Прогноз землетрясений – Прогнозирование землетрясений — это… Что такое Прогнозирование землетрясений?

Прогноз землетрясений — Википедия

Прогноз землетрясений — предположение о том, что землетрясение определённой магнитуды произойдет в определённом месте в определённое время (или в определённом диапазоне времени). Несмотря на значительные усилия сейсмологов в исследованиях, пока невозможно дать такой прогноз с точностью до дня или месяца[1] и добиться того, чтобы предотвращённые потери устойчиво превосходили экономический ущерб от ложных тревог[2].

Свести ущерб от землетрясений к минимуму невозможно, задача конкретная и требует больших средств. Чаще всего, возможность их получения определяются важностью объекта и уровнем риска, который может считаться приемлемым в случае его разрушения. Чем больше ученые знают о землетрясениях, тем больше возможностей для уменьшения ущерба от них. Они оформляются в виде специальных карт показывающих пространственно-временное распределение сейсмической опасности или наиболее вероятную  силу сотрясений. Эти карты строятся исходя из информации об уже происходивших землетрясениях. Соответственно, чем больше данных о них, тем выше точность прогноза. Однако не всегда есть сведения о землетрясениях и не потому, что они не возникали, а потому что инструментальные сейсмические наблюдения ведутся только последние сто лет, и нет точных данных о параметрах землетрясений (координаты эпицентра, глубина очага, мощность) за предшествовавший период

[3].

Учёные до сих пор не знают всех деталей физических процессов, связанных с землетрясениями, и методы, какими их можно точно предсказывать. Ряд явлений рассматриваются сейчас как возможные предвестники землетрясений: изменения в ионосфере, различные типы электромагнитных индикаторов, включая инфракрасные и радиоволны, выбросы радона, странное поведение животных.

По мнению Сейсмологического сообщества Америки, заявляемый метод прогноза, который бы был подтверждён как верный, должен обеспечить ожидаемую магнитуду с определённым допустимым отклонением, хорошо определённую зону эпицентра, диапазон времени, в которое произойдет это событие, и вероятность того, что оно действительно произойдет. Данные, на которых основан прогноз, должны поддаваться проверке и результат их обработки должен быть воспроизводим.

Достижение успеха в долгосрочных прогнозах (на годы или десятилетия) гораздо вероятнее достижения прогноза с точностью до месяца. Точные краткосрочные прогнозы (от часов до дня) на данный момент невозможны.

В рамках научных работ с целью предсказания землетрясений сейсмологи исследовали связь предстоящего землетрясения с движением земной коры [4][5], изменением уровня грунтовых вод в скважинах [6], выпуском радона или водорода [7][8], изменением ускорения сейсмических волн[9]электромагнитными полями (сейсмоэлектромагнетизм),[10], масштабные изменения температуры почвы [11], изменения в концентрации ионов в ионосфере.[11]

Тайна процессов землетрясений часто сподвигает необученных специально для этого людей заявлять о том, что им удалось найти решение проблемы прогноза землетрясений. Их фантастические теории прогноза землетрясений включают погодные условия и необычные облака, фазы луны.

[12] Но это всё — псевдонаучные теории.[13]

В США[править | править код]

В Соединённых Штатах проблема прогноза землетрясений была поднята в середине 1960-х годов. Совместно с Японией было проведено множество конференций, но никаких серьёзных результатов не последовало вплоть до создания в 1977 Национальной программы снижения опасности землетрясений (англ. National Earthquake Hazards Reduction Program).[14]. Одной из его задач стала разработка техник прогноза землетрясений и систем раннего предупреждения.[15] Однако, акценты были смещены с прогноза на смягчение ущерба в 1990 году[16]

В 1984 стартовал Паркфильдский эксперимент[17], но ему не удалось правильно спрогнозировать землетрясение на разломе Сан-Андреас.

[18] В 1995 Национальная академия наук провела коллоквиум «Прогноз землетрясений: вызов для науки», который не смог дать никакой новой информации для предсказаний.[19]

В Японии[править | править код]

В Японии программа по предсказанию землетрясений стартовала в 1964[20] с пятилетним планом.[21] В 1978 программа занялась прогнозом землетрясения магнитудой выше 8 в Токае, близ Токио, который мог бы стать крупнейшим бедствием в истории Японии и всей мировой экономики. Сейчас Япония обладает лучшей в мире системой записи сейсмических волн, обнаружения деформаций земной коры, изучения свойств грунтовых вод, электромагнитных изменений.[22] Всё это — часть огромных усилий в попытке понять процессы подготовки землетрясений.

В Германии[править | править код]

Немецкие ученые, долгое время изучавшие поведение муравьёв в разные периоды сейсмической активности, сделали вывод, что они кардинально изменяли график своей жизнедеятельности только накануне землетрясения, сила которого составляет как минимум 2 балла. По словам ученых из Университета Дуйсбурга, в поведении муравьёв обнаружилась устойчивая смена фаз активности и спокойствия: за несколько часов до землетрясения вместо фазы сна наступал всплеск активности, а следующая за ним фаза активности не наступала в течение суток. По мнению экспертов, это объясняется тем, что перед землетрясением может выделяться токсичный газ, незаметный для человека, однако отражающийся на поведении муравьёв.

[23]

В Китае[править | править код]

В 2013 году после мощного землетрясения в китайской провинции Сычуань было решено вложить в прогноз сейсмических ударов более $300 млн: в наиболее опасных районах страны будет создана сеть из 5000 станций наблюдения, цель которых — раннее предупреждение о сильном землетрясении.[24]

В России[править | править код]

Российские ученые разработали комплексный метод анализа предвестников землетрясений, что позволит создать работающую систему краткосрочного прогноза сильных подземных толчков. По словам главного научного сотрудника Института космических исследований РАН Сергея Пулинца, используются спутниковые технологии для наблюдения за полным электронным содержанием ионосферы, а также температурой в нижних слоях атмосферы и ряда других параметров для выделения признаков приближения толчков. На данном этапе ученые могут предсказывать землетрясения магнитудой больше 5,5 с точностью до пяти суток, причем по статистике только 60% прогнозов заканчиваются успехом.

[25]

В 2010 году заведующий отделением сейсмологии Института физики Земли РАН Геннадий Соболев на конференции «Прогноз землетрясений в России» заявил, что России не хватает станций наблюдения за движениями земной коры в наиболее сейсмоопасных регионах. По его словам, сейсмологам не хватает оборудования для наблюдения за подземной активностью.[26]

В 2011 году заместитель директора Института физики Земли Евгений Рогожин на конференции «Прогноз землетрясений: готова ли к ним Россия и мир?» заявил, что слабой стороной изучения предвестников является то, что нет никакой специальной службы в нашей стране, которая вела бы комплексное наблюдение за всеми предвестниками.

[27]

Специалистами Сибирского отделения РАН и Сибирского НИИ геологии, геофизики и минерального сырья в 2012 был разработан метод активного мониторинга, при котором используются вибрационные источники мощностью до 100 тонн, позволяющие прогнозировать землетрясения. Вибрационные источники позволяют получать данные о строении земной коры. Однако работы по созданию самой системы прогнозирования землетрясений еще ведутся на полигоне в Быстровке.[28]

В 2016 году на SEISMO-2016 был представлен метод кратковременного прогноза землетрясений методом мониторинга волны Козырева-Ягодина, созданный в Хайфской лаборатории геофизиком А. Ягодиным и успешно прошедший испытания РЭС в 2012 году. Профессор Е.А. Рогожин в письме в МЧС написал:

«В ответ на Ваше письмо о создании Международной системы для решения задачи кратковременного и оперативного прогноза землетрясений Российский экспертный совет по прогнозу землетрясений и оценке сейсмической опасности и риска (РЭС) отвечает, что РЭС поддерживает Ваше предложение дополнить уже существующую Федеральную систему сейсмологических наблюдений и прогноза, сетью мониторинга KaY- волн после апробации этого метода на станциях России.»

https://sites.google.com/site/earthquakepredict/res

Многим землетрясениям, особенно крупным, предшествовали некоторые явления, не характерные для данной местности. В результате систематизации данных по крупным землетрясениям XVII — XXI веков, а также по летописей, в которых упоминаются события, связанные с землетрясениями был установлен ряд некоторых типичных явлений, которые могут служить оперативными предвестниками землетрясений. Так как землетрясения имеют различные механизмы возникновения, происходят в разных геологических условиях, в разное время суток и года сопутствующие явления, служащие предвестниками, тоже могут быть различными.

Практически все явления предвестники по состоянию на начало 2010-х годов имеют научное объяснение. Тем не менее, использовать их для оперативного оповещения удается крайне редко, поскольку явления-предвестники не являются специфичными именно для землетрясений. Например, атмосферные световые явления могут возникать в периоды геомагнитных бурь или иметь техногенную природу, а массовое беспокойство животных может быть вызвано надвигающимся циклоном.

