба от неё. Цена ошибок здесь очень велика. А ошибки эти бывают двух типов:
- «Ложная тревога», когда после принятия всех мер для минимизации количества людских жертв и материальных потерь предсказанное сильное землетрясение не происходит.
- «Пропуск цели», когда состоявшееся землетрясение не было предсказано. Такие ошибки чрезвычайно часты: практически все катастрофические землетрясения оказываются неожиданными.
В первом случае ущерб от нарушения ритма жизни и работы тысяч людей может быть очень большим, во втором - последствия чреваты не только материальными потерями, но и человеческими жертвами. В обоих случаях моральная ответственность сейсмологов за неверный прогноз очень велика. Это заставляет их быть предельно осторожными при выдаче (или невыдаче) властям официальных предупреждений о предстоящей опасности. В свою очередь власти, осознавая огромные трудности и тяжёлые последствия остановки функционирования плотно заселённого района или крупного города хотя бы на день-другой, отнюдь не спешат следовать рекомендациям многочисленных «самодеятельных» неофициальных прогнозистов, декларирующих 90%-ную и даже 100%-ную достоверность своих предсказаний.
Дорогая цена незнания
Между тем непредсказуемость геокатастроф обходится человечеству очень дорого. Как отмечает, например, российский сейсмолог А. Д. Завьялов, с 1965 по 1999 год землетрясения составляли 13% от общего числа природных катастроф в мире. С 1900 по 1999 год произошло 2000 землетрясений с магнитудой более 7. В 65 из них М была выше 8. Людские потери от землетрясений в XX веке составили 1,4 млн человек. Из них на последние 30 лет, когда количество жертв стали подсчитывать более точно, пришлось 987 тыс. человек, то есть 32,9 тыс. человек в год. Среди всех природных катастроф землетрясения стоят на третьем месте по количеству смертных случаев (17% от общего числа погибших). В России, на 25% её площади, где расположены около 3000 городов и посёлков, 100 крупных гидро- и тепловых электростанций, пять АЭС, возможны сейсмические сотрясения с интенсивностью 7 и более. Сильнейшие землетрясения в ХХ столетии происходили на Камчатке (4 ноября 1952 года, М = 9,0), на Алеутских островах (9 марта 1957 года, М = 9,1), в Чили (22 мая 1960 года, М = 9,5), на Аляске (28 марта 1964 года, М = 9,2).
Впечатляет перечень сильнейших землетрясений в недавние годы.
2004 год, 26 декабря. Суматро-Андаманское землетрясение, М = 9,3. Сильнейший афтершок (повторный толчок) с М = 7,5 возник спустя 3 ч 22 мин после главного удара. За первые сутки после него зарегистрировано около 220 новых землетрясений с М > 4,6. Цунами обрушилось на побережья Шри-Ланки, Индии, Индонезии, Таиланда, Малайзии; погибли 230 тыс. человек. Спустя три месяца возник афтершок с М = 8,6.
2005 год, 28 марта. Остров Ниас, в трёх километрах от Суматры, землетрясение с М = 8,2. Погибли 1300 человек.
2005 год, 8 октября. Пакистан, землетрясение с М = 7,6; погибли 73 тыс. человек, более трёх миллионов остались без крова.
2006 год, 27 мая. Остров Ява, землетрясение с М = 6,2; погибли 6618 человек, 647 тыс. остались без крова.
2008 год, 12 мая. Провинция Сычуань, Китай, в 92 км от г. Ченду, землетрясение М = 7,9; погибли 87 тыс. человек, 370 тыс. ранены, 5 миллионов остались без крова.
2009 год, 6 апреля. Италия, землетрясение с М = 5,8 близ исторического г. Аквила; жертвами стали 300 человек, ранены 1,5 тыс., более 50 тыс. остались без крова.
2010 год, 12 января. Остров Гаити, в нескольких милях от побережья два землетрясения с М = 7,0 и 5,9 в течение нескольких минут. Погибли около 220 тыс. человек.
2011 год, 11 марта. Япония, два землетрясения: М = 9,0, эпицентр в 373 км к северо-востоку от Токио; М = 7,1, эпицентр в 505 км к северо-востоку от Токио. Катастрофическое цунами, погибли более 13 тыс. человек, 15,5 тыс. пропали без вести, разрушение АЭС. Спустя 30 мин после главного толчка - афтершок с М = 7,9, затем ещё один толчок с М = 7,7. За первые сутки после землетрясения зарегистрировано около 160 толчков с магнитудами от 4,6 до 7,1, из них 22 толчка с М > 6. За вторые сутки количество зарегистрированных афтершоков с М > 4,6 составило около 130 (из них 7 афтершоков с М > 6,0). За третьи сутки это число снизилось до 86 (в том числе один толчок с М = 6,0). На 28-е сутки произошло землетрясение с М = 7,1. К 12 апреля было зарегистрировано 940 афтершоков с М > 4,6. Эпицентры повторных толчков покрыли область протяжённостью около 650 км, в поперечнике около 350 км.
Все, без исключений, перечисленные события оказывались неожиданными или «предсказанными» не настолько определённо и точно, чтобы можно было принять конкретные меры безопасности. Между тем утверждения о возможности и даже многократных реализациях надёжного краткосрочного прогноза конкретных землетрясений нередки как на страницах научных изданий, так и в интернете.
История двух прогнозов
В районе города Хайчэн, провинция Ляонин (Китай), в начале 70-х годов прошлого столетия неоднократно отмечались признаки возможного сильного землетрясения: изменения наклонов земной поверхности, геомагнитного поля, электросопротивления грунтов, уровня воды в колодцах, поведения животных. В январе 1975 года было объявлено о предстоящей опасности. К началу февраля внезапно поднялся уровень воды в колодцах, сильно возросло число слабых землетрясений. К вечеру 3 февраля власти были уведомлены сейсмологами о близкой катастрофе. На следующее утро произошло землетрясение с магнитудой 4,7. В 14:00 было объявлено о вероятности ещё более сильного удара. Жители покинули дома, были приняты меры безопасности. В 19:36 мощный толчок (М = 7,3) вызвал обширные разрушения, но жертв оказалось немного.
Это единственный пример удивительно точного по времени, месту и (приблизительно) по интенсивности краткосрочного прогноза разрушительного землетрясения. Однако иные, очень немногие оправдавшиеся прогнозы были недостаточно определёнными. Главное же - число как непредсказанных реальных событий, так и ложных тревог оставалось чрезвычайно большим. Это означало, что надёжного алгоритма устойчивого и точного предсказания сейсмокатастроф нет, а хайчэнский прогноз - скорее всего, лишь необычайно удачное стечение обстоятельств. Так, чуть больше года спустя, в июле 1976-го, в 200–300 км к востоку от Пекина произошло землетрясение с M = 7,9. Был полностью разрушен г. Таншань, погибли 250 тыс. человек. Определённых предвестников катастрофы не наблюдалось, тревога не объявлялась.
