Можно ли прогнозировать землетрясение и какими способами. Почему землетрясения так сложно спрогнозировать

Всем привет! Приветствую вас на страницах своего блога о безопасности. Меня зовут Владимир Раичев и сегодня я решил рассказать вам, какие существую предвестники землетрясений. Почему, интересно, жертвами землетрясений становится так много людей? Неужели их нельзя прогнозировать?

Недавно такой вопрос мне задали мои ученики. Вопрос, конечно, не праздный, мне самому он очень интересен. В учебнике по ОБЖ я прочитал, что существует несколько видов прогнозирования землетрясений:

1. Долгосрочный. Простая статистика, если проанализировать землетрясения на сейсмических поясах, то можно выявить некую закономерность возникновения землетрясений. С погрешностью в несколько сотен лет, но разве это нам сильно поможет?
2. Среднесрочный. Изучается состав почвы (при землетрясениях происходит его изменение) и с погрешностью в несколько десятков лет можно предположить возникновение землетрясение. Стало легче? Думаю, что не очень.
3. Краткосрочный. Данный вид прогнозов предполагает отслеживание сейсмической активности и позволяет уловить начинающиеся колебания земной поверхности. Как думаете, поможет нам такой прогноз?

Однако разработка этой проблемы чрезвычайно сложна. Пожалуй, ни одна наука не испытывает таких трудностей, как сейсмология. Если, прогнозируя погоду, метеорологи могут непосредственно наблюдать за состоянием воздушных масс: температурой, влажностью, скоростью ветра, то недра Земли доступны прямым наблюдениям только через буровые скважины.

Самые глубокие скважины не достигают и 10 километров, в то время как очаги землетрясений бывают на глубинах в 700 километров. Процессы же, которые связаны с возникновением землетрясений, могут захватывать еще большие глубины.

Изменение положения береговой линии как признак надвигающегося землетрясения

Тем не менее, попытки выявления факторов, предшествующих землетрясениям, хотя и медленно, но все же приводят к положительным результатам. Казалось бы, изменение положения береговой черты относительно уровня океана может служить предвестником землетрясений.

Однако во многих странах при таких же условиях землетрясения не наблюдались, и наоборот - при стабильном положении береговой черты землетрясения происходили. Объясняется это, по-видимому, различием геологических структур Земли.

Следовательно, этот признак не может быть универсальным для прогнозов землетрясений. Но следует оказать, что изменение высоты береговой линии явилось толчком к постановке специальных наблюдений за деформациями земной коры при помощи геодезических съемок и специальных приборов.

Изменение электропроводности горных пород — еще один индикатор зарождающегося землетрясения

В качестве предвестников землетрясений можно использовать изменения скоростей распространения упругих колебаний, электрических сопротивлений и магнитных свойств земной коры. Так, в районах Средней Азии при изучении электропроводности горных пород было обнаружено, что некоторым землетрясениям предшествовало изменение электропроводности.

При сильных землетрясениях из недр Земли высвобождается огромная энергия. Трудно допустить, что процесс накопления громадной энергии до начала разрыва земной коры, то есть землетрясения, протекает неуловимо. Вероятно, со временем при помощи более совершенной геофизической аппаратуры наблюдения за этими процессами дадут возможность точно предсказывать землетрясения.

Развитие современной техники, позволяющее уже сейчас применять лазерные лучи для более точных геодезических измерений, электронно-вычислительная техника для обработки информации сейсмологических наблюдений, современные сверхчувствительные приборы открывают перед сейсмологией большие перспективы.

Высвобождение радона и поведение животных- предвестники приближающихся толчков

Ученым удалось обнаружить, что перед подземными толчками в земной коре изменяется содержание газа радона. Происходит это, по-видимому, из-за сжатия земных пород, в результате чего газ вытесняется с больших глубин. Это явление наблюдалось при повторных сейсмических толчках.

Сжатием земных пород, очевидно, можно объяснить и другое явление, которое в отличие от перечисленных породило немало легенд. В Японии наблюдалось, что маленькие рыбы определенной разновидности перед землетрясением перемещаются к поверхности океана.

Предполагают, что животные в некоторых случаях предчувствуют приближение землетрясений. Однако использовать эти явления в качестве предвестников практически трудно, ибо сопоставление поведения животных в обычных ситуациях и перед землетрясением начинается тогда, когда оно уже произошло. Это и порождает иногда различные необоснованные суждения.

Работы, связанные с поисками предвестников землетрясений, ведутся в самых различных направлениях. Было замечено, что создание крупных водохранилищ при гидроэлектростанциях в некоторых сейсмоактивных зонах США, Испании способствует увеличению землетрясений.

Специально созданная международная комиссия по изучению влияния крупных водохранилищ на сейсмическую активность предположила, что проникновение воды в горные породы уменьшает их прочность, что может послужить причиной землетрясения.

Опыт показал, что работы по поискам предвестников землетрясений требуют более тесного сотрудничества ученых. Разработка проблемы предсказания землетрясений вступила в новую фазу более фундаментальных исследований на базе современных технических средств, и есть все основания надеяться, что она будет решена.

Рекомендую вам почитать мои статьи о землетрясениях, например, о мессинском землетрясении в Италии , или ТОП самых сильных землетрясений за всю историю человечества .

Как видите, друзья, предсказать землетрясение — это очень сложная задача, которую не всегда получается выполнить. А я на этом с вами прощаюсь. Не забудьте подписаться на новости блога, чтобы в числе первых узнавать о выходе новых статей. Поделитесь статьей с друзьями в социальных сетях, вам мелочь, а мне приятно. Желаю вам всего доброго, пока-пока.

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

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:

1. «Ложная тревога», когда после принятия всех мер для минимизации количества людских жертв и материальных потерь предсказанное сильное землетрясение не происходит.
2. «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.

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.

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