В настоящее время выделяют следующие явления, которые могут служить предвестниками землетрясений: форшоки, аномальные атмосферные явления, изменения уровня грунтовых вод, беспокойное поведение животных.

Форшоки[править | править код]

Форшоки — умеренные землетрясения, которые предшествуют сильному. Высокая форшоковая активность в сочетании с другими явлениями может служить оперативным предвестником. Так, например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения

[29] в 1975 году.[1]

Хотя половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа землетрясений форшоками являются только 5-10 %. Это часто порождает ложные предупреждения.[1][30][31]

Оптические явления в атмосфере[править | править код]

С давних времен замечено, что многим крупным землетрясениям предшествуют необычные для данной местности оптические явления в атмосфере: сполохи, похожие на полярные сияния, световые столбы, облака странной формы. Появляются они как непосредственно перед толчками, но иногда могут происходить и за несколько суток. Так как эти явления обычно замечаются случайно людьми, не имеющими специальной подготовки, которые не могут дать объективного описания до массового появления мобильных фото- и видеоустройств анализ такой информации весьма сложен. Лишь в последнее десятилетие, с развитием спутникового мониторинга атмосферы, мобильной фотографии и автомобильных видеорегистраторов необычные оптические явления перед землетрясением были надежно зафиксированы, в частности перед Сычуаньским землетрясением.

По современным представлениям необычные оптические явления в атмосфере связаны с такими процессами в зоне будущего землетрясения как:

  1. Выход в атмосферу газов из паров из напряженных горных пород. Вид и характер явлений зависят от исходящих газов: горючие метан и сероводород могут давать факела пламени, что наблюдалось, например, перед Крымскими землетрясениями, радон под действием собственной радиоактивности флюоресцирует голубым светом и вызывает флюоресценцию других атмосферных газов, сернистые соединения могут вызывать хемилюминисценцию.
  2. Электризация напряженных горных пород, что вызывает электрические разряды на поверхности земли и в атмосфере в районе будущего очага.[32]

Изменение уровня грунтовых вод[править | править код]

Постфактум установлено, что многим крупным землетрясениям предшествовало аномальное изменение уровня грунтовых вод, как в колодцах и скважинах, так в ключах и родниках. В частности перед Чуйским землетрясением местами на поверхности почвы внезапно появились множественные ключи из которых стала достаточно быстро поступать вода. Тем не менее, значительная часть землетрясений не вызывала предшествующих изменений в водоносных горизонтах.

Беспокойное поведение животных[править | править код]

Достоверно засвидетельствовано, что основным толчкам многим сильным землетрясениям предшествует необъяснимое беспокойство животных на значительной территории. Наиболее вероятно, что животные ощущают при этом непривычные вибрации или реагируют на инфразвуковые колебания. Такое наблюдалось, например, при Крымских землетрясениях 1927 года, перед Ашхабадским землетрясением и перед Чуйским землетрясением. Но перед Спитакским землетрясением и землетрясением в Нефтегорске массового аномального поведения животных замечено не было.

Италия[править | править код]

20 сентября 2011 г. шесть итальянских геофизиков-вулканологов предстали перед судом по обвинению в неспособности предсказать катастрофические последствия землетрясения в Л’Акуиле (2009) [1].

Китай[править | править код]

Хайчэнская эвакуация[править | править код]

После серии форшоков (некоторые из которых смогли нанести некоторый ущерб зданиям) некоторые местные руководители эвакуировали население. Через некоторое время произошло крупное землетрясение с M7.3. И хотя разговоры о возможности такого землетрясения на северо-востоке Китая были ещё несколько лет назад, конкретного прогноза сформулировано не было.[33]

Тем не менее, Таншаньское землетрясение, по официальным данным унесшее жизни 242 тысяч человек, предсказать не удалось. На некоторое время это поставило под сомнение исследования по прогнозу землетрясений.

Япония[править | править код]

В 1892 году японское правительство основало Имперский комитет по исследованию землетрясений в ответ на разрушительное Землетрясение Ноби (1891) (Мино-Овари) с M8.0.[34]

  1. ↑ 1 2 3 Earthquake Prediction. Ruth Ludwin, U.S. Geological Survey.
  2. ↑ Михаил Родкин Прогноз землетрясений: крушение надежд? // Наука и жизнь. — 2017. — № 2. — С. 50-55. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30653/
  3. ↑ Катастрофы в природе: землетрясения — Батыр Каррыев — Ridero (неопр.). ridero.ru. Дата обращения 14 марта 2016.
  4. ↑ Sato, H. Precursory Land Tilt prior to the Tonankai Earthquake of 1944 // Some Precursors prior to Recent Great Earthquakes along the Nankai Trough (англ.). — 1977. — Vol. 25 (Suppl.). — P. 115—121.
  5. ↑ Mogi, K. Temporal variation of crustal deformation during the days preceding a thrust-type great earthquake—The 1944 Tonankai earthquake of magnitude 8.1 (англ.) // Pure and Applied Geophysics : journal. — 1984. — Vol. 122. — P. 765—780.
  6. ↑ Roeloffs, E. et al. Water level and strain changes preceding and following the August 4, 1985 Kettleman Hills, California, earthquake (англ.) // Pure and Applied Geophysics : journal. — 1997. — Vol. 149. — P. 21—60. — DOI:10.1007/BF00945160.
  7. ↑ Tsunogai, U. & Wakita, H. Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan (англ.) // Science : journal. — 1995. — Vol. 269, no. 5220. — P. 61—63. — DOI:10.1126/science.269.5220.61. — PMID 17787705.
  8. ↑ Wakita, H. Earthquake chemistry II, collected papers, edn (англ.). — Laboratory for Earthquake Chemistry, Faculty of Science, University of Tokyo, Tokyo, 1996. — Vol. II.
  9. ↑ Talwani et al. Prediction of an earthquake at Blue Mountain lake (needs completion) (англ.) : journal. — 1971.
  10. ↑ Fraser-Smith, A.C., Bernardi, A., McGill, P.R., Ladd, M.E., Helliwell, R.A. & Villard Jr., O.G. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake (англ.) // Geophysical Research Letters (англ.)русск. : journal. — 1990. — Vol. 17, no. 9. — P. 1465—1468. — DOI:10.1029/GL017i009p01465. — Bibcode: 1990GeoRL..17.1465F.
  11. ↑ 1 2 De Swaaf, Kirt. Da rumort es ständig im Untergrund», Interview with Pier Francesco Biagi (нем.) // Der Standard (англ.)русск. : magazin. — 2011. — 22 Märzes.
  12. ↑ Earthquake prediction: Gone and back again (неопр.). Earth magazine (confirmation of partial list) (7 апреля 2009). Дата обращения 8 августа 2011. Архивировано 30 апреля 2009 года.
  13. ↑ Alden, Andrew The Bogeyman of Earthquake Prediction (неопр.). Geology.about.com. Дата обращения 25 февраля 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
  14. ↑ Scholz, C., What Ever Happened to Earthquake Prediction? Geotimes, Vol 17, March 1997
  15. ↑ NEHRP website
  16. ↑ . Mervis, Jeffrey, Earthquake Scientists Hope That Recent Rumblings Will Lead To More Funding (недоступная ссылка), The Scientist, April 2, 1990
  17. ↑ Bakun, W.H. & Lindh, A.G.. The Parkfield, California, earthquake prediction experiment, Science 229, no., 619—624, 1985
  18. ↑ Roeloffs, E. & Langbein, J., The earthquake prediction experiment at Parkfield, California, Reviews of Geophysics 32, no., 315—335, 1994.
  19. ↑ Earthquake Prediction: The Scientific Challenge, Proceedings of The National Academy of Science, v. 93, no. 9, 1996.
  20. ↑ Bormann, P., 2011, «From Earthquake Prediction Research to Time-Variable Seismic Hazard Assessment Applications», Pure and Applied Geophysics 168 (2011), 329—366, DOI 10.1007/s00024-010-0114-0
  21. ↑ Rikitake, T. (1966) «A five year plan for earthquake prediction research in Japan», Tectonophysics, 3, 1-15.
  22. ↑ Japan Meteorological Survey (1991), «Earthquake and tsunami monitoring and counter measures», 27 pp.
  23. ↑ Ирина Семчишина. Муравьи открыли ученым новый метод прогноза землетрясений (неопр.) (12 апреля 2013). Дата обращения 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  24. ↑ Аркадий Симонов. Китай выделит 300 млн долларов на систему прогноза землетрясений (неопр.) (24 апреля 2013). Дата обращения 24 апреля 2013.
  25. ↑ Служба прогноза землетрясений вскоре может появиться в России (неопр.) (11 апреля 2013). Дата обращения 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  26. ↑ России нечем следить за землетрясениями (неопр.) (4 марта 2010). Дата обращения 22 апреля 2013.
  27. ↑ Эксперт: Предвестники землетрясений есть, но нет комплексных наблюдений (неопр.) (18 марта 2011). Дата обращения 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  28. ↑ Алексей Хадаев. Геофизики потрясли землю (неопр.) (13 сентября 2012). Дата обращения 22 апреля 2013.
  29. ↑ Glenn Richard. Earthquake Prediction: Haicheng, China — 1975 (неопр.) (недоступная ссылка). Earth Science Educational Resource Center (2001). Дата обращения 22 октября 2006. Архивировано 24 августа 2012 года.
  30. ↑ Expert: Earthquakes Hard To Predict. All Things Considered (неопр.) (6 апреля 2009). Дата обращения 11 августа 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
  31. ↑ Can Scientists Predict When Quakes Will Strike? (неопр.). Дата обращения 11 августа 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
  32. ↑ Эрик Ванс. Землетрясения в небесах // В мире науки. — 2018. — № 12. — С. 68—74.
  33. ↑ Wang K., Qi- , Chen Fu, Sun Shihong, Wang Andong. Predicting the 1975 Haicheng Earthquake (англ.) // Bulletin of the Seismological Society of America (англ.)русск. : journal. — 2006. — Vol. 96. — P. 757—795.
  34. ↑ R.J.Geller, Without progress no funding, Nature debates, 18 May 1999