После этого, а также после неудачи многолетнего эксперимента по прогнозу землетрясения в Паркфилде (США, штат Калифорния) в середине 80-х годов прошлого века возобладало скептическое отношение к перспективам решения проблемы. Это нашло отражение в большинстве докладов на совещании «Оценка проектов по прогнозу землетрясений» в Лондоне (1996 г.), проведённом Королевским астрономическим обществом и Объединённой ассоциацией геофизики, а также в дискуссии сейсмологов разных стран на страницах журнала "Nature" (февраль - апрель 1999 года).
Значительно позже Таншаньского землетрясения российский учёный А. А. Любушин, анализируя данные геофизического мониторинга тех лет, смог выявить аномалию, предшествовавшую этому событию (на верхнем графике рис. 1 оно выделено правой вертикальной линией). Соответствующая этой катастрофе аномалия присутствует и на нижнем, модифицированном, графике сигнала. На обоих графиках имеются и другие аномалии, ненамного уступающие упомянутой, однако не совпавшие с какими-либо землетрясениями. Но никакого предвестника Хайчэнского землетрясения (левая вертикальная линия) первоначально найдено не было; аномалия выявилась только после модификации графика (рис. 1, внизу). Таким образом, хотя выявить предвестники Таншаньского и в меньшей степени Хайчэнского землетрясений в данном случае апостериори удалось, надёжного прогнозного выделения признаков будущих разрушительных событий найдено не было.
В наши дни, анализируя результаты длительных, с 1997 года, непрерывных записей микросейсмического фона на Японских островах, А. Любушин обнаружил, что ещё за полгода до сильного землетрясения на о. Хоккайдо (М = 8,3; 25 сентября 2003 года) произошло уменьшение среднего по времени значения сигнала-предвестника, после чего сигнал не вернулся к прежнему уровню и стабилизировался на низких значениях. Это с середины 2002 года сопровождалось увеличением синхронизации значений данного признака по разным станциям. Такая синхронизация с позиций теории катастроф - признак приближающегося перехода исследуемой системы в качественно новое состояние, в данном случае - указание на предстоящее бедствие. Эти и последующие результаты обработки имевшихся данных привели к предположению, что событие на о. Хоккайдо, хотя и сильное, всего лишь форшок ещё более мощной предстоящей катастрофы. Так, на рис. 2 видны две аномалии поведения сигнала-предвестника - острые минимумы в 2002 и 2009 годах. Поскольку после первого из них последовало землетрясение 25 сентября 2003 года, то второй минимум мог быть предвестником ещё более мощного события с М = 8,5–9. Его место указывалось как «Японские о-ва»; более точно оно было определено ретроспективно, постфактум. Время события прогнозировалось вначале (апрель 2010 года) на июль 2010 года, затем - от июля 2010 года на неопределённый период, что исключало возможность объявления тревоги. Произошло оно 11 марта 2011 года, причём, судя по рис. 2, его можно было ожидать и раньше, и позже.
Данный прогноз относится к среднесрочным, которые бывали успешными и прежде. Краткосрочные же удачные прогнозы всегда единичны: найти какой-либо устойчиво эффективный набор предвестников не удавалось. И сейчас нет способов заранее узнать, в каких ситуациях будут эффективны те же предвестники, что и в прогнозе А. Любушина.
Уроки прошлого, сомнения и надежды на будущее
Каково же современное состояние проблемы краткосрочного сейсмопрогнозирования? Разброс мнений очень велик.
В последние 50 лет попытки прогноза места и времени сильных землетрясений за несколько суток были безуспешны. Выделить предвестники конкретных землетрясений не удалось. Локальные возмущения различных параметров среды не могут быть предвестниками отдельных землетрясений. Не исключено, что краткосрочный прогноз с нужной точностью вообще нереален.
В сентябре 2012 года, в ходе 33-й Генеральной ассамблеи Европейской сейсмологической комиссии (Москва), генеральный секретарь Международной ассоциации сейсмологии и физики недр Земли П. Сухадолк признал, что в ближайшее время прорывных решений в сейсмологии не ожидается. Отмечалось, что ни один из более 600 известных предвестников и никакой их набор не гарантируют предсказания землетрясений, которые бывают и без предвестников. Уверенно указать место, время, мощность катаклизма не удаётся. Надежды возлагаются лишь на предсказания там, где сильные землетрясения происходят с некоторой периодичностью.
Так возможно ли в будущем повысить одновременно точность и достоверность прогноза? Прежде чем искать ответ, следует понять: а почему, собственно, землетрясения должны быть прогнозируемы? Традиционно полагают, что любое явление прогнозируемо, если достаточно полно, подробно и точно изучены уже происшедшие подобные события, и прогнозирование можно строить по аналогии. Но будущие события происходят в условиях, не тождественных прежним, и поэтому непременно в чём-то от них отличаются. Такой подход может быть эффективен, если, как подразумевается, отличия в условиях зарождения и развития исследуемого процесса в разных местах, в разное время невелики и меняют его результат пропорционально величине таких отличий, то есть также незначительно. При неоднократности, случайности и разнозначности подобных отклонений они существенно взаимокомпенсируются, позволяя получать в итоге не абсолютно точный, но статистически приемлемый прогноз. Однако возможность такой предсказуемости в конце XX века была поставлена под сомнение.
Маятник и песчаная куча
Известно, что поведение множества природных систем достаточно удовлетворительно описывается нелинейными дифференциальными уравнениями. Но их решения в некоторой критической точке эволюции становятся неустойчивыми, неоднозначными - теоретическая траектория развития разветвляется. Та или иная из ветвей непредсказуемо реализуется под действием одной из множества малых случайных флуктуаций, всегда происходящих в любой системе. Предсказать выбор можно было бы лишь при точном знании начальных условий. Но к их малейшим изменениям нелинейные системы весьма чувствительны. Из-за этого выбор пути последовательно всего в двух-трёх точках ветвления (бифуркации) приводит к тому, что поведение решений вполне детерминистических уравнений оказывается хаотическим. Это выражается - даже при плавном увеличении значений какого-либо параметра, например давления, - в самоорганизации коллективных нерегулярных, скачкообразно перестраивающихся перемещений и деформаций элементов системы и их агрегаций. Такой режим, парадоксально сочетающий детерминированность и хаотичность и определяемый как детерминистский хаос, отличный от полной разупорядоченности, отнюдь не исключителен, и не только в природе. Приведём простейшие примеры.
Сжимая строго по продольной оси гибкую линейку, мы не сможем предсказать, в какую сторону она изогнётся. Качнув маятник без трения настолько сильно, чтобы он достиг точки верхнего, неустойчивого положения равновесия, но не более, мы не сможем предсказать, пойдёт ли маятник вспять или сделает полный оборот. Посылая один бильярдный шар в направлении другого, мы приблизительно предвидим траекторию последнего, но после его столкновений с третьим, а тем более с четвёртым шаром наши прогнозы окажутся очень неточными и неустойчивыми. Наращивая равномерной подсыпкой кучу песка, при достижении некоторого критического угла её склона увидим, наряду со скатыванием отдельных песчинок, непредсказуемые лавинообразные обрушения спонтанно возникающих агрегаций зёрен. Таково детерминированно-хаотическое поведение системы в состоянии самоорганизованной критичности. Закономерности механического поведения отдельных песчинок дополняются здесь качественно новыми особенностями, обусловленными внутренними связями совокупности песчинок как системы.
