О землетрясениях мы знаем мало. Одно очевидно: землетрясение легче предупредить, чем справляться с его последствиями. Пока развивается космическая геодезия, сейсмологи наблюдают за животными, прислушиваются к народным приметам и следят за водой.
Всем миром в режиме online
Одной из самых быстроразвивающихся методик предупреждения землетрясений является мониторинг популярных социальных сетей. Отслеживая микроблог «Твиттера» по тегам, ученые могут отслеживать и предугадывать сейсмические процессы.
Самым успешным случаем применения этой по настоящему революционной технологии можно назвать оперативное реагирование на землетрясение, произошедшее в 2011 году в американском штате Вирджиния. Тогда исследователям удалось проанализировать информацию из микроблога и принять упреждающие меры.
Существенную помощь могут оказать также сейсмические мониторы. Они находятся в свободной продаже. Пользователи, обычные граждане, смогут передавать данные своих мониторов c помощью Wi-Fi или смартфонов.
Этот способ предупреждения катастрофы получает сегодня все большее распространение. Справляться с угрозой «всем миром» при помощи Интернета – чем не пример благого использования Всемирной паутины?
Спасительный телеграф
Сегодня землетрясения предсказывают, в том числе, с помощью специальных приборов сейсмографов, которые реагируют на горизонтальные и вертикальные движения. Их предшественником был, как ни странно, телеграф.
В 1897 году иранский кассир и телеграфист Юсеф из города Кермана заметил необычный электромагнитный сигнал, зафиксированный прибором, а через несколько минут произошло землетрясение. 27 октября 1909 года в Иране снова произошло землетрясение, его эпицентр находился в 58 км к юго-востоку от Кермана. И снова оператор станции принял его «послание», зафиксировав необычные движения телеграфной иглы, после чего ему удалось предупредить людей, работавших в здании, и они успели эвакуироваться. Юсеф понял, по колебаниям почвы и передаче электрического импульса по проводам можно предупреждать катастрофу. Он опубликован статью, в которой написал, что «если создать более сложный прибор, необычные движения иглы будут прогнозировать землетрясение за несколько секунд до того, как оно произойдет. А если прибор оснастить большим колоколом, его звук услышат множество людей, и их жизни будут спасены». Согласно геологу Мануэлю Бербериану, открытие Юсефа осталось незамеченным. Возможно, потому, что нескольких секунд не всегда достаточно, чтобы даже выбежать из дома.
«И реки потекут вспять»
Это не страшная фраза из пророчества о конце света, а основной принцип предсказания землетрясений сегодня. Очаги землетрясения обнаруживают с помощью грунтовых вод. Подземные реки протекают, в том числе, в зонах, где создается новый очаг землетрясения. Естественно, что вода реагирует на движение породных масс, которые выдавливают ее или наоборот увеличивают объем за счет изменения объема трещин и микропустот. В результате, меняется само поведение грунтовых вод, которое приводит к изменению уровня воды в колодцах и поворачивает реки вспять. За переменами следят в специальных скважинах, где перед землетрясением вода мутнеет или нагревается.
Живой сигнал
Боязнь перед неожиданным землетрясением – еще один повод завести себе домашнего питомца. В мире давно бытует мнение, что животные более чувствительны к мельчайшим изменениям в окружающем мире, нежели люди. Науке известно множество примеров, когда перед первыми толчками звери начинали вести себя необычно – кошки носились по комнате, собаки становились агрессивными и убегали из дома. Сверхчувствительные способности приписывают даже рыбам, которые уже за несколько дней до толчков проявляют беспокойство, скапливаются в одном месте или выбрасываются на берег. Такое поведение животных не могло пройти мимо внимания ученых и не натолкнуть их на еще один, казалось бы, очевидный способ предсказания катастрофы. Но проблема заключается в том, что пока не выявлена закономерность и причина изменения поведения разных видов фауны – для исследователей это не более чем череда случайностей.