Прогноз землетрясений — это… Что такое Прогноз землетрясений?

Прогноз землетрясений — предположение о том, что землетрясение определённой магнитуды произойдет в определённом месте в определённое время (или в определённом диапазоне времени). Несмотря на значительные усилия сейсмологов в исследованиях, пока не возможно дать такой прогноз с точностью до дня или месяца.[1]

Учёные до сих пор не знают всех деталей физических процессов, связанных с землетрясениями, и методы, какими их можно точно предсказывать. Ряд явлений рассматриваются сейчас как возможные предвестники землетрясений: изменения в ионосфере, различные типы электромагнитных индикаторов, включая инфракрасные и радиоволны, выбросы радона, странное поведение животных.

По мнению Сейсмологического сообщества Америки, заявляемый метод прогноза, который бы был подтверждён как верный, должен обеспечить ожидаемую магнитуду с определённым доспустимым отклонением, хорошо определённую зону эпицентра, диапазон времени, в которое произойдет это событие, и вероятность того, что оно действительно произойдет. Данные, на которых основан прогноз, должны поддаваться проверке и результат их обработки должен быть воспроизводим.

Достижение успеха в долгосрочных прогнозах (на годы или десятилетия) гораздо вероятнее достижения прогноза с точностью до месяца. Точные краткосрочные прогнозов (от часов до дня) на данный момент невозможны.

Проблема прогноза землетрясений

В рамках научных работ с целью предсказания землетрясений сейсмологисты исследовали свзяь предстоящего землетрясения с движением земной коры [2][3], изменением уровня грунтовых вод в скважинах [4], выпуском радона или водорода [5][6], изменением ускорения сейсмических волн[7]электромагнитными полями (сейсмоэлектромагнетизм),[8], масштабные изменения температуры почвы [9], изменения в концентрации ионов в ионосфере.[9]

Тайна процессов землетрясений часто сподвигает необученных специально для этого людей заявлять о том, что им удалось найти решение проблемы прогноза землетрясений. Их фантастические теории прогноза землетрясений включают погодные условия и необычные облака, фазы луны. [10] Но это всё — псевдонаучные теории.[11]

История исследовательских программ

В США

В Соединённых Штатах проблема прогноза землетрясений была поднята в середине 1960-х годов. Совместно с Японией было проведено множество конференций, но никаких серьёзных результатов не последовало вплоть до создания в 1977 Национальной программы снижения опасности землетрясений (англ. National Earthquake Hazards Reduction Program).[12]. Одной из его задач стала разработка техник прогноза землетрясений и систем раннего предупреждения.[13] Однако, акценты были смещены с прогноза на смягчение ущерба в 1990 году[14]

В 1984 стартовал Паркфильдский эксперимент[15], но ему не удалось правильно спрогнозировать землетрясение на разломе Сан-Андреас.[16] В 1995 Национальная академия наук провела коллоквиум «Прогноз землетрясений: вызов для науки», который не смог дать никакой новой информации для предсказаний.[17]

В Японии

В Японии программа по предсказанию землетрясений стартовала в 1964[18] с пятилетним планом.[19] В 1978 программа занялась прогнозом землетрясения магнитудой выше 8 в Токае, близ Токио, который мог бы стать крупнейшим бедствием в истории Японии и всей мировой экономики. Сейчас Япония обладает лучшей в мире системой записи сейсмических волн, обнаружения деформаций земной коры, изучения свойств грунтовых вод, электромагнитных изменений. [20] Всё это — часть огромных усилий в попытке понять процессы подготовки землетрясений.

Предвестники

Форшоки

Форшоки — умеренные землетрясения, которые предшествуют сильному. Высокая форшоковая активность в сочетании с другими явлениями может служить оперативным предвестником. Так, например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения[21] в 1975 году.[1]

Хотя половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа землетрясений форшоками являются только 5-10 %. Это часто порождает ложные предупреждения. [1][22][23]

Попытки прогнозов

Италия

20 сентября 2011 г. шесть итальянских геофизиков-вулканологов предстали перед судом по обвинению в неспособности предсказать катастрофические последствия землетрясения в Л’Акуиле (2009) [1].

Китай

Хайчэнская эвакуация

После серии форшоков (некоторые из которых смогли нанести некоторый ущерб зданиям) некоторые местные руководители эвакуировали население. Через некоторое время произошло крупное землетрясение с M7.3. И хотя разговоры о возможности такого землетрясения на северо-востоке Китая были ещё несколько лет назад, конкретного прогноза сформулировано не было.[24]

Тем не менее, Таншаньское землетрясение, по официальным данным унесшее жизни 242 тысяч человек, предсказать не удалось. На некоторое время это поставило под сомнение исследования по прогнозу землетрясений.

Япония

В 1892 году японское правительство основало Имперский комитет по исследованию землетрясений в ответ на разрушительное Землетрясение Ноби (1891) (Мино-Овари) с M8.0.[25]

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Earthquake Prediction. Ruth Ludwin, U.S. Geological Survey.
  2. ↑ Sato, H. Precursory Land Tilt prior to the Tonankai Earthquake of 1944 // Some Precursors prior to Recent Great Earthquakes along the Nankai Trough. — 1977. — Vol. 25 (Suppl.). — P. 115–121.
  3. ↑ Mogi, K. (1984). «Temporal variation of crustal deformation during the days preceding a thrust-type great earthquake—The 1944 Tonankai earthquake of magnitude 8.1». Pure and Applied Geophysics 122: 765–780.
  4. ↑ Roeloffs, E. et al. (1997). «Water level and strain changes preceding and following the August 4, 1985 Kettleman Hills, California, earthquake». Pure and Applied Geophysics 149: 21–60. DOI:10.1007/BF00945160.
  5. ↑ Tsunogai, U. & Wakita, H. (1995). «Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan». Science 269 (5220): 61–63. DOI:10.1126/science.269.5220.61. PMID 17787705.
  6. ↑ Wakita, H. Earthquake chemistry II, collected papers, edn. — Laboratory for Earthquake Chemistry, Faculty of Science, University of Tokyo, Tokyo, 1996. — Vol. II.
  7. ↑ Talwani et al. (1971). «Prediction of an earthquake at Blue Mountain lake (needs completion)».
  8. ↑ Fraser-Smith, A.C., Bernardi, A., McGill, P.R., Ladd, M.E., Helliwell, R.A. & Villard Jr., O.G. (1990). «Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake». Geophysical Research Letters 17 (9): 1465–1468. DOI:10.1029/GL017i009p01465. Bibcode: 1990GeoRL..17.1465F.
  9. ↑ 1 2 De Swaaf, Kirt (March 22, 2011). «Da rumort es ständig im Untergrund», Interview with Pier Francesco Biagi». Der Standard.
  10. ↑ Earthquake prediction: Gone and back again. Earth magazine (confirmation of partial list) (7 Apr 2009).(недоступная ссылка — история)
  11. ↑ Alden, Andrew The Bogeyman of Earthquake Prediction. Geology.about.com. Архивировано из первоисточника 24 августа 2012. Проверено 25 февраля 2011.
  12. ↑ Scholz, C., What Ever Happened to Earthquake Prediction? Geotimes, Vol 17, March 1997
  13. ↑ NEHRP website
  14. ↑ . Mervis, Jeffrey, Earthquake Scientists Hope That Recent Rumblings Will Lead To More Funding, The Scientist, April 2, 1990
  15. ↑ Bakun, W.H. & Lindh, A.G.. The Parkfield, California, earthquake prediction experiment, Science 229, no., 619—624, 1985
  16. ↑ Roeloffs, E. & Langbein, J., The earthquake prediction experiment at Parkfield, California, Reviews of Geophysics 32, no., 315—335, 1994.
  17. ↑ Earthquake Prediction: The Scientific Challenge, Proceedings of The National Academy of Science, v. 93, no. 9, 1996.
  18. ↑ Bormann, P., 2011, «From Earthquake Prediction Research to Time-Variable Seismic Hazard Assessment Applications», Pure and Applied Geophysics 168 (2011), 329—366, DOI 10.1007/s00024-010-0114-0
  19. ↑ Rikitake, T. (1966) «A five year plan for earthquake prediction research in Japan», Tectonophysics, 3, 1-15.
  20. ↑ Japan Meteorological Survey (1991), «Earthquake and tsunami monitoring and counter measures», 27 pp.
  21. ↑ Glenn Richard Earthquake Prediction: Haicheng, China — 1975. Earth Science Educational Resource Center (2001). Архивировано из первоисточника 24 августа 2012. Проверено 22 октября 2006.
  22. ↑ Expert: Earthquakes Hard To Predict. All Things Considered (6 Apr 2009). Архивировано из первоисточника 24 августа 2012.
  23. ↑ Can Scientists Predict When Quakes Will Strike?. Архивировано из первоисточника 24 августа 2012.
  24. ↑ Wang K., Qi- , Chen Fu, Sun Shihong, Wang Andong (2006). «Predicting the 1975 Haicheng Earthquake». Bulletin of the Seismological Society of America 96: 757–795.
  25. ↑ R.J.Geller, Without progress no funding, Nature debates, 18 May 1999