Принципиально похоже формируется разрывная структура породных массивов - от начального рассредоточенного микрорастрескивания к разрастанию отдельных трещин, затем - к их взаимодействиям и взаимосочленениям. Опережающее разрастание какого-то одного, заранее непредсказуемого нарушения среди конкурирующих превращает его в магистральный сейсмогенный разрыв. В этом процессе каждый единичный акт образования разрыва вызывает непрогнозируемые перестройки структуры и напряжённого состояния в массиве.
В приведённых и других подобных примерах не прогнозируемы ни конечный, ни промежуточные результаты нелинейной эволюции, определённой начальными условиями. Связано это не с воздействием множества трудно учитываемых факторов, не с незнанием законов механического движения, а с невозможностью оценить начальные условия абсолютно точно. В этих обстоятельствах даже малейшие их различия быстро разводят исходно близкие траектории развития сколь угодно далеко.
Традиционная стратегия прогнозирования катастроф сводится к выявлению отчётливой аномалии-предвестника, порождённой, например, концентрацией напряжений у окончаний, изломов, взаимопересечений разрывов. Чтобы стать достоверным признаком приближающегося толчка, такая аномалия должна быть единичной и контрастно выделяющейся на окружающем фоне. Но реальная геосреда устроена по-другому. Под нагрузкой она ведёт себя как грубо- и самоподобно-блочная (фрактальная). Это означает, что блок любого масштабного уровня вмещает относительно немного блоков меньших размеров, а каждый из них - столько же ещё меньших и т. д. В такой структуре не может быть чётко обособленных аномалий на однородном фоне, в ней присутствуют неконтрастно различающиеся макро-, мезо- и микроаномалии.
Это делает бесперспективной традиционную тактику решения проблемы. Отслеживание подготовки сейсмокатастроф одновременно в нескольких относительно близких по потенциальной опасности очагах снижает вероятность пропуска события, но в то же время повышает вероятность ложной тревоги, поскольку наблюдаемые аномалии не единичны и не контрастны на окружающем пространстве. Можно предвидеть детерминированно-хаотический характер нелинейного процесса в целом, отдельных его стадий, сценариев перехода от стадии к стадии. Но требуемые надёжность и точность краткосрочных прогнозов конкретных событий остаются недостижимыми. Давняя и почти всеобщая убеждённость в том, что любая непредсказуемость - лишь следствие недостаточной изученности и что при более полном и детальном изучении сложная, хаотичная картина непременно сменится более простой, а прогноз станет надёжным, оказалась иллюзией.
Сегодня наука двигается вперед широкими шагами, и люди могут заранее спрогнозировать и предсказать многие природные явления, включая стихийные бедствия. Землетрясение – это одно из наиболее грозных проявлений природы нашей планеты, оно способно нанести огромный урон. Возможно ли сегодня предсказывать такие геологические возмущения? Как это делают ученые? Ответы на эти вопросы интересуют множество людей, в первую очередь, тех, кто живет в сейсмически опасных районах.
Наука предоставила человечеству определенные возможности в предсказании геологических катастроф, хотя прогнозы не всегда оказываются стопроцентно точными. Стоит рассказать о том, как они делаются.
Из-за чего происходят землетрясения?
Землетрясения – это следствие геологических процессов, протекающих в мантии и земной коре. Литосферные плиты движутся, и в обычной ситуации это движение едва заметно. Однако на разломах коры накапливается напряжение вследствие неравномерности подвижек, что и вызывает в итоге землетрясения. Эти явления наблюдаются не повсеместно, они характерны для геологически неспокойных мест на стыках земной коры. Самое нестабильное место – это так называемое «огненное кольцо», протянувшееся по окраинам Тихого океана. Оно обрамляет самую крупную литосферную плиту планеты, на которой этот океан и расположился.
Материалы по теме:
Землетрясения и вулканы
Любое, даже малейшее движение такой массы земной коры не может протекать безболезненно, поэтому землетрясения по ее периферии происходят постоянно. Там же присутствует массовая вулканическая активность.
Предсказания землетрясений в прошлом
Предугадывать стихийные бедствия люди стремились издавна. Первые удачные шаги в этом направлении были сделаны тысячи лет назад в геологически неспокойных регионах. В Китае древние ученые смогли создать необычную вазу, найденную современными археологами при раскопках. На вазе по краю сидят керамические драконы, каждый из которых держит во рту шарик. При малейших колебаниях земли, предвестниках надвигающегося землетрясения, шарики выпадали изо рта драконов – в первую очередь, со стороны очага будущего землетрясения. Так люди могли вовремя узнать о близкой беде, и даже о том, с какой стороны будет находиться очаг катаклизма.
Свои наработки имелись и в Японии – эта страна всегда была неспокойным местом. Здесь люди основывались больше на наблюдениях природы. Перед землетрясением придонные рыбы поднимаются в верхние слои воды, сомы проявляют особое беспокойство. Это было замечено рыбаками, которые каждый раз в таких случаях спешили домой, чтобы предупредить близких о надвигающейся беде.
Материалы по теме:
Янтарь - ископаемая смола
Интересный факт : сом в японских легендах рассматривается как рыба, символизирующая землю и стабильность. Возможно, это связано как раз с тем фактом, что при спокойной геологической обстановке рыба мирно и неспешно плавает у дна, а перед землетрясениями начинает метаться, искать убежище .
Отмечалось также, что огонь, горящий на свече или лучине, перед землетрясениями резко уходит вниз, свеча при этом сгорает очень быстро. Это связано с геомагнитными изменениями, которые возникают перед катаклизмом. Также повсеместно люди отмечали беспокойство домашних животных, их желание покинуть дом перед катастрофой. Ориентируясь по этим и другим приметам, люди прошлого нередко успевали спасти себя, своих близких или имущество, вовремя покинув дома и города.
Современные способы предсказания землетрясений
Сегодня для предупреждения землетрясений используют сейсмографы. Эти приборы являются особо чувствительными датчиками, которые фиксируют любые вибрации на поверхности земли. Так как перед любым землетрясением сначала наблюдаются микротолчки, прибор дает довольно точные предсказания. Он фиксирует эти предвестники и передает сведения ученым, которые предупреждают людей через СМИ. Сегодня собственный небольшой сейсмограф может быть в распоряжении каждого отдельного человека – в продаже есть индивидуальные сейсмические мониторы, которые фиксируют изменения и передают их в рамках сети, что позволяет получать предупреждения и посылать их.
В последние дни июня 1981 года столица Перу - златоколонная Лима - была охвачена смятением: американский ученый Брайан Бредли предсказал, что в воскресенье 28 июня город будет разрушен необычайным по силе землетрясением. Десятки мощных подземных толчков превратят в прах многолюдные городские кварталы, после чего волны цунами обрушатся на дымящиеся развалины, сметая страшным натиском все, чему каким-либо чудом удастся уцелеть. Прибрежные участки города вокруг бухты Кальяо провалятся под уровень океана и станут морским дном. Цветущая «солнечноликая» Лима за несколько мгновений исчезнет с лица Земли.