Народные методы
Китай считается одной из самых сейсмологически опасных зон. Поэтому у китайцев исторически выработались свои «народные» способы предсказания землетрясений, уникальные в каждой деревне – где-то уровень воды изменился, где-то змеи из насиженных гнезд повыползали, а в соседнем курятнике куры раскудахтались. Как ни странно, с большими погрешностями, но метод работал. Чтобы хоть как-то систематизировать «народные традиции» и сделать из них эффективное оружие против катастрофы, Мао Цзэдун наладил связь – районы-центр. Люди должны были сообщать по почте или телефону в специальное учреждение обо всех необычных явлениях, которые могли быть предшественниками бедствия. Система функционировала, но не долго. Предупредив таким способом одно сильное землетрясение, она развалилась сразу же после смерти Мао. Результаты не заставили себя ждать. В 1976 году никто не предупредил центр о приближающейся трагедии. На Китай обрушилось сокрушительное Таншанское землетрясение, в котором погибло несколько сотен человек.
Космическая геодезия
Наиболее эффективный способ предсказывать землетрясения сегодня – это использование метода космической геодезии. Задаются потенциально опасные точки, а потом со спутников наблюдается движение поверхности и изменения в этом районе. Полученные данные используются для прогнозов. Лучше всего эта система функционирует в Японии, Калифорнии (США), Потсдаме (Германия) и, конечно же, в Китае. В России способ пока не развит, мы располагаем около 30 таких GPS пунктов на Камчатке и Курилах, в остальных районах они практически не представлены. Тем не менее, по сбываемости прогнозов отстаем не сильно – у США 50%, у нас порядка 40%. Показатели, как можно заметить, не особо высокие. В мире, по-прежнему, не существует хорошей теории прогноза землетрясений.
Последний способ, описанный нами, вполне соответствует поговорке «из огня да в полымя». Речь идет о предупреждении грядущего сильного землетрясения, с помощью более слабых толчков – форшоков, которые обычно ему предшествуют. Так как высокая форшоковая активность может начаться за несколько дней перед настоящей катастрофой, у властей есть шанс спасти население. Например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения в 1975 году. К сожалению, у этого способа есть свои подводные камни. Несмотря на то, что половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа землетрясений, форшоками являются только 5-10%. Это приводит к ложным предупреждениям, которые слишком дорого обходятся государству.
Источник миниатюры: wikipedia.org
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.
Можно ли предсказать землетрясение? За прошедшие века было предложено много способов предсказания - от учета погодных условий, типичных для землетрясений, до наблюдений за положением небесных тел и за странностями в поведении животных. Большинство попыток предсказать землетрясение было безуспешным.
С начала 1960-х годов научные исследования по прогнозу землетрясений приняли невиданный размах, особенно в Японии, СССР, КНР и США. Их цель - добиться в предсказании землетрясений, по крайней мере, такой же надежности, как в прогнозе погоды. Наибольшей известностью пользуется предсказание времени и места возникновения разрушительного землетрясения, особенно краткосрочный прогноз. Однако существует и другой вид прогноза землетрясений: оценка интенсивности сейсмических сотрясений, ожидаемых в каждом отдельном районе. Этот фактор играет главную роль при выборе участков для строительства таких важных сооружений, как плотины, больницы, ядерные реакторы, и, в конечном счете, наиболее важен для уменьшения сейсмической опасности.
Изучение характера сейсмичности на Земле за исторический период времени позволило предсказывать те места, где в будущем могут возникать разрушительные землетрясения. Однако хроника прошлых землетрясений не дает возможности прогнозировать точное время следующей катастрофы. Даже в Китае, где за последние 2700 лет произошло от 500 до 1000 опустошительных землетрясений, статистический анализ не выявил четкой периодичности сильнейших землетрясений, но показал, что крупные катастрофы могут разделяться длительными периодами сейсмического молчания.
В Японии, где также существует длительная статистика землетрясений, начиная с 1962 г. проводятся интенсивные исследования по прогнозу землетрясений, но пока они не принесли определенного успеха. Японская программа, объединяющая усилия сотен сейсмологов, геофизиков и геодезистов, привела к получению огромного количества разнообразных сведений и позволила выделить много признаков готовящегося землетрясения. Один из самых примечательных предвестников землетрясений среди изученных до сих пор это явления, отмеченные на западном побережье японского острова Хонсю. Проводившиеся там геодезические измерения показали что в окрестностях города Ниигата в течение примерно 60 лет происходило непрерывное поднятие и опускание береговой линии. В конце 1950-х годов скорость этого процесса уменьшилась; затем во время землетрясения. Ниигата 16 июня 1964 г. в северной части этого района (вблизи эпицентра) было отмечено резкое опускание величиной более 20 см. Характер распределения вертикальных движений, показанный на графиках, был выяснен только после землетрясения. Но в случае повторения таких крупных изменений высоты рельефа это, несомненно, послужит некоторым предостережением. Позднее в Японии было проведено специальное изучение исторических циклов землетрясений в окрестностях Токио, а также были выполнены локальные измерения современной деформации коры и частоты землетрясений. Полученные результаты позволили некоторым японским сейсмологам предположить, что повторения сильнейшего землетрясения Канто (1923 г.) в настоящее время не ожидается, но что в соседних районах землетрясения не исключены.