См. также

Прогноз землетрясений — Википедия

Прогноз землетрясений — предположение о том, что землетрясение определённой магнитуды произойдет в определённом месте в определённое время (или в определённом диапазоне времени). Несмотря на значительные усилия сейсмологов в исследованиях, пока невозможно дать такой прогноз с точностью до дня или месяца[1] и добиться того, чтобы предотвращённые потери устойчиво превосходили экономический ущерб от ложных тревог[2].

Свести ущерб от землетрясений к минимуму задача конкретная и требует больших средств. Чаще всего, возможность их получения определяются важностью объекта и уровнем риска, который может считаться приемлемым в случае его разрушения. Чем больше ученые знают о землетрясениях, тем больше возможностей для уменьшения ущерба от них. Они оформляются в виде специальных карт показывающих пространственно-временное распределение сейсмической опасности или наиболее вероятную  силу сотрясений. Эти карты строятся исходя из информации об уже происходивших землетрясениях. Соответственно, чем больше данных о них, тем выше точность прогноза. Однако не всегда есть сведения о землетрясениях и не потому, что они не возникали, а потому что инструментальные сейсмические наблюдения ведутся только последние сто лет, и нет точных данных о параметрах землетрясений (координаты эпицентра, глубина очага, мощность) за предшествовавший период[3].

Учёные до сих пор не знают всех деталей физических процессов, связанных с землетрясениями, и методы, какими их можно точно предсказывать. Ряд явлений рассматриваются сейчас как возможные предвестники землетрясений: изменения в ионосфере, различные типы электромагнитных индикаторов, включая инфракрасные и радиоволны, выбросы радона, странное поведение животных.

По мнению Сейсмологического сообщества Америки, заявляемый метод прогноза, который бы был подтверждён как верный, должен обеспечить ожидаемую магнитуду с определённым допустимым отклонением, хорошо определённую зону эпицентра, диапазон времени, в которое произойдет это событие, и вероятность того, что оно действительно произойдет. Данные, на которых основан прогноз, должны поддаваться проверке и результат их обработки должен быть воспроизводим.

Достижение успеха в долгосрочных прогнозах (на годы или десятилетия) гораздо вероятнее достижения прогноза с точностью до месяца. Точные краткосрочные прогнозы (от часов до дня) на данный момент невозможны.

Проблема прогноза землетрясений

В рамках научных работ с целью предсказания землетрясений сейсмологи исследовали связь предстоящего землетрясения с движением земной коры [4][5], изменением уровня грунтовых вод в скважинах [6], выпуском радона или водорода [7][8], изменением ускорения сейсмических волн[9]электромагнитными полями (сейсмоэлектромагнетизм),[10], масштабные изменения температуры почвы [11], изменения в концентрации ионов в ионосфере.[11]

Тайна процессов землетрясений часто сподвигает необученных специально для этого людей заявлять о том, что им удалось найти решение проблемы прогноза землетрясений. Их фантастические теории прогноза землетрясений включают погодные условия и необычные облака, фазы луны.[12] Но это всё — псевдонаучные теории.[13]

История исследовательских программ

В США

В Соединённых Штатах проблема прогноза землетрясений была поднята в середине 1960-х годов. Совместно с Японией было проведено множество конференций, но никаких серьёзных результатов не последовало вплоть до создания в 1977 Национальной программы снижения опасности землетрясений (англ. National Earthquake Hazards Reduction Program).[14]. Одной из его задач стала разработка техник прогноза землетрясений и систем раннего предупреждения.[15] Однако, акценты были смещены с прогноза на смягчение ущерба в 1990 году[16]

В 1984 стартовал Паркфильдский эксперимент[17], но ему не удалось правильно спрогнозировать землетрясение на разломе Сан-Андреас.[18] В 1995 Национальная академия наук провела коллоквиум «Прогноз землетрясений: вызов для науки», который не смог дать никакой новой информации для предсказаний.[19]

В Японии

В Японии программа по предсказанию землетрясений стартовала в 1964[20] с пятилетним планом.[21] В 1978 программа занялась прогнозом землетрясения магнитудой выше 8 в Токае, близ Токио, который мог бы стать крупнейшим бедствием в истории Японии и всей мировой экономики. Сейчас Япония обладает лучшей в мире системой записи сейсмических волн, обнаружения деформаций земной коры, изучения свойств грунтовых вод, электромагнитных изменений.[22] Всё это — часть огромных усилий в попытке понять процессы подготовки землетрясений.

В Германии

Немецкие ученые, долгое время изучавшие поведение муравьёв в разные периоды сейсмической активности, сделали вывод, что они кардинально изменяли график своей жизнедеятельности только накануне землетрясения, сила которого составляет как минимум 2 балла. По словам ученых из Университета Дуйсбурга, в поведении муравьёв обнаружилась устойчивая смена фаз активности и спокойствия: за несколько часов до землетрясения вместо фазы сна наступал всплеск активности, а следующая за ним фаза активности не наступала в течение суток. По мнению экспертов, это объясняется тем, что перед землетрясением может выделяться токсичный газ, незаметный для человека, однако отражающийся на поведении муравьёв.[23]

В Китае

В 2013 году после мощного землетрясения в китайской провинции Сычуань было решено вложить в прогноз сейсмических ударов более $300 млн: в наиболее опасных районах страны будет создана сеть из 5000 станций наблюдения, цель которых — раннее предупреждение о сильном землетрясении.[24]

В России

Российские ученые разработали комплексный метод анализа предвестников землетрясений, что позволит создать работающую систему краткосрочного прогноза сильных подземных толчков. По словам главного научного сотрудника Института космических исследований РАН Сергея Пулинца, используются спутниковые технологии для наблюдения за полным электронным содержанием ионосферы, а также температурой в нижних слоях атмосферы и ряда других параметров для выделения признаков приближения толчков. На данном этапе ученые могут предсказывать землетрясения магнитудой больше 5,5 с точностью до пяти суток, причем по статистике только 60% прогнозов заканчиваются успехом.[25]

В 2010 году заведующий отделением сейсмологии Института физики Земли РАН Геннадий Соболев на конференции «Прогноз землетрясений в России» заявил, что России не хватает станций наблюдения за движениями земной коры в наиболее сейсмоопасных регионах. По его словам, сейсмологам не хватает оборудования для наблюдения за подземной активностью.[26]

В 2011 году заместитель директора Института физики Земли Евгений Рогожин на конференции «Прогноз землетрясений: готова ли к ним Россия и мир?» заявил, что слабой стороной изучения предвестников является то, что нет никакой специальной службы в нашей стране, которая вела бы комплексное наблюдение за всеми предвестниками.[27]

Специалистами Сибирского отделения РАН и Сибирского НИИ геологии, геофизики и минерального сырья в 2012 был разработан метод активного мониторинга, при котором используются вибрационные источники мощностью до 100 тонн, позволяющие прогнозировать землетрясения. Вибрационные источники позволяют получать данные о строении земной коры. Однако работы по созданию самой системы прогнозирования землетрясений еще ведутся на полигоне в Быстровке.[28]