По мере приближения «судного дня» обстановка в столице накалялась. Тысячи обезумевших людей штурмовали аэропорты, вокзалы и корабельные причалы, стремясь покинуть город, осужденный на гибель. Вереницы автомобилей, повозок, вьючных мулов и пешеходов с ручными тележками и котомками за спиной запрудили шоссейные и проселочные дороги из обреченного города в поисках спасения. Взлетели цены на бензин и продукты питания, угрожающе возросла преступность, дома и земельные участки срочно продавались за бесценок, госпитали и больницы задыхались от наплыва искалеченных в нарастающей панике людей.
Но вот указанный прорицателем час приблизился, прошел...- и ничего не случилось. Растерзанная, но невредимая и по-прежнему прекрасная Лима продолжала безмятежно купаться в лучах тропического солнца. Ничего не случилось на следующий день и в ближайшие дни. Постепенно раны, нанесенные городу паническим бегством населения, залечились, происшествие стало забываться и превратилось в исторический анекдот. Незадачливый предсказатель несостоявшейся катастрофы был признан лжеученым и объявлен шарлатаном.
Что же, впечатлительных жителей перуанской столицы, предпочевших бегство из города заведомой гибели под развалинами своих домов, легко понять. Их страна находится в очень сейсмически опасной области земного шара. За пять столетий, прошедших со времени открытия Нового Света, в Перу произошло 35 разрушительных землетрясений, а научными наблюдениями за последние 100 лет зарегистрировано несколько тысяч подземных толчков различной силы. Наверное, в стране найдется немного семей, которые не оплакивали бы своих близких, потерявших жизнь в сейсмических катастрофах. Неоднократно страдала от сильных землетрясений и красавица Лима; в иные трагические годы подземная стихия разрушала большую часть города.
Таким образом, паническая тревога жителей Лимы имела самые серьезные основания. Но вернемся к злополучному Брайану Бредли. На чем, на каких доводах строил он свои предположения, пока неизвестно. Поэтому заочно осуждать его, называть лжеученым и обвинять в шарлатанстве, как это сделали темпераментные латиноамериканские газеты, сейчас не следует. Лучше сначала попробовать разобраться в существе вопроса: можно ли методами современной науки предсказывать наступление землетрясений, т. е. определять место, где они произойдут, их интенсивность и время? Ведь такие прогнозы (в том случае, если они выданы заблаговременно), подобно прогнозам погоды, позволят населению угрожаемых районов подготовиться к ожидаемым стихийным бедствиям, принять предупредительные меры и, если не предотвратить, то во всяком случае значительно уменьшить тяжелые потери и утраты.
Возможность сейсмического прогноза была подсказана опытом наблюдений за природными явлениями, которые, предшествуя сейсмическим толчкам, служат как бы предвестниками приближающихся катастроф. Давно замечено, что перед некоторыми землетрясениями над землей распространяется слабое рассеянное свечение; иногда оно сопровождается мигающими вспышками или подобными зарницами, отблесками на облаках (так было в 1966 году в Ташкенте). В других местах появляется туманная дымка, которая стелется над поверхностью земли и после сотрясений исчезает. Бывает, что перед толчками от земли струится легкий восходящий ветерок (в Японии его называют «чики») или слышится приглушенный подземный гул; при этом происходят беспорядочные колебания магнитной стрелки и изменяется подъемная сила постоянных магнитов.
Все эти физические процессы, предваряющие сейсмические колебания, оказывают влияние на поведение животных, позволяя им предчувствовать надвигающееся несчастье. Об этом рассказывают летописи, исторические документы и устные предания народов Азии, Америки и Южной Европы. Во дворцах китайских императоров в специальных аквариумах держали особых пресноводных рыбок, которые своим беспокойством предупреждали о приближении стихийного бедствия. Население Японии перед землетрясением наблюдало неожиданное появление в море крупных стай угрей, тунцов и лососей, на поверхность всплывали неизвестные глубоководные виды, а обычные широко распространенные породы вдруг исчезали. К берегам подплывало множество осьминогов, обычно гнездящихся в расщелинах подводных скал.
Лягушки, змеи, черви и многоножки перед землетрясением выползают из своих убежищ. Крысы заблаговременно покидают норы. Птицы улетают в сторону более спокойных районов в глубь материка. Лошади, ослы, овцы и свиньи проявляют повышенную нервозность. Особым предчувствием отличаются кошки и собаки; известны случаи, когда собаки заставляли своих хозяев покидать здания, впоследствии разрушенные подземными ударами.
Встречаются и люди, наделенные способностью предчувствовать сейсмические колебания; чаще всего это нервнобольные с повышенной психической возбудимостью, но есть и здоровые люди, которым присуща обостренная восприимчивость. Так, например, в 1855 году слуга японского самурая предсказал сильное землетрясение в городе Иедо (древнее название Токио).
Исходя из всех этих наблюдений ученые и пришли к идее возможности научного прогноза землетрясений. Эта идея возникла в 50-х годах нашего столетия почти одновременно в разных странах, которые подвергались сокрушительным натискам сейсмической стихии. Для ее осуществления надо было научиться при помощи приборов улавливать физические предвестники подземных толчков и использовать полученные данные для прогноза.
К этому времени уже было однозначно выяснено, что землетрясения происходят при быстрых перемещениях блоков земной коры по разделяющим эти блоки разломам. Казалось бы, стоит поставить наблюдения над поведением геологических разломов - и задачу прогноза удастся решить: нарастание активности разлома укажет на приближение угрозы сейсмических толчков.
С этой целью на многих сейсмоактивных разломах, испытавших разрушительные землетрясения, были организованы систематические инструментальные наблюдения. Ожидалось, что перед сейсмическими толчками будут наблюдаться увеличения деформаций напрягающихся слоев горных пород, подъем и опускание соприкасающихся блоков земной коры, резкие изменения наклона слоев (так называемые «бури наклонов»), слабые мелкие толчки, предшествующие главному удару («микроземлетрясения»), вызванное пьезоэлектрическим эффектом нарастание силы исходящих из сейсмического очага теллурических токов, аномальные изменения геомагнитного поля («местные магнитные бури») и ряд других явлений, предвещающих разрядку тектонических напряжений в недрах.
Фактически дело обстояло гораздо сложнее. Действительно, во многих случаях ожидаемые явления наблюдались; но часто они противоречили теоретической модели процесса или обнаруживали совершенно неожиданный, необъяснимый ход. Так, на сейсмоопасных территориях Аляски обычно происходило очень медленное (несколько сантиметров в год) погружение земной поверхности. Трижды - в 1923, 1924 и 1952 годах - отмечались скачкообразные «провалы», во время которых погружения ускорялись в 5-6 раз; однако никаких сейсмических явлений при этом не наблюдалось.