С начала нашего столетия, если не раньше, стали выдвигать предположения о разных типах «спусковых механизмов», способных вызвать начальную подвижку очаге землетрясения. Среди наиболее серьезных предположений это роль суровых погодных условий, вулканических извержений, гравитационное притяжение Луны, Солнца и планет. Чтобы найти такие эффекты были проанализированы многочисленные каталоги землетрясений, в том числе весьма полные списки для Калифорнии, но определенных результатов получено не было. Например, выдвинуто предположение о том, что, поскольку каждые 179 лет планеты оказываются приблизительно на одной линии, возникающее при этом дополнительное притяжение вызывает резкое усиление сейсмичности. Разлом Сан-Андреас в южной Калифорнии не производил разрушительных сейсмических толчков после землетрясения Форт-Техон в 1857 г., так что воздействие этого «планетного» спускового механизма на указанный разлом в 1982 г. можно было бы считать особенно вероятным. К счастью для Калифорнии, этот аргумент имеет серьезные изъяны. Во-первых, мировые каталоги землетрясений показывают, что в прошлые эпизоды такого расположения планет: в 1803, 1624 и 1445 г. усиления сейсмической активности не наблюдалось. Во-вторых, дополнительное притяжение относительно небольших или отдаленных планет незначительно по сравнению с взаимодействием между Землей и Солнцем. Значит, помимо 179-летней надо рассматривать и возможность множества других периодичностей, связанных с совместным действием наиболее крупных небесных тел.
Чтобы обеспечить надежный прогноз, такой как предсказание фаз Луны или результата химической реакции, необходима, как правило, прочная теоретическая основа. К сожалению, в настоящее время точно сформулированной теории происхождения землетрясений все еще нет. Тем не менее на основе наших нынешних, пусть ограниченных, знаний о том, где и когда происходят сейсмические толчки, мы может делать грубые предсказания того, когда на том или ином известном разломе можно ожидать следующее сильнейшее землетрясение. Действительно, после землетрясения 1906 г. Г. Ф. Рид, используя теорию упругой отдачи, заявил, что следующее сильнейшее землетрясение в районе Сан-Франциско должно произойти примерно через сто лет.
В настоящее время производится много экспериментальных работ. Исследуются различные явления, которые могут оказаться предвестниками, «симптомами» готовящегося землетрясения. Хотя попытки всеобъемлющего решения проблемы выглядят довольно внушительно они дают мало оснований для оптимизма: едва ли система прогноза будет практически реализована в большинстве районов мира в ближайшем будущем. К тому же методы, которые кажутся сейчас наиболее перспективными, требуют весьма сложного оборудования и больших усилий работников науки. Создание сетей прогностических станций во всех зонах высокого сейсмического риска было бы чрезвычайно дорогостоящим Мероприятием.
Кроме того, с прогнозом землетрясений неразрывно связана одна важнейшая дилемма. Предположим, данные сейсмологических измерений указывают на то, что на определенной плошали в определенный период времени произойдут землетрясение определенной магнитуды. Надо полагать, что данная площадь и раньше считалась сейсмичной, иначе на ней не проводились бы подобные исследования. Отсюда следует, что если в указанный период землетрясение действительно произойдет, это может оказаться простым совпадением и не будет веским доказательством того, что использованные для прогноза методы верны и не приведут к ошибкам в будущем. И конечно, если будет, сделав конкретный прогноз, а ничего не произойдет, это будет воспринято как доказательство того, что метод ненадежен.
В последнее время в Калифорнии сильно активизировалась деятельность, связанная с прогнозом землетрясении; в результате чего в 1975 г. был образован научный совет, задачей которого является оценка надежности прогнозов для ведомства штата по мерам в случае чрезвычайного положения.