В 2016 году на SEISMO-2016 был представлен метод кратковременного прогноза землетрясений методом мониторинга волны Козырева-Ягодина, созданный в Хайфской лаборатории геофизиком А. Ягодиным и успешно прошедший испытания РЭС в 2012 году. Профессор Е.А. Рогожин в письме в МЧС написал:

«В ответ на Ваше письмо о создании Международной системы для решения задачи кратковременного и оперативного прогноза землетрясений Российский экспертный совет по прогнозу землетрясений и оценке сейсмической опасности и риска (РЭС) отвечает, что РЭС поддерживает Ваше предложение дополнить уже существующую Федеральную систему сейсмологических наблюдений и прогноза, сетью мониторинга KaY- волн после апробации этого метода на станциях России.»

https://sites.google.com/site/earthquakepredict/res

Предвестники

Многим землетрясениям, особенно крупным, предшествовали некоторые явления, не характерные для данной местности. В результате систематизации данных по крупным землетрясениям XVII — XXI веков, а также по летописей, в которых упоминаются события, связанные с землетрясениями был установлен ряд некоторых типичных явлений, которые могут служить оперативными предвестниками землетрясений. Так как землетрясения имеют различные механизмы возникновения, происходят в разных геологических условиях, в разное время суток и года сопутствующие явления, служащие предвестниками, тоже могут быть различными.

Практически все явления предвестники по состоянию на начало 2010-х годов имеют научное объяснение. Тем не менее, использовать их для оперативного оповещения удается крайне редко, поскольку явления-предвестники не являются специфичными именно для землетрясений. Например, атмосферные световые явления могут возникать в периоды геомагнитных бурь или иметь техногенную природу, а массовое беспокойство животных может быть вызвано надвигающимся циклоном.

В настоящее время выделяют следующие явления, которые могут служить предвестниками землетрясений: форшоки, аномальные атмосферные явления, изменения уровня грунтовых вод, беспокойное поведение животных.

Форшоки

Форшоки — умеренные землетрясения, которые предшествуют сильному. Высокая форшоковая активность в сочетании с другими явлениями может служить оперативным предвестником. Так, например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения[29] в 1975 году.[1]

Хотя половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа землетрясений форшоками являются только 5-10 %. Это часто порождает ложные предупреждения.[1][30][31]

Оптические явления в атмосфере

С давних времен замечено, что многим крупным землетрясениям предшествуют необычные для данной местности оптические явления в атмосфере: сполохи, похожие на полярные сияния, световые столбы, облака странной формы. Появляются они как непосредственно перед толчками, но иногда могут происходить и за несколько суток. Так как эти явления обычно замечаются случайно людьми, не имеющими специальной подготовки, которые не могут дать объективного описания до массового появления мобильных фото- и видеоустройств анализ такой информации весьма сложен. Лишь в последнее десятилетие, с развитием спутникового мониторинга атмосферы, мобильной фотографии и автомобильных видеорегистраторов необычные оптические явления перед землетрясением были надежно зафиксированы, в частности перед Сычуаньским землетрясением.

По современным представлениям необычные оптические явления в атмосфере связаны с такими процессами в зоне будущего землетрясения как:

  1. Выход в атмосферу газов из паров из напряженных горных пород. Вид и характер явлений зависят от исходящих газов: горючие метан и сероводород могут давать факела пламени, что наблюдалось, например, перед Крымскими землетрясениями, радон под действием собственной радиоактивности флюоресцирует голубым светом и вызывает флюоресценцию других атмосферных газов, сернистые соединения могут вызывать хемилюминисценцию.
  2. Электризация напряженных горных пород, что вызывает электрические разряды на поверхности земли и в атмосфере в районе будущего очага.

Изменение уровня грунтовых вод

Постфактум установлено, что многим крупным землетрясениям предшествовало аномальное изменение уровня грунтовых вод, как в колодцах и скважинах, так в ключах и родниках. В частности перед Чуйским землетрясением местами на поверхности почвы внезапно появились ключи из которых стала достаточно быстро поступать вода. Тем не менее, значительная часть землетрясений не вызывала предшествующих изменений в водоносных горизонтах.

Беспокойное поведение животных

Достоверно засвидетельствовано, что основным толчкам многим сильным землетрясениям предшествует необъяснимое беспокойство животных на значительной территории. Наиболее вероятно, что животные ощущают при этом непривычные вибрации или реагируют на инфразвуковые колебания. Такое наблюдалось, например, при Крымских землетрясениях 1927 года, перед Ашхабадским землетрясением и перед Чуйским землетрясением. Но перед Спитакским землетрясением и землетрясением в Нефтегорске массового аномального поведения животных замечено не было.

Попытки прогнозов

Италия

20 сентября 2011 г. шесть итальянских геофизиков-вулканологов предстали перед судом по обвинению в неспособности предсказать катастрофические последствия землетрясения в Л’Акуиле (2009) [1].

Китай

Хайчэнская эвакуация

После серии форшоков (некоторые из которых смогли нанести некоторый ущерб зданиям) некоторые местные руководители эвакуировали население. Через некоторое время произошло крупное землетрясение с M7.3. И хотя разговоры о возможности такого землетрясения на северо-востоке Китая были ещё несколько лет назад, конкретного прогноза сформулировано не было.[32]

Тем не менее, Таншаньское землетрясение, по официальным данным унесшее жизни 242 тысяч человек, предсказать не удалось. На некоторое время это поставило под сомнение исследования по прогнозу землетрясений.

Япония

В 1892 году японское правительство основало Имперский комитет по исследованию землетрясений в ответ на разрушительное Землетрясение Ноби (1891) (Мино-Овари) с M8.0.[33]

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Earthquake Prediction. Ruth Ludwin, U.S. Geological Survey.
  2. ↑ Михаил Родкин Прогноз землетрясений: крушение надежд? // Наука и жизнь. — 2017. — № 2. — С. 50-55. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30653/
  3. ↑ Катастрофы в природе: землетрясения — Батыр Каррыев — Ridero. ridero.ru. Проверено 14 марта 2016.
  4. ↑ Sato, H. Precursory Land Tilt prior to the Tonankai Earthquake of 1944 // Some Precursors prior to Recent Great Earthquakes along the Nankai Trough. — 1977. — Vol. 25 (Suppl.). — P. 115–121.
  5. ↑ Mogi, K. (1984). «Temporal variation of crustal deformation during the days preceding a thrust-type great earthquake—The 1944 Tonankai earthquake of magnitude 8.1». Pure and Applied Geophysics 122: 765–780.
  6. ↑ Roeloffs, E. et al. (1997). «Water level and strain changes preceding and following the August 4, 1985 Kettleman Hills, California, earthquake». Pure and Applied Geophysics 149: 21–60. DOI:10.1007/BF00945160.
  7. ↑ Tsunogai, U. & Wakita, H. (1995). «Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan». Science 269 (5220): 61–63. DOI:10.1126/science.269.5220.61. PMID 17787705.
  8. ↑ Wakita, H. Earthquake chemistry II, collected papers, edn. — Laboratory for Earthquake Chemistry, Faculty of Science, University of Tokyo, Tokyo, 1996. — Vol. II.
  9. ↑ Talwani et al. (1971). «Prediction of an earthquake at Blue Mountain lake (needs completion)».
  10. ↑ Fraser-Smith, A.C., Bernardi, A., McGill, P.R., Ladd, M.E., Helliwell, R.A. & Villard Jr., O.G. (1990). «Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake». Geophysical Research Letters 17 (9): 1465–1468. DOI:10.1029/GL017i009p01465. Bibcode: 1990GeoRL..17.1465F.
  11. ↑ 1 2 De Swaaf, Kirt (March 22, 2011). «Da rumort es ständig im Untergrund», Interview with Pier Francesco Biagi». Der Standard.
  12. ↑ Earthquake prediction: Gone and back again (недоступная ссылка — история). Earth magazine (confirmation of partial list) (7 Apr 2009). Архивировано 30 апреля 2009 года.
  13. ↑ Alden, Andrew The Bogeyman of Earthquake Prediction. Geology.about.com. Проверено 25 февраля 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
  14. ↑ Scholz, C., What Ever Happened to Earthquake Prediction? Geotimes, Vol 17, March 1997
  15. ↑ NEHRP website
  16. ↑ . Mervis, Jeffrey, Earthquake Scientists Hope That Recent Rumblings Will Lead To More Funding, The Scientist, April 2, 1990
  17. ↑ Bakun, W.H. & Lindh, A.G.. The Parkfield, California, earthquake prediction experiment, Science 229, no., 619—624, 1985
  18. ↑ Roeloffs, E. & Langbein, J., The earthquake prediction experiment at Parkfield, California, Reviews of Geophysics 32, no., 315—335, 1994.
  19. ↑ Earthquake Prediction: The Scientific Challenge, Proceedings of The National Academy of Science, v. 93, no. 9, 1996.
  20. ↑ Bormann, P., 2011, «From Earthquake Prediction Research to Time-Variable Seismic Hazard Assessment Applications», Pure and Applied Geophysics 168 (2011), 329—366, DOI 10.1007/s00024-010-0114-0
  21. ↑ Rikitake, T. (1966) «A five year plan for earthquake prediction research in Japan», Tectonophysics, 3, 1-15.
  22. ↑ Japan Meteorological Survey (1991), «Earthquake and tsunami monitoring and counter measures», 27 pp.
  23. ↑ Ирина Семчишина. Муравьи открыли ученым новый метод прогноза землетрясений (12.04.2013). Проверено 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  24. ↑ Аркадий Симонов. Китай выделит 300 млн долларов на систему прогноза землетрясений (24.04.2013). Проверено 24 апреля 2013.
  25. ↑ Служба прогноза землетрясений вскоре может появиться в России (11.04.2013). Проверено 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  26. ↑ России нечем следить за землетрясениями (04.03.2010). Проверено 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  27. ↑ Эксперт: Предвестники землетрясений есть, но нет комплексных наблюдений (18.03.2011). Проверено 22 апреля 2013. Архивировано 29 апреля 2013 года.
  28. ↑ Алексей Хадаев. Геофизики потрясли землю (13.09.2012). Проверено 22 апреля 2013.
  29. ↑ Glenn Richard. Earthquake Prediction: Haicheng, China — 1975. Earth Science Educational Resource Center (2001). Проверено 22 октября 2006. Архивировано 24 августа 2012 года.
  30. ↑ Expert: Earthquakes Hard To Predict. All Things Considered (6 Apr 2009). Архивировано 24 августа 2012 года.
  31. ↑ Can Scientists Predict When Quakes Will Strike?. Архивировано 24 августа 2012 года.
  32. ↑ Wang K., Qi- , Chen Fu, Sun Shihong, Wang Andong (2006). «Predicting the 1975 Haicheng Earthquake». Bulletin of the Seismological Society of America 96: 757–795.
  33. ↑ R.J.Geller, Without progress no funding, Nature debates, 18 May 1999