Разрушительное же Анкориджское землетрясение на Аляске произошло в 1964 году без каких-либо предпосылок в виде резкого опускания или подъема слоев. В японской провинции Ниигата, где, наоборот, преобладало постепенное поднятие почвы, в 1959 году скорость поднятия вдруг возросла в 10 раз. Сильного землетрясения за этим скачком не последовало, а разразилось без видимых предвестников только через пять лет. Такие же несоответствия отмечались и при наблюдаемых изменениях наклона слоев, поведения геомагнитного и электрического полей и т. д., хотя в отдельных случаях сейсмические толчки, как теоретически и предполагалось, предварялись резкими вспышками аномалий.
За три десятилетия исследований и поисков не удалось выявить бесспорных закономерностей, на которые можно полагаться при прогнозировании сейсмических ударов. Поэтому сейчас никто из специалистов не осмеливается утверждать, что те или иные явления в земной коре могут расцениваться как однозначные предвестники землетрясений и давать достоверные основания для предсказаний.
В настоящее время круг ученых, работающих над проблемой прогноза землетрясений, разделился на два лагеря - скептиков и оптимистов. Скептики считают, что при современном состоянии наших знаний, которых совершенно недостаточно, эта проблема неразрешима. В свое время президент АН СССР М. В. Келдыш назвал ее фантастической. Виднейший американский сейсмолог Чарлз Рихтер пишет: «Это заманчивый блуждающий огонек... В настоящее время никто не может с уверенностью сказать, что землетрясение произойдет в данное время в данном месте. Неизвестно, окажется ли возможным такое предсказание в будущем». Известный советский исследователь сейсмичности Восточной Сибири В. П. Солоненко с иронией приводит изречение, приписываемое китайскому мудрецу Конфуцию: «Трудно поймать черную кошку в темноте, особенно если ее там нет».
Оптимисты же как в нашей стране, так и за рубежом считают, что наука прогноза землетрясений находится на правильном пути и уже имеет уверенные успехи. В качестве надежного предвестника сотрясений называют, например, выявленное советскими учеными в некоторых районах Кавказа и Средней Азии поступление в подземные воды перед сейсмическими толчками гелия, аргона, радона, хлора, фтора и других элементов, происходящих из глубинных зон Земли; возлагают надежду также на изучение процессов дилатансии, развитие которых тоже предшествует разрядке сеймической стихии. Однако еще не выяснено, насколько эти явления универсальны для территорий с различным геологическим строением. Некоторые специалисты придают большое значение выяснению периодичности сейсмических процессов. Так, японские ученые, установившие для района Токио период сейсмической активности в 69 лет, с трепетом ждут 1992 года, когда, по их мнению, может повториться «великая катастрофа», подобная землетрясению с магнитудой 8,2, опустошившему в 1923 году столицу Страны восходящего солнца. Но явления повторяемости еще очень слабо изучены, так как систематические наблюдения сотрясений земной коры проводятся на протяжении всего лишь около 100 лет.
В этих условиях понятно, какому риску подвергаются предсказатели землетрясений и какую ответственность они на себя берут. Нет ничего удивительного в том, что прогноз Брайана Бредли, если, конечно, он. был сделан на основании подлинно научных данных, не подтвердился. Напротив, было бы удивительно, если бы все, что было предсказано, произошло.
Впрочем, имеются примеры и удачных прогнозов. Первый такой прогноз был сделан 4 февраля 1975 года в китайской провинции Ляонин. По приказу властей население городов Хайчен и Инкоу в этот день покинуло свои дома, были приняты меры для предупреждения разрушений заводов, продуктовых складов, детских учреждений и больниц. В 19 ч 36 мин произошло сильное землетрясение (с магнитудой 7,3), которое разрушило почти все жилые помещения, многие заводы, плотины и другие инженерные и промышленные сооружения. Благодаря проведенным мерам безопасности, жертв оказалось очень немного. После этого были предсказаны еще два мелких землетрясения. Однако трагическую тянь-шаньскую катастрофу 27 июля 1976 года, при которой погибло 680 тыс. и было ранено свыше 700 тыс. человек, а общее число жертв превысило 1,4 млн. человек, китайским ученым предвидеть не удалось.
В нашей стране имеется опыт предсказания одного из незначительных (5 баллов) толчков в Ташкентском районе, небольшого землетрясения в ненаселенной местности Алай-ской долины вблизи Андижана и еще нескольких подобных сейсмических явлений в других районах Средней Азии.
Надо сказать, что во всех приведенных примерах нет никакой гарантии того, что точность предсказания обязана до-товерности прогноза, а не случайному совпадению. Имеется целый ряд н обратных примеров, когда прогнозы якобы грядущих землетрясений не подтвердились.
Время от времени массовые источники информации начинают вдруг бить в литавры и широко оповещать о необыкновенных успехах в деле сейсмического прогнозирования, причем создается впечатление, будто большинство задач этого важного научного направления уже решено. Однако фактически дело обстоит вовсе не так обнадеживающе и ложный пафос этой информации остается на совести ее авторов и распространителей.
Действительно, кроме единственного случая в провинции Ляонин (г. Хайчэн) за 30-летний период работы над проблемой сейсмического прогноза ни одно катастрофическое землетрясение ни в одном районе земного шара больше предсказано не было. В частности, как обращает внимание известный советский исследователь Б. А. Петрушевский, в СССР не было сделано предупредительных прогнозов ни по району Ташкента в 1966 году, ни по району Газли в 1976 и 1984 годах, поэтому разрушения там оказались столь неожиданными и тяжелыми. С одной стороны, современное прогнозирование еще не может выделять главных предвестников грядущей разрядки сейсмических напряжений н определять место землетрясения: при драматической катастрофе в китайском Тянь-Шане в 1976 году наблюдениями была оконтурена обширная сейсмоопасная зона, по очага разрядки сейсмической стихии определить не смогли; в этом отношении прогноз вулканических извержений находится в лучшем положении, потому что он имеет дело с конкретными точками на местности.
С другой стороны, отсутствие умения распознавать и контролировать «спусковой механизм» землетрясений не позволяет определить точное время события: после Анкоридж-ского землетрясения 1964 года многие ученые пришли к выводу, что оно было спровоцировано высоким морским приливом, который и выполнил роль «спускового механизма», увеличив нагрузку на земную кору. До землетрясения это никому не было ясно; в то же время, по мнению других специалистов, инициатором толчка явилось сильное возмущение магнитного поля, зарегистрированное за 1 ч до катастрофы. Вдобавок в распоряжении ученых пока нет никаких прямых способов вычисления силы возможных колебаний.
По-видимому, наиболее справедливая оценка проблемы предсказания землетрясений сделана Ч. Рихтером, который считает, что при настоящем уровне науки предвидение разрядки сейсмической энергии возможно - без точного указа даты - только на определенных, систематически и длительно изучаемых тектонических разломах. Вероятно, в дальнейшем при совершенствовании методов космических съемок и развертывания сети стационарных наземных наблюдений окажется возможным прогнозирование сейсмических явлений и на обширных регионах земной поверхности.