Было решено, что каждый подлежащий рассмотрению прогноз должен включать четыре основных элемента: 1) время, в течение которого произойдет данное событие, 2) место, в котором оно произойдет» 3) пределы магнитуды, 4) оценку вероятности случайного совпадения, т.е. того, что землетрясение произойдет вне связи с явлениями, подвергавшимися специальному изучению.
Значение деятельности такого совета не только в том, что он выполняет задание властей, ответственных за обеспечение минимальных потерь при землетрясении, но и в том, что проявляемая этим советом осмотрительность полезна для ученых, составляющих прогнозы, так как обеспечивает независимую проверку. В более широком социальном плане такое научное жюри помогает отсеивать необоснованные предсказания всякого рода ясновидцев, а иногда и недобросовестных людей, ищущих известности.
Социальные и экономические следствия прогноза землетрясений вызывают противоречивые толкования. По мере развития сейсмологических исследований в различных странах, вероятно, будут делаться многочисленные предсказания землетрясений, которые должны возникнуть в вероятных очаговых зонах.
В западных странах проведено изучение отрицательных, равно как и положительных следствий прогноза. Если бы, например, в каком-нибудь месте можно было уверенно предсказать время крупного разрушительного землетрясения примерно за год до ожидаемого срока и затем непрерывно уточнять его, то число жертв и даже величина материального ущерба от этого землетрясения значительно сократились бы, но общественные связи в области были бы нарушены, а местная экономика пришла бы в упадок.
Единственным примером удачно предсказанного на сегодняшний день землетрясения является Хайченское землетрясение 1975 г. В провинции Ляонин в Китае. В те годы задолго до подземного толчка в Китае была организована сеть геолого-геофизических и других наблюдений за изменениями физического состояния земных недр, наклонов поверхности, сейсмической активности, уровня подземных вод и содержания в них различных газов. На основании всех полученных данных было принято решение об эвакуации населения города. Спустя несколько часов он оказался под руинами, но жертв почти не было.
Возвращаясь к задаче сверхвысокой степени сложности - предсказанию землетрясений, отметим, что ученые многих стран продолжают поиск предвестников землетрясений. Сегодня их выделяют в несколько групп.
Прежде всего, это сейсмологические предвестники - увеличение числа форшоков крупного землетрясения.
К геофизическим признакам можно отнести уменьшение электрического сопротивления пород, колебания модуля полного вектора магнитного поля и т.п.
Из гидрогеологических предвестников землетрясения называют понижение, а за тем резкое повышение уровня грунтовых вод в скважинах и колодцах, изменение температуры воды, повышенное содержание радона, углекислого газа и паров ртути.
Ну и, конечно же, аномальное поведение животных
23 июля в Иране произошло четвертое за сутки землетрясение, а число пострадавших достигло 287. Днем ранее подземные толчки магнитудой 5,2 зарегистрировали в Чили. В целом за 7 месяцев 2018 года на Земле произошло 6881 землетрясение, забравшее 227 человеческих жизней. Но почему ученые так и не научились предсказывать эти катаклизмы? Разбирался Realist.
Как определяют сейсмически опасные зоны
Литосферные плиты находятся в постоянном движении. Сталкиваясь и растягиваясь, они увеличивают напряжение в горных породах, что приводит к их быстрому разрыву — землетрясению. Очаг(гипоцентр) землетрясения находится в недрах земли, а эпицентр является его проекцией на поверхности.
Силу землетрясений измеряют по шкале разрушения в баллах(от 1 до 12) , а также магнитудой — безразмерной величиной, которая отражает высвобождаемую энергию упругих колебаний(от 1 до 9,5 по шкале Рихтера).
Проще всего науке дается выявление сейсмически опасных зон и долгосрочное прогнозирование землетрясений на ближайшие 10−15 лет. Для этого исследователи анализируют цикличность активизации сейсмотектонического процесса: нет оснований полагать, что в ближайшие несколько сотен лет Земля начнет вести себя по-другому, чем в аналогичный промежуток времени в прошлом.
Можно ли предсказать землетрясения
Нет, по крайней мере с точностью, достаточной для того, чтобы можно было планировать программы эвакуации населения. И хотя большинство землетрясений происходят в предсказуемых местах вдоль хорошо известных геологических разломов, надежность краткосрочных прогнозов оставляет желать лучшего.