См. также

Прогноз землетрясений — пожалуй, самая трудная и ответственная задача в современной сейсмологии, от решения которой зависят, прежде всего, жизнь и благополучие тысяч людей. Прогноз включает в себя три основные задачи: предсказание силы толчка, установление времени и места возможного землетрясения.

Выделяют три категории сейсмического прогноза: долгосрочный, среднесрочный, краткосрочный [5].

Долгосрочный прогноз осуществляется на ближайшие 10-15 лет. Он базируется на многолетней цикличности хода сейсмотектонического процесса, выявление периодов активизации, а также на анализ сейсмических затиший, миграционных процессов и т. д.

Сегодня на карте земного шара очерчены все области и зоны, где в принципе могут случиться землетрясения, а значит, известно, где нельзя строить (например, атомные электростанции) или где существует необходимость в строительстве сейсмостойких сооружений [3].

На территории Российской Федерации прогноз места и силы землетрясения осуществляется с помощью карт сейсмического районирования ОСР-97 под редакцией В.И.Уломова (Рис. 1). Каждая из карт показывает интенсивность предполагаемого сейсмического события с определённой степенью вероятности: карта А — вероятность 10% (раз в 500 лет), карта В — вероятность 5% (раз в 1000 лет), карта С — вероятность 1% (раз в 5000 лет).

$nz_1=»карта А — вероятность 10% (раз в 500 лет)»; $nz_2=»карта B — вероятность 5% (раз в 1000 лет)»; $nz_3=»карта C — вероятность 1% (раз в 5000 лет)»; $nz=»Комплект вероятностных нормативных карт ОСР-97″; ?>

Среднесрочный прогноз осуществляется на ближайшие 1-5 лет. Он базируется на выявлении следующих предвестников землетрясений:

  • исчезновение постоянных слабых землетрясений,
  • изменение деформаций земной коры,
  • изменение электрических и магнитных свойств пород,
  • снижение уровня подземных вод, уменьшение их температуры, меняется химический, газовый состав и т.д.
Сложность среднесрочного прогнозирования состоит в том, что эти аномалии могут проявляться не только в зоне очага, и поэтому ни один из известных среднесрочных предвестников нельзя отнести к универсальным [3].

Краткосрочный прогноз осуществляется на ближайшие дни. Он опирается на:

  • исчезновение или уменьшение среднесрочных предвестников (изменения, происходящие вследствие уже начавшегося, но пока ещё скрытого развития крупной трещины),
  • анализе спектрального состава колебаний,
  • анализе типичность или аномальность первых вступлений поперечных и продольных волн,
  • выявление тенденции к группированию (это называют роем землетрясений),
  • оценке вероятности активизации тех или иных тектонически активных структур и др.
  • иногда в качестве природных индикаторов землетрясения выступают предварительные толчки — форшоки.
  • аномальном поведение животных и некоторых категорий людей [3].
Тем не менее, следует отметить, что краткосрочные предвестники отличаются более низкой вероятностью по сравнению со среднесрочными (Таблица 1) [1]. $nz=»Зависимость времени возникновения предвестников от магнитуды»;?>

Таблица 1.  , [1].

В последние годы для предсказания сейсмических событий активно используется явление изменения некоторых параметров физических полей незадолго перед землетрясением, которые нередко фиксируются, например, искусственными спутниками Земли (Рис. 2).

$nz=»Механизм регистрации изменений параметров некоторых физических полей перед сейсмическим событием «;?>

Рис. 2.  , [4].

Тем не менее, прогноз землетрясений, основанный на изменении поведения некоторых животных, не теряет своей актуальности.

Наиболее чувствительны к землетрясениям мелкие зверьки и водные животные (Рис. 3). Причина аномального поведения животных — скопившееся в атмосфере электричество:

  • при вдыхании положительно заряженных аэрозолей в организме животных начинает выделяться гормон серотонин, вызывающий резкие перепады настроения, а также тошноту.
  • шерсть зверей заряжается электростатическим электричеством. На это особенно остро реагируют мелкие зверьки, у которых отношение площади поверхности тела к его объёму очень велико.
  • водные животные чувствительны к заряженным частицам, поскольку вода — хороший проводник электричества.
  • в закрытых помещениях содержание заряженных частиц выше, чем на воздухе, поэтому животные пытаются вырваться из клеток, выбегают из дома, выбираются из пещер [4].
$nz=»Распределение случаев необычного поведения животных перед 26 сильными землетрясениями мира по расстоянию от эпицентра и времени упреждения»;?>

Рис. 3.  , [2].

Несмотря на столь развитую систему прогноза, крупное землетрясение удалось предсказать лишь однажды. Вот как описывает это событие А. Волков в журнале «Знание — сила»: «Случилось это в Китае. В 1974 году «председатель Мао» объявил в стране очередную кампанию — «народную войну» землетрясениям. Поводом послужило заявление учёных о том, что в ближайшую пару лет в провинции Ляонин произойдёт крупное землетрясение. По радио и в газетах, на производственных собраниях и школьных занятиях повторялось, что «надо присматриваться к поведению домашних животных».

За неимением подлинно научного метода присматривались. За несколько недель на эту «народную войну» были призваны свыше 100 тысяч добровольцев. Они доносили обо всех подозрительных фактах.

В первые дни февраля 1975 года в районе городка Хайчэн и впрямь стало твориться что-то необычное. Всюду видели змей, выползавших из пещер, где они зимовали, и замерзавших прямо на дороге. Уровень грунтовых вод стал меняться. Не к добру это, говорили старики! Наконец, 4 февраля местные власти, «следуя указаниям товарища Мао», решились объявить настоящую «войну». Было введено чрезвычайное положение. Весь день эвакуировали людей и домашних животных, вывозили все ценности. Когда беспокойный день подходил к концу и власти могли задуматься, а не поддались ли они панике, вот тогда и подоспела стихия. В 19.36 разразилось землетрясение силой 7,3 баллов. Город был полностью разрушен, но погибли лишь несколько сотен человек» [4].

Прогнозы землетрясений с помощью космических спутников

Первое место в этом мрачном списке занимает Великое китайское землетрясение, случившееся в январе 1556 г. в провинции Шэньси, где жители имели обыкновение селиться в лессовых пещерах. Тогда погибло 830 тыс. человек.

Землетрясение в Лиссабоне

7 июня 1692 г. таким же образом была стерта с лица земли столица британской колонии Ямайка — Порт-Ройал. Разрушительную работу подземных толчков довершили цунами.

«Все причалы утонули сразу и в течение двух минут 9/10 города было покрыто водой, которая поднялась до такой высоты, что вливалась  в верхние комнаты домов, которые все еще продолжали стоять. Верхушки самых высоких домов виднелись над водой, окруженные мачтами судов, которые тонули вместе со строениями», — сообщает историк.