Надо заметить, что сейсмическое прогнозирование, помогая решить задачу уменьшения числа человеческих жертв, ничем не способствует предотвращению материальных потерь и разрушений при землетрясениях. Поэтому гораздо большее значение имеют работы по уточнению сейсмического районирования с дифференциацией территории по степени опасности, развитию сейсмостойкого строительства в опасных районах и сокращение хозяйственной деятельности в высоко опасных зонах; эти мероприятия направлены на решение обеих задач. Не ставя себе целью точно знать, когда произойдет землетрясение, они позволяют в любое время быть готовыми к нему.
В последнее время в инженерной сейсмологии высказываются идеи о возможности управления землетрясениями. Замечено, что подземные ядерные взрывы вызывают серии последующих, более слабых по силе землетрясений; близкие явления происходят после закачки в недра через глубокие скважины воды под большим давлением. Предполагается, что подобными техническими средствами можно высвобождать энергию, накопившуюся в недрах и разряжать ее небольшими порциями, предупреждая разрушительные толчки. Здравомыслящие специалисты замечают: нет никакой гарантии, что процесс будет развиваться так, как нам хочется.
Книга о землетрясениях и связанных с ними явлениях природы. Рассказывается о том, почему происходят землетрясения. Приводятся малоизвестные сведения о сейсмических катастрофах прошлого и настоящего. О достижениях сейсмологии и о той роли, которую землетрясения играли и играют в истории человечества.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Катастрофы в природе: землетрясения (Б. С. Каррыев) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .
Возможен ли прогноз землетрясений?
Мне не нравится этот патологический интерес к прогнозу. Он отвлекает нас от уже известного риска и от уже известных мер, которые следует предпринять для устранения этого риска. Мы знаем, где находятся места, которым угрожает опасность, и какие постройки в этих местах ненадежны.
Чарльз Рихтер, 1960 годЧеловек способен избежать угрозы только в том случае если он обладает информацией о ней. Знание позволяет избежать ошибок, но его отсутствие или нежелание применить всегда ведет к трагедиям. В конце концов, все бедствия являются следствиями тех или иных действий или отсутствия таковых. В этом смысле, презумпция невиновности землетрясений звучит так: строить необходимо как можно лучше там, где нет надёжных данных для оценки сейсмической опасности.
Инструментальные наблюдения, статистические методы и пространственно-временной анализ сейсмической активности позволили к концу XX века составить прогнозные карты сейсмического риска по всему миру. На них выделены отличающиеся по степени сейсмической опасности территории.
Карты строятся по разным методикам но, по сути, преследуют одну и туже цель – с некоторой вероятностью спрогнозировать сейсмические воздействия в том или ином месте. Эта информация во многих странах регламентируют нормы сейсмостойкого строительства. Она необходима для конструирования инженерных сооружений, планирования размещения ответственных объектов, градостроительства и т. д. Сейсмические прогнозы делаются уже много лет позволив спасти тысячи жизней, и сохранить значительные материальные ценности.
Собственно это и есть основанный данных научных исследований прогноз. Он подобен уже ставшими привычными способами предохранения человека в экстремальных ситуациях – от спасательных шлюпок на кораблях до подушек безопасности в автомобилях. Не факт что они когда-нибудь понадобятся, но вероятность экстремальных ситуаций никогда не бывает нулевой.
Оглушительные последствия сейсмических катастроф психологически неприемлемы для современного человечества. Поэтому, и чаще всего после разрушительных землетрясений, задаётся вопрос – почему о сильных землетрясениях невозможно предупреждать заблаговременно наподобие того как делаются прогнозы погоды?
Самые разные сообщения о предвестниках землетрясений давно привели к мысли, что предсказать момент возникновения подземного удара за годы, месяцы, дни и даже часы вполне возможно. Собственно для этого необходимо решить несколько задач.
Понять механизм возникновения землетрясений, выявить несколько надежных предвестников, создать систему мониторинга опасной зоны и сформировать службу для оповещения населения о «сейсмической погоде». Тем не менее, прошло уже немало лет с момента постановки этой проблемы, но технологии предсказания землетрясений нет, как нет успешных, т.е. позволивших спасти жизни людей точных прогнозов.
Энтузиазм 50-х годов прошлого века, когда казалось, что достаточно лишь определить несколько параметров для отслеживания состояния очаговой зоны и проблема своевременного прогноза будет решена, сменился осознанием существующей реальности. Дело здесь конечно не в нежелании или неумении ученых получать конкретные результаты, а в многофакторности такого явления как землетрясение.
Даже по одному перечню известных предвестников подземных ударов видно, что их достаточно сложно «слить» в один, но обязательный результат – заблаговременный, т.е. за часы или дни прогноз. Вместе с тем любая попытка прогноза полезна, поскольку приближает момент времени с которого, тем или иным образом, человечество избавится от сейсмической угрозы.
Считается, что моменту возникновения землетрясения предшествует этап интенсивного трещинообразования в области его очага. При этом растёт интенсивность сейсмического шума и увеличивается число микроземлетрясений. Вне зоны подготовки сильного землетрясения обнаружить эти признаки практически невозможно и возникает замкнутый круг – предвестники можно обнаружить там, где произойдёт подземный удар, но для этого надо знать, где он случится. В этой связи поиск предвестников землетрясений приводит к нескольким парадоксам.
Парадокс первый. Нельзя говорить о явлении как о предвестнике, поскольку таковым оно может быть названо только после землетрясения.
В самом деле, даже резкие изменения наблюдаемого параметра могут быть не связаны с процессом подготовки подземного удара, а возникнуть из-за неконтролируемых наблюдателем факторов. Только систематическое повторение того или иного явления, с понятной природой происхождения, может быть названо предвестником землетрясения.
Парадокс второй. По подавляющему числу землетрясений сообщений о предвестниках нет, но это не означает, что их вообще не было.
Можно констатировать, что сведения о предвестниках имеются только для очень небольшой части из происходивших на планете землетрясений. Но это означает только одно – сведения о предвестниках имеются там, где есть какие-либо системы наблюдений или там, где на них обращают внимание люди.
Как правило, специальных систем для регистрации предвестников нет. То, что имеется сегодня, получено благодаря системам наблюдений предназначенных для иных целей. Это могут быть датчики для измерения уровня воды в скважинах, приборы для измерения объемов нефтедобычи или любая другая, достаточно чувствительная, но много лет функционирующая промышленная система наблюдений. Подобно используемым для контроля режима грунтовых вод на городской или промышленной территории. Геофизическим и геодезическим измерениям выполненных в целях картографии, прокладки транспортных коммуникаций или различных путепроводов и т. п.
К примеру в районе Ашхабада до землетрясения 1948 года проводились нивелировки в целях картографии по профилю Красноводск-Ашхабад-Теджен в 1944 году. Сопоставив их с результатами измерений, проведенных спустя четыре года после землетрясения, было установлено, что в районе Ашхабада между 1944 и 1952 годами произошли значительные изменения земной поверхности. Более того, схожие изменения были установлены в районе очага разрушительного Казанджикского землетрясения 1946 года, произошедшего в этой же зоне. Правда, отдельный вопрос – возникли ли они до землетрясений или после них? Это лишний раз подчеркивает сложность обнаружения предвестников и ограниченные возможности исследователей.
Парадокс третий. Чтобы наблюдать предвестники необходимо знать где и когда произойдет землетрясение, а для того что бы знать где оно непременно случится надо обнаружить предвещающие его явления.