«У нас есть модели, которые показывают, что в Южной Калифорнии риск землетрясений магнитудой 7,5 и выше в ближайшие 30 лет составляет 38%. Если эти модели использовать для расчета вероятности землетрясений на ближайшую неделю, вероятность упадет примерно до 0,02%», — комментирует Томас Джордан, директор Центра землетрясений в Южной Калифорнии.
Такой риск довольно мал, но все же не равен нулю, а поскольку по территории штата Калифорния проходит трансформный разлом Сан-Андреас, в местных школах регулярно проводят учения по подготовке к большому землетрясению.
Почему большие землетрясения так трудно спрогнозировать
Надежные предсказания требуют определения сигналов, которые указывали бы на приближающееся большое землетрясение. Такие сигналы должны быть характерными только для крупных землетрясений: слабые и умеренные толчки магнитудой до 5 могут привести к раскачиванию висячих предметов, дребезжанию стекол или осыпанию штукатурки, что не требует эвакуации населения. Впрочем, в 5−10% случаев такие толчки оказываются форшоками, которые предшествуют более сильным землетрясениям. Согласно статистике, форшоковая активность характерна для 40% средних и 70% больших землетрясений.
Сейсмологи до сих пор не смогли выделить специфические события, которые регулярно происходят только перед большими землетрясениями.
Сегодня изучен широкий диапазон потенциальных предсказателей землетрясения — от увеличения концентрации радона в воздухе и необычного поведения животных до деформации земной поверхности и изменения уровня грунтовых вод. Но эти аномалии являются общими: каждая из них может возникнуть и перед самыми слабыми толчками.
Почему людей не эвакуируют при малейшем риске большого землетрясения
Основная причина — большая вероятность ложной тревоги. Так, в 1975 году в Хайчэне(Китай) сейсмологи зафиксировали участившиеся слабые землетрясения и объявили всеобщую тревогу 4 февраля в 2 часа дня. Спустя 5 часов 36 минут в городе произошло землетрясение силой более 7 баллов, многие здания оказались разрушенными, но благодаря своевременной эвакуации катаклизм обошелся практически без жертв.
К сожалению, в будущем столь удачные прогнозы не удалось повторить: сейсмологи спрогнозировали несколько больших землетрясений, которые не состоялись, а остановка предприятий и эвакуация населения повлекли за собой лишь экономические потери.
Как работают системы раннего оповещения о землетрясениях
Лучшей системой раннего оповещения о землетрясениях сегодня обладает Япония. Страна буквально« усеяна» станциями, которые с помощью чувствительной аппаратуры регистрируют сейсмические волны, выявляют потенциальные форшоки и передают информацию в Метеорологическое агентство, которое, в свою очередь, незамедлительно передает ее на ТВ, в интернет и на мобильные телефоны граждан. Так, к моменту прихода второй сейсмической волны население уже предупреждено об эпицентре землетрясения, его магнитуде и времени приближения второй волны.
Несмотря на технологические достижения, даже японская система оповещения срабатывает после того, как стихийное бедствие произошло. Но пока исследователи досконально не изучат физические процессы, связанные с землетрясениями, рассчитывать на большее не приходится. Жителям сейсмически активных зон остается надеяться, что сейсмометры станут более чувствительными, а спутниковое наблюдение поможет ускорить время прогноза.
Земле присуще одно прискорбное свойство: она временами уходит из-под ног, и не всегда это связано с результатами бодрой вечеринки в дружеском кругу. От сотрясений почвы встает дыбом асфальт, рушатся дома. Да что там дома?! — катастрофические землетрясения могут вздымать или разрушать горы, осушать озера, разворачивать реки. Жителям домов, гор и побережий в таких ситуациях остается только одно: пытаться уцелеть, насколько это окажется возможным.
Люди сталкивались с буйством земной тверди примерно с тех времен, когда спустились на эту твердь с деревьев. Видимо, к началу человеческой эпохи относятся и первые попытки объяснить природу землетрясений, в которых обильно фигурируют подземные боги, демоны и прочие псевдонимы тектонических движений. По мере того как наши предки обзаводились постоянным жильем с прилагаемыми к нему крепостями и курятниками, урон от сотрясений почвы под ними становился больше, а желание задобрить Вулкана или хотя бы предсказать его немилость — сильнее.