Слабым утешением служит то, что Порт-Ройал не был столь уж крупным городом, его население составляло 6,5 тыс. человек. Некоторым даже удалось спастись.

 

В 1693 г. около 100 тыс. человек погибло во время землетрясения на Сицилии, в 1737 г. — 300 тыс. человек в Калькутте. Первого ноября 1755 г. был превращен в руины Лиссабон, число жертв оценивали от 60 тыс.  до 100 тыс. человек. Именно после Лиссабонской катастрофы было найдено, наконец, научное объяснение для этих страшных разрушительных явлений. Его нашел йоркширский священник Джон Митчелл.

 

В круг интересов скромного слуги Божьего входили геология, астрономия и различные области физики.  В частности, в 1783 г. он впервые теоретически предсказал существование черных дыр, а незадолго до своей смерти в 1793 г. построил прототип прибора для измерения массы Земли, но сейчас нас интересует другая его работа. После Лиссабонского землетрясения Митчелл сопоставил показания очевидцев, собранные по приказу премьер-министра Португалии маркиза Помбала, и попробовал объяснить землетрясения с точки зрения ньютоновской механики.

«Землетрясения — это волны, вызванные движением пород», — заключил исследователь.

Он также предположил, что местоположение центра землетрясения можно вычислить путем сопоставления данных о времени прибытия волн. Выведенный им закон стал основой современного метода определения эпицентра. Так процесс изучения землетрясений встал на научные рельсы.

 

В XX в. сейсмологи научились отслеживать и записывать землетрясения по всей планете из одной точки и добились значительных успехов в описании их природы. Тем не менее с 1980 г. по 2012 г. включительно от последствий землетрясений погибло около миллиона человек. Многие из них могли выжить, если бы о предстоящем катаклизме стало известно заранее. Так что успешное предсказание подобных бедствий — весьма животрепещущая задача для человечества.

Карта крупнейших землетрясений

Одним из первых методов прогноза стал мониторинг поведения слабых землетрясений сейсмическими станциями. Он начал использоваться еще в 30-х гг. XX в., но, увы, до сих пор не отличается большой точностью. Земная кора — чрезвычайно сложное образование, и никогда нельзя быть уверенным, как именно выплеснется накопившееся в ней напряжение. Грубо говоря, таким образом можно предсказать, что примерно через пять лет в таком-то районе землетрясение может произойти с вероятностью в 50 %. То есть, как в том анекдоте, или произойдет, или нет. Ну не совсем так, конечно, но риски неправильного предсказания велики, а последствия ошибки в любую сторону весьма неприятны. Причем именно в густонаселенных промышленно  развитых районах, где землетрясения наиболее опасны, убытки от ложного сигнала тревоги будут наибольшими. Эвакуация крупного промышленного центра влетит в копеечку и может повлечь за собой значительный спад экономики в регионе. Не каждый рискнет взять на себя ответственность за подобный прогноз.

 

Несколько лет назад шестеро итальянских сейсмологов и один чиновник предстали перед судом, потому что не решились выдать прогноз о возможном землетрясении в городе Аквиле в 2009 г. Они посчитали, что информация недостаточно надежна, вероятность стихийного бедствия низкая, а эвакуация повлечет за собой негативные экономические последствия наверняка, и не рискнули. Сейсмологи получили по шесть лет лишения свободы. Дебаты о справедливости этого приговора до сих пор ведутся. Тысячи ученых со всего мира вступились за коллег, заявляя, что те действительно не имели возможности дать достоверный прогноз.

 

Таким образом, вопрос поиска дополнительных признаков, указывающих на приближение землетрясения, приобрел дополнительную актуальность. Большим подспорьем стали космические аппараты, регистрирующие изменения температуры земной поверхности и приповерхностного слоя воздуха, вариации силы тяжести и магнитного поля. Кроме того, землетрясения научились предсказывать, наблюдая не только за Землей, но и за небом, а точнее, за ионосферой Земли. Этим занимались на основе данных, полученных с навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС.

 

Как известно, ионосфера — это верхний слой атмосферы, ионизированный воздействием солнечных лучей. Она начинается на высоте около 60 км от поверхности Земли и состоит из смеси нейтральных атомов, положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных свободных электронов. Число ионов приблизительно равно числу свободных электронов, смесь тех и других называется квазинейтральной плазмой. По степени концентрации заряженных частиц в ионосфере выделяют несколько слоев. Слой D расположен на высоте 60–90 км, слой E — на высоте 90–120 км. То, что расположено выше, называют областью F, и там, в свою очередь, выделяют несколько слоев. Максимум ионообразования достигается на высотах 150–200 км. Но ионы живут довольно долго, плазма имеет свойство расползаться вверх и вниз от области максимума. Из-за этого максимальная концентрация электронов и ионов в области F находится на высотах 250–400 км. В дневное время также наблюдается образование «ступеньки» в распределении электронной концентрации, вызванной мощным солнечным ультрафиолетовым излучением. Область этой ступеньки называют слоем F1 (150–200 км). Она заметно влияет на распространение коротких радиоволн. Выше лежащую часть области F называют слоем F2. Здесь плотность заряженных частиц достигает своего максимума. Именно наблюдения за слоем F2 дают ученым возможность предсказывать поведение тектонических сил при помощи спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС.

Строение атмосферы

Концентрация свободных электронов — величина непостоянная. В определенных пределах она колеблется под воздействием самых разнообразных факторов. Однако в ходе изучения ионосферы было замечено, что крупным землетрясениям предшествовали довольно специфические изменения этой величины. Причем происходили они не где-нибудь, а в слое F2 вблизи от эпицентра землетрясений.

 

В принципе изменения ионосферных параметров фиксируются и наземными методами, но последние не дают необходимой точности прогноза. Множество сложностей связано с тем, что изменения электронной плотности ионосферы, предвещающие сильные землетрясения, имеют тот же порядок величины, а иногда даже меньше по амплитуде, чем те, что связаны с обычной изменчивостью ионосферы. Но отличить их можно, причем лучше всего это делать космическими радиофизическими методами.

 

В ходе исследований было установлено примерно следующее:

  • ионосферные предвестники представляют собой вариации плотности ионосферной плазмы (отклонения от невозмущенного значения), наблюдаемые за 1–5 суток;
  • длительность вариации одного знака невелика и составляет 4–6 часов. Только в случае очень сильных землетрясений она может быть значительной ~ 12 часов;
  • в среднем сейсмоионосферные вариации имеют ту же амплитуду, что и ежедневная изменчивость ионосферы (15–25 %), но в определенные моменты местного времени они могут превышать 100 %;
  • знак и форма сейсмоионосферных вариаций зависят от местного времени. По всей видимости, эти зависимости различны для разных регионов планеты и требуют дополнительного исследования в каждом конкретном случае;
  • размер модифицированной области ионосферы на высоте максимума слоя F2 зависит от магнитуды землетрясения;  
  • положение максимума модифицированной области в ионосфере не совпадает с вертикальной проекцией эпицентра будущего землетрясения.

 

В эпицентральной области за 3–5 суток наблюдается рост электронной концентрации в максимуме слоя F2 с дальнейшим ее уменьшением за 1–3 суток.

 

Скажем, за несколько дней до 21 сентября 2004 г., когда произошло землетрясение в Калининграде, спутники системы GPS показали, что с 16 по 18 сентября 2004 г. (за 3–5 дней до землетрясения) начинается общий рост максимальной электронной концентрации слоя F2 ионосферы. Начиная с утренних часов 19 сентября 2004 г., за два дня до землетрясения, выявлен резкий спад (~ в 1,7 раза) электронной концентрации по сравнению с аналогичным временем 18 сентября 2004 г. Этот спад сменяется резким подъемом максимума 20 сентября 2004 г. (за день до землетрясения). При этом сейсмическая и геомагнитная обстановка в этом районе накануне события выглядела спокойной, заметных подземных толчков не наблюдалось.

Мехико, Мексика

Спитак, Армения

Можно привести и другие примеры высокой ценности наблюдения за ионосферой для прогнозов землетрясений, так что это направление определенно стоит развивать.

 

В настоящее время готовится совместный Российско-Мексиканский проект прогнозирования землетрясений путем космических наблюдений CONDOR-UNAM-MAI. Как следует из названия, проект разработан главным образом силами Московского авиационного института (МАИ) и аэрокосмического факультета Национального автономного университета Мексики (UNAM). Он включает в себя как наблюдение за земной поверхностью, так и изучение изменчивости ионосферы.