Иными словами, предвестники можно наблюдать только там, где происходят землетрясения, а не там где есть оборудование или учёные.
Исторически, на первом этапе, сейсмические обсерватории создавались там, где было удобно жить и работать исследователям. Этот подход себя оправдывал, поскольку дал возможность сформировать общее представление о сейсмичности и строении недр Земли. Только позднее, для получения детальной картины происходящих в очаговых зонах процессов пункты наблюдения начали размещать вблизи от мест, где происходят или происходили землетрясения.
Приборы для поиска предвестников не только должны находиться в зоне будущего землетрясения, но ими должны быть проведены т.н. фоновые наблюдения задолго до него. Иным образом доказать что то или иное явление действительно является предвестником не удастся. Сложность их поиска и в том, что большинство очагов сильных землетрясений находится под морским дном и в пустынных местах, где никаких научных наблюдений не ведётся, а зачастую нет и самих людей.
Естественно, что предвестниковый эффект может сопровождать и слабые землетрясения, которые происходят гораздо чаще чем сильные. Однако считается, чем больше энергия землетрясения, тем контрастнее и на большей площади могут проявиться предвестники. Следовательно, по слабым землетрясениям выявить предвестниковые закономерности технически сложно, если вообще возможно.
Используемая сегодня геофизическая, геодезическая аппаратура и другие виды приборов, как правило, не предназначены для поиска предвестников землетрясений. К тому же приборы устанавливаются в разных условиях с разным режимом работы. Соответственно полученные данные чаще всего несопоставимы по разным регионам мира, а обнаруженные аномалии оставляют широкое поле для размышлений о возможной их связи с процессом подготовки землетрясения.
Изменение высот реперов по линии повторного нивелирования Красноводск-Ашхабад-Теджен за 1944 (1) и 1952 (2) годы (Колибаев, 1962; Рустанович, 1961).
В тех случаях, когда все же удавалось перед землетрясениями наблюдать однотипные явления, оказалось, что они ведут себя по-разному. В одних случаях можно наблюдать повышение дебита и температуры воды в источниках перед землетрясением. В других, эти же параметры ведут себя наоборот – скважины пересыхают или температура воды в них уменьшалась. Если перед некоторыми землетрясениями регистрировались быстрые наклоны земной поверхности или интенсивные аномалии подпочвенных газов (радона и других), то перед другими подобных изменений не обнаруживалось и т. д.
Особенно контрастно противоречивость предвещающих сильное землетрясение явлений выявляется при анализе данных о слабой или фоновой сейсмичности. При одних землетрясениях происходит заметная активизация сейсмической активности, и главный удар может претворяться серией мелких землетрясений – форшоками. При других сильное землетрясение буквально возникает на «пустом месте» там, где в течение длительного времени не было заметной сейсмической активности, т.н. сейсмические бреши.
Вместе с тем, одно общее свойство у всех обнаруженных предвестников есть. Почти никогда в том месте, где они обнаруживались, не имелось достаточного периода наблюдений для их однозначного признания таковыми. Вообще, проблема получения длительных и непрерывных рядов наблюдений изначально стояла и стоит в науке о землетрясениях.
В самом деле, сегодня ни один врач не возьмется лечить больного (экстремальные ситуации исключаем) без истории его болезни и анализов. Здесь все понятно и не требует объяснений. Можно сказать это каждый испытал на себе. Несколько сложнее объяснить, зачем необходима предыстория и непрерывные наблюдения для прогноза землетрясений.
Контролирующие и предупреждающие аварии системы строятся по принципу заданных или заранее известных пределов характеризующих их нормальное состояние. Они базируются на определённых по результатам испытаний рабочих параметрах системы или устройства, отклонение от которых принимается за аварийное состояние. Возникающие из-за тектонических подвижек землетрясения сложно характеризовать каким-либо одним набором стандартных параметров. Их очаги располагаются на недостижимых для современных приборов глубинах на которых свойства вещества точно неизвестны.
К примеру, месторождения полезных ископаемых можно обнаружить глубоко в недрах благодаря дистанционным методам по изменению сейсмических свойств среды и подтвердить результатами бурения. В отношение же будущего очага землетрясения сделать это невозможно.
Изменение уровня радона перед землетрясением в Японии (Кобе, 1995).
Если попытаться выявить аномалию, предвестник приближающегося землетрясения по уровню воды в скважине, то сначала надо пробурить скважину и тем самым уже внести непонятное по последствиям возмущение в природное равновесие. Затем необходимо провести многолетние наблюдения за уровнем воды в ней и, если будут зафиксированы изменения, определить природу их происхождения. При этом всегда будут оставаться сомнения – в нужном ли месте пробурена скважина или связаны ли наблюдаемые в ней изменения именно с подготовкой землетрясения, а не с другими более естественными факторами. Почему так происходит?
Во-первых, народная мудрость «знать, где упадешь – солому подстелил бы», олицетворяющая бытовой парадокс, становится парадоксом наблюдения предвестников и научных бюджетов.
Если есть предположение, где ожидается землетрясение, можно заранее разместить датчики для регистрации быстропротекающих геофизических процессов. Однако это удается сделать крайне редко, и не всегда у исследователей есть возможность проводить подобные исследования. Оказывается дорого и экономически невыгодно вести многолетние (скорей всего в течение десятков лет) наблюдения геофизических полей где-то на Тянь-Шане, Гималаях или Андах только для того, что бы уловить важный признак подготовки землетрясения, которое само по себе может не принести особого вреда людям. Тем не менее, по-другому понять природу предвестников вряд ли получится.
Во-вторых, даже если очаг землетрясения расположен недалеко от большого города обеспеченного надлежащей системой наблюдений, хороший результат, именно здесь можно не получить. Жизнедеятельность города вносит большие возмущения в естественное состояние природной среды, на фоне которых выделить признаки приближающегося землетрясения очень сложно.
В-третьих, в отличие от регистрации сейсмических колебаний, очаговая зона для других видов наблюдений – геофизических, геодезических, гидрологических и т. д. не имеет заданных для определения тревожного периода параметров среды. Поэтому для выводов об её естественном или аномальном состоянии необходимо проводить многолетние наблюдения.
Современный этап изучения землетрясений в значительной мере связан с компьютеризацией, снявшей тяжкое бремя ручным способом обрабатывать записи и данные о землетрясениях. Компьютеры позволили быстро собирать, обрабатывать и передавать большие массивы информации, применять методы моделирования ситуаций для определения тревожного периода.
Возможно ситуация изменится с появлением искусственного интеллекта (ИСКИН). Тем не менее, и ему потребуются достоверные данные, с которыми без человеческой интуиции ему будет сложно сделать правильные заключения. Мощность компьютерных систем растёт с каждым годом, появились глобальные системы наблюдения за состоянием окружающей среды, и это повышает эффективность поиска связанных с подготовкой землетрясений явлений.
Изменение уровня высокочастотных шумов перед ощутимым землетрясением в районе Ашхабада, 1982 год (Каррыев, 1985).