Впрочем, разные страны в древности сотрясались разными сущностями. Японская версия отводит ведущую роль живущим под землей гигантским сомам, которые иногда шевелятся. В марте 2011 года очередное рыбье буйство привело к сильнейшему землетрясению и цунами.
Схема распространения цунами в акватории Тихого океана. На картине цветом показана высота расходящихся в разные стороны волн, порожденных землетрясением вблизи Японии. Напомним, что подземный толчок 11 марта обрушил на побережье Японии волну цунами, приведшую к гибели не менее 20 тысяч человек, обширным разрушениям и превращению слова «Фукусима» в синоним Чернобыля. Реагирование на цунами требует большой оперативности. Скорость океанских волн измеряется километрами в час, а сейсмических — километрами в секунду. За счет этого возникает запас времени в 10−15 минут, за которые нужно оповестить жителей угрожаемой территории.
Неустойчивая твердь
Земная кора находится в очень медленном, но непрерывном движении. Громадные блоки напирают друг на друга и деформируются. Когда напряжения превышают предел прочности, деформация становится неупругой — земная твердь ломается, а пласты смещаются вдоль разлома с упругой отдачей. Впервые эту теорию предложил почти сто лет назад американский геофизик Гарри Рейд, изучавший землетрясение 1906 года, почти полностью разрушившее Сан-Франциско. С тех пор учеными было предложено множество теорий, по‑разному детализирующих ход событий, но первооснова осталась в общих чертах той же.
Глубина моря изменчива. Приходу цунами часто предшествует отступление воды от берега. Упругие деформации земной коры, предшествующие землетрясению, оставляют воду на месте, но глубина дна относительно уровня моря при этом часто меняется. Мониторинг морской глубины осуществляется сетью специальных приборов — мареографов, установленных как на берегу, так и на удалении от берега.
Многообразие версий, увы, не увеличивает объем знаний. Известно, что очаг (по-научному — гипоцентр) землетрясения представляет собой протяженную область, в которой и происходит разрушение горных пород с выделением энергии. Ее объемы прямо связаны с размерами гипоцентра — чем он больше, тем сотрясения сильнее. Очаги разрушительных землетрясений простираются на десятки и сотни километров. Так, очаг Камчатского землетрясения 1952 года имел длину около 500 км, а Суматранского, вызвавшего в декабре 2004 года самое страшное в современной истории цунами, — не менее 1300 км.
Размеры гипоцентра зависят не только от накопленных в нем напряжений, но и от физической прочности горных пород. Каждый отдельный пласт, оказавшийся в зоне разрушения, может как треснуть, увеличивая масштаб события, так и устоять. Конечный результат в итоге оказывается зависимым от множества невидимых с поверхности факторов.
Тектоника в картинках. Столкновение литосферных плин приводит к их деформации и накоплению напряжений.
Сейсмический климат
Сейсмическое районирование территории позволяет предсказать силу возможных в данном месте подземных толчков, пусть даже и без указания точных места и времени. Полученную карту можно сравнить с климатической, вот только вместо атмосферного климата на ней отображен сейсмический — оценка возможной в данном месте силы землетрясения.
Исходной информацией служат данные о сейсмической активности в прошлом. К сожалению, история инструментальных наблюдений за сейсмическими процессами насчитывает немногим более ста лет, а во многих регионах — того меньше. Некоторую помощь может оказать сбор данных из исторических источников: описаний даже античных авторов обычно достаточно, чтобы определить балльность землетрясения, поскольку соответствующие шкалы построены на основе бытовых последствий — разрушения зданий, реакции людей и т. п. Но и этого, конечно, недостаточно — человечество еще слишком молодо. Если в каком-то регионе за последние пару тысяч лет не было десятибалльного землетрясения, это еще не значит, что оно не произойдет там в следующем году. Пока речь идет о рядовом малоэтажном строительстве, с риском такого уровня можно мириться, но размещение АЭС, нефтепроводов и прочих потенциально опасных объектов требует явно большей точности.
Проблема оказывается решаемой, если от отдельных землетрясений перейти к рассмотрению потока сейсмических событий, характеризующегося определенными закономерностями, в том числе плотностью и повторяемостью. В этом случае можно установить зависимость периодичности землетрясений от их силы. Чем слабее землетрясения, тем больше их количество. Эта зависимость поддается анализу математическими методами, и, установив ее для какого-то промежутка времени, пусть небольшого, но обеспеченного инструментальными наблюдениями, можно с достаточной надежностью экстраполировать ход событий через сотни и даже тысячи лет. Вероятностный подход позволяет накладывать приемлемые по точности ограничения на масштабы будущих катастроф.