В 30-е годы прошлого века американский математик Джон фон Нейман, рассуждая о перспективах применения вычислительных методов для предсказания погоды, заметил: «Климат определяется процессами устойчивыми и неустойчивыми, то есть такими, которые зависят от малых возмущений. Вычислительные машины позволят нам рассчитывать и первые, и вторые. И тогда мы сможем предсказывать всё, чем не можем управлять, и управлять всем, что не можем предсказывать».
В отношении погоды многое из сказанного оказалось верным, но в прогнозе землетрясений всё оказалось не так. Тем не менее, известные на сегодня предвестники уже классифицированы. Выяснилась, опять-таки ретроспективно, что все они проявляются по-разному в разных обстоятельствах, но главным образом связаны с геолого-геофизическими особенностями строения земных недр том или ином месте. Поэтому отдавая должное состоянию изучения предвестников землетрясений, японский сейсмолог Кэити Касахара много лет назад заметил: «Научные исследования по предсказанию находятся все еще на стадии, когда существенную роль играет эмпиризм. Поэтому важное значение для нас имеет документирование уже произошедших событий».
Отдельный вопрос об ответственности ученых и не ученых за ложные или недостоверные прогнозы, точнее – за предсказания землетрясений и прочих превратностей природы. Как правило, подобные предсказания могут вызвать экономические последствия и реже человеческие жертвы. Первопричина этого хорошо известна – историческая память людей о перенесенных страданиях и бедах, подогреваемая религиозными утверждениями о неминуемом наказании людей и т.п., делает их особенно уязвимыми к подобным сообщениям. Это одна сторона вопроса.
Другая, более серьезная, связана с введением в заблуждение населения о реальной угрозе. Примеров тому много. От занижения уровня опасности в то время когда она вполне реальна при строительстве, планировании защитных мер и др. Такое происходило на территории бывшего СССР неоднократно. Случаи игнорирования реальной угрозы многочисленны, как в экономически развитых так и в бедных странах. Показателен случай произошедший в итальянском городе Л"Акуила.
В 2014 году апелляционный суд итальянского города Л"Акуила оправдал семерых экспертов комиссии по определению рисков, которых ранее приговорили к шести годам тюремного заключения за то, что они ошиблись в оценке сейсмической ситуации в городе в 2009 году. Дело было возбуждено, так как около тридцати жителей города обратились с официальным запросом в судебные органы. Они посчитали, что ученые должны были, по крайней мере, за несколько дней предупредить город об опасности.
Землетрясение в Л’Акуиле с М = 6,3 по шкале Рихтера произошло 6 апреля 2009 года в 3:32 часа ночи по местному времени. По данным Национального института геофизики и вулканологии Италии гипоцентр землетрясения находился на глубине 8,8 км, в пяти километрах от центра города. Число погибших на вечер 11 апреля 2009 составило 293 человека, 10 человек пропали без вести, без крова осталось 29 тысяч человек.
Предыстория такова. В течение шести месяцев перед крупным землетрясением в городе ощущались слабые землетрясения. В окрестности будущего землетрясения регистрировалась аномальная сейсмическая активность. За неделю до основного толчка 30 марта и непосредственно перед ним произошли два форшока с магнитудами около четырёх по шкале Рихтера на очень небольшой глубине – около двух километрах от земной поверхности.
31 марта, за шесть дней до трагедии, служба защиты населения встречалась с комиссией по оценке рисков из шести ученых для оценки возможности возникновения сильного землетрясения. Комиссия заключила, что «нет причин предполагать, что серия второстепенных землетрясений – это прелюдия к серьезному сейсмическому событию», и «крупное землетрясение в этом регионе маловероятно, хотя и не исключено».
Тем не менее, землетрясение произошло, и шесть ученых, среди которых был президент Национального института геофизики и вулканологии в Риме Энцо Боски стали фигурантами дела об убийстве. С одной стороны это нетипичный случай когда учённых обвинили в уголовном преступлении. С другой, вопрос состоит в том, что несмотря на все опасные признаки эксперты не предупредили жителей о возможности землетрясения.
Практика показала, что угроза была реальной и люди, положившиеся на собственные ощущения, не пострадали. С другой стороны понимание угрозы позволяло заблаговременно принять меры по повышению сейсмоустойчивости зданий и подготовке населения к чрезвычайной ситуации. Разумеется, это дело не ученых, а администраторов всех уровней, точнее в системе государственного управления, одной из задач которой является обеспечение защиты своих граждан. Схожий пример можно найти в Японии.
Великое землетрясение Хансин в Кобе произошло 17 января 1995 года. Перед главным толчком сейсмическая обсерватория зафиксировала несколько форшоков в очаговой зоне землетрясения. До землетрясения Хансин в районе города не происходило сильных землетрясений почти 400 лет. Иными словами были все предпосылки оценить угрозу как реальную и заблаговременно принять необходимые меры.
Последствия землетрясения оказались ужасны, поскольку город и его жители не были готовы к нему. Ретроспективно выявлены факторы обусловившие масштаб трагедии и, казалось бы, сделаны все необходимые выводы. Тем не менее, следующая трагедия в Японии – землетрясение у восточного побережья острова Хонсю 11 марта 2011 года, показало очередную неспособность властей правильно оценивать природные угрозы. Не только в плане превентивных мер, но и моделирования сбоев как в системе управления, так и обеспечения безопасности крупных инфраструктурных узлов и атомных электростанций.
В 2013 году верховный суд Чили обязал правительство страны выплатить компенсацию семье Марио Овандо, погибшего во время цунами в феврале 2010 года. Судя по всему, решение суда о компенсации родственникам ста тысяч долларов может открыть дорогу сотням подобных жалоб. Можно согласиться с доводами семьи Овандо, что гибель Марио это результат халатности властей объявивших в роковую ночь о нулевой опасности цунами. Вскоре после радиообращения стихия смыла дом Марио Овандо в порту Талькауано на юге страны. Всего из-за землетрясения и цунами в Чили, погибло около 500 человек.
Иными словами, официальные сообщения об отсутствии опасности при её наличии приводит к трагедиям. К подобным случаям можно отнести события в Л"Акуила, Кобе и Факусиме. Большой риск утверждать, что ничего не будет в ситуации, когда нет ни методологии, ни данных для прогноза, ведь само предположение о минимальном риске природной катастрофы по сути и есть самый настоящий прогноз.
Если нет сейсмической истории исследуемой территории то, по каким данным можно дать прогноз за один день, неделю, месяц или год до предполагаемого землетрясения?
Учёные предполагают, что с приближением землетрясения изменяются физико-химические свойства среды в его очаге. Следовательно, даже не имея представления о сейсмическом режиме территории и наблюдая в течение длительного периода времени за состоянием недр различными методами (сейсмоакустика, режим подземных вод, гравиметрия, нивелировка, электромагнитные измерения и т.д.) можно обнаружить момент подготовки землетрясения. Отчасти это подтверждается результатами лабораторных экспериментов и натурных наблюдений. Некоторым образом об этом свидетельствуют многочисленные факты аномального поведения животных перед подземным ударом.
Конец ознакомительного фрагмента.