Карта сейсмического районирования ОСР-97D. Цветами показана максимальная разрушительная сила землетрясений с периодом повторения порядка 10000 лет. Эта карта используется при строительстве АЭС и прочих особо ответственных объектов. Одним из проявлений земной активности являются вулканы. Их извержения красочны и порой разрушительны, но вот порождаемые ими сейсмические толчки, как правило, слабы и самостоятельной угрозы не представляют.
В качестве примера того, как это делается, можно привести действующий сейчас в России комплект карт сейсмического районирования ОСР-97. При его составлении были по геологическим данным выявлены разломы — потенциальные источники землетрясений. Их сейсмическая активность была смоделирована с применением весьма непростой математики. Виртуальные потоки сейсмических событий были затем сверены с реальностью. Получившиеся зависимости можно было относительно уверенно экстраполировать в будущее. Итогом стала серия карт, показывающих максимальный балл событий, могущих повторяться на данной территории с периодичностью от 100 до 10000 лет.
Предвестники беды
Сейсмическое районирование дает возможность понять, где «подложить соломку». Но, чтобы свести урон к минимуму, хорошо бы знать время и место события точно — кроме оценки «климата» иметь и прогноз «погоды».
Самый впечатляющий краткосрочный прогноз землетрясения был сделан в 1975 году в китайском городе Хайчен. Ученые, наблюдавшие за сейсмической активностью несколько лет, объявили тревогу 4 февраля около 14 часов. Жители были выведены на улицы, а магазины и промышленные предприятия закрыты. Землетрясение с магнитудой 7,3 произошло в 19:36, город подвергся значительным разрушениям, но человеческих жертв было мало. Увы, этот пример пока остается одним из очень немногих.
Накапливающиеся в земной толще напряжения приводят к изменениям ее свойств, и их в большинстве случаев вполне можно «поймать» приборами. Таких изменений — сейсмологи называют их предвестниками — на сегодня известно несколько сотен, и их перечень год за годом растет. Нарастающие напряжения земли изменяют скорость упругих волн в них, электропроводность, уровень подземных вод и т. д.
Одно из типичных последствий разрушительного землетрясения. Специалисты оценили бы интенсивность встряски примерно в 10 баллов (по 12-балльной шкале).
Проблема заключается в том, что предвестники капризны. Они ведут себя по‑разному в разных регионах, представая перед исследователями в разных, подчас причудливых сочетаниях. Чтобы уверенно сложить «мозаику», надо знать правила ее составления, но полной информации у нас нет и не факт, что когда-то будет.
Исследования 1950 -1970-х показали корреляцию содержания радона в подземных водах в районе Ташкента с сейсмической активностью. Содержание радона перед землетрясениями в радиусе до 100 км изменялось за 7−9 дней до толчка, вначале увеличиваясь до максимума (за пять дней), а затем снижаясь. Но аналогичные исследования в Киргизии и на Тянь-Шане устойчивой корреляции не показали.
Упругие деформации земной коры приводят к относительно быстрому (месяцы и годы) изменению высоты местности. Эти изменения уже давно и надежно «ловятся». В начале 1970-х американские специалисты выявили поднятие поверхности возле городка Палмдейл в Калифорнии, стоящего прямо на разломе Сан-Андреас, которому штат обязан репутацией сейсмически беспокойного места. На попытки отследить развитие событий и вовремя предупредить были брошены немалые силы, деньги и оборудование. К середине 1970-х подъем поверхности вырос до 35 см. Было отмечено также уменьшение скорости упругих волн в земной толще. Наблюдения за предвестниками продолжались много лет, стоили немалых долларов, но… катастрофы не произошло, состояние местности постепенно вернулось к норме.
В последние годы наметились новые подходы к прогнозированию, связанные с рассмотрением сейсмической активности на глобальном уровне. В частности, о прогностических успехах сообщали камчатские сейсмологи, традиционно находящиеся на «переднем крае» науки. Но отношение к прогностике ученого мира в целом все же будет правильнее охарактеризовать как осторожный скептицизм.