Схема мультиспектральной камеры для спутника CONDOR-UNAM-MAI

Изготовление микроспутника взяло на себя НПО «Машиностроение», радиоаппаратуры — концерн «Вега». Мексиканцы разработали прототип камеры видимого спектра, предназначенной для дистанционного зондирования. Это первая камера, спроектированная и построенная в Мексике, которая будет установлена на спутнике, выведенном на орбиту высотой 500 км, способная различать предметы, находящиеся на расстоянии не менее 20 метров друг от друга на поверхности Земли, и делать фотографии площадью обхвата 18,33 км × 13,75 км. За дизайн и конструкцию камеры ответственны Альберто Кордеро Давила, Эдгар Мартинес Паскуаль и Мануэль А. Мартинес Руис. УНАМ подготовил также особую группу специалистов, задействованных в этом проекте. Ее возглавили Сауль де ла Роса Ниевес и Рикардо Артуро Баскес Робледо.

Построенный прототип мультиспектральной камеры
для спутника CONDOR-UNAM-MAI

Для камеры требуются специальные материалы, которые выдерживают перепад температуры (в нашем случае вариации составляют около 100° С). При этом она не должна превышать объем 83,3 мм × 150 мм × 320 мм. Конструкция должна учитывать отсутствие давления воздуха и воздействие излучения. Компьютер, находящийся на борту спутника, должен быть устойчивым к неполадкам и иметь возможность восстанавливаться с Земли. Да и общая конструкция спутника должна обладать характеристиками высокой надежности, во всех своих системах и быть устойчивой к сложным внешним условиям космического пространства.

Спутник CONDOR-UNAM-MAI

Для Мексики, которая расположена в сейсмически опасной зоне, задача достоверного прогнозирования землетрясений чрезвычайно актуальна. Землетрясение 1985 г. в Мехико стало одним из самых разрушительных в истории Нового Света. Несмотря на то, что строительный кодекс учитывал возможность подземных толчков, тогда погибло около 10 тыс. человек, ранено 30 тыс. и 100 тыс. остались без крова, 412 зданий были разрушены, а более 3 тыс. — серьезно повреждены. Национальная программа по прогнозированию готовилась еще в середине 90-х гг.  XX в. и содержала немало полезных наработок, однако она не может быть осуществлена исключительно своими силами. По словам профессора инженерного факультета УНАМ доктора Сауля де ла Роса Ниевеса, трудности связаны с тем, что Мексика довольно поздно начала развивать свою аэрокосмическую отрасль. Попытки на этом направлении были плохо скоординированы. Отвечающее требованиям времени космическое агентство было создано лишь в 2010 г.  В настоящее время Мексика пока не может получать спутниковые фотографии исключительно своими силами. Поэтому сотрудничество с Россией, старейшей в мире космической державой, имеет большое значение для мексиканских ученых.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Прогноз землетрясений

Прогнозирование землетрясений

Прогнозировать землетрясение достаточно сложно, но, тем не менее, ученые эти прогнозы делают. Для повышения их точности важно представлять механизмы накопления в земной коре напряжений, крипа, деформаций в районах разломов.

Важно знать, в какой зависимости находятся между собой тепловые потоки, идущие из земных недр и географией землетрясений, закономерности их повторяемости в зависимости от магнитуды.

В тех районах планеты, где вероятность сильных землетрясений большая, проводятся геодинамические наблюдения. Их цель заключается в том, чтобы обнаружить предвестников надвигающейся катастрофы.

Особое внимание уделяется изменению сейсмической активности, деформации земной коры, изменению свойств горных пород, геохимическим аномалиям, атмосферным явлениям, биологическим предвестникам.

Для исследований подобного рода используются специальные геодинамические полигоны, например:

Паркфилдский полигон в Канаде, Гармский полигон в Таджикистане и др.

Сейсмические станции, работающие с 1960 г, имеют самое современное и высокочувствительное оборудование, мощные компьютеры, позволяющие быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясения.

К сожалению, ни один предвестник не может быть надежным, поэтому задача прогноза землетрясений далека от решения.

Специалисты выделяют долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный прогнозы:

По поводу долгосрочного прогноза споров меньше всего, их составляют сроком от нескольких месяцев до нескольких лет и за это время изучаются изменения напряжения в литосфере, её сейсмическая прозрачность. В основе среднесрочного прогноза лежат наблюдения за геофизическими полями, и землетрясение предсказывается за несколько месяцев до его начала. Правда, они не совсем успешны, но достаточно ценны. Что касается краткосрочных прогнозов, то к ним предъявляют большие требования, потому что от их точности зависит жизнь тысяч людей.

В 50-е годы советские ученые начали программу по прогнозу землетрясений, и в ходе исследований было получено много новой и интересной информации.

Предсказать реальную угрозу не удалось, и первая попытка ученых оказалась неудачной. Вторую попытку предпринял Китай и достиг определенных результатов.

Например, землетрясение в 1975 г было очень точно предсказано, и за два часа до его начала прошла эвакуация людей в безопасное место.

Второе землетрясение тоже в Китае в следующем году – ученые побоялись ложной тревоги и в результате погибли сотни тысяч человек.

Методы прогнозирования не исключают ошибок, но зато дают ученым возможность понять природу и характер землетрясений, а также изучить возможности сокращения масштабов разрушений.

Ряд специалистов считают, что разрушительных последствий можно избежать, если создавать небольшие искусственные толчки взрывчатыми материалами.

Небольшие землетрясения в некоторых районах удалось предотвратить затоплением разломов.

Замечание 1

Над решением проблем, связанных с землетрясениями работают сейсмологи всего мира и удачные попытки предсказания нескольких землетрясений были, но, основное количество не поддавалось их прогнозу.

Предвестники землетрясений

Наблюдения за состоянием подземных пород, в общем, дает возможность предсказать землетрясение.

Механические напряжения, появляющиеся в недрах планеты, приводят к изменению свойств пород, которые становятся аномальными. Аномалии могут быть упругие, электрические, магнитные и др.

При сильных механических нагрузках, например, в веществе может возникнуть электрическое поле. Значит, электризацию пород можно рассматривать как один из предвестников землетрясения.

Распространение волн в упругих напряженных породах идет иначе, влияет напряжение и на циркуляцию подземных вод, на заполнение водами трещин и скважин.

С нарастанием механических напряжений при формировании очага землетрясения в подземных водах увеличивается концентрация гелия, неона, аргона, криптона, увеличивается их концентрация и в газовых потоках, что определяется с помощью химического метода прогнозирования, а это значит, что химический анализ газа или воды в специальных скважинах, может выявить его назревание.

Одним из предвестников землетрясения является необычное поведение птиц и животных. Китайское землетрясение 1975 г в значительной степени основывалось на народных приметах и необычном поведении домашних животных.

Прогнозировать землетрясение интенсивностью от 4 и выше баллов могут 70 видов животных, но, ученые не нашли научного обоснования их чувствительности. Возможно, что животные перед землетрясением реагируют на возникающие звуки, включая инфразвуки и ультразвуки, реагируют на изменение магнитного и электрического полей, на выделяющиеся из почвы газы и др. Вопросы, связанные с аномальным поведением животных перед землетрясением, находятся в поле зрения сейсмологов мира.

Рисунок 1. Предвестники землетрясений. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Кроме этого, сейсмологи пользуются ещё одним методом предсказания землетрясений – изучение небесных изменений. В научных кругах эта теория носит название «литосферно-атмосферно-ионосферный соединительный механизм» и говорит о том, что перед землетрясением из разлома выделяется много радона, который попав в верхние слои атмосферы, забирает у молекул воздуха электроны и разделяет их на положительно и отрицательно заряженные частицы. Эти частицы вступают в реакцию с конденсированной водой, вследствие чего происходит выделение тепла. С помощью инфракрасного излучения это тепло и фиксируется учеными.

Используются для прогнозирования землетрясения и спутниковые данные. При изучении атмосферных процессов было обнаружено, что в ионосфере перед землетрясением увеличивается концентрация электронов, что было выявлено за несколько дней до землетрясения в Японии.

Замечание 2

Все примеры прогнозирования землетрясений не гарантируют его начало, но, тем не менее, ученые работают над всеми вопросами и делают попытку найти истину.

Прогноз возможен, но…

Все последние катастрофы вулканического и сейсмического характера говорят о том, что человечество сегодня ещё не «доросло» до понимания важности их предотвращения.

Примером этого является катастрофа 2004 г, произошедшая в Юго-Восточной Азии, когда от огромной волны цунами погибли 300 тыс. человек. В режиме реального времени весь мир наблюдал распространение цунами в Индийском океане на экранах своих компьютеров. Но, предупредить эту катастрофу и предпринять какие-либо конкретные действия хотя бы по уменьшению её последствий, ни одно пострадавшее государство так и не смогло.

Вторым примером катастрофы, меньшей по масштабу, но, большей по числу жертв, является Китай. Во время землетрясения 1560 г в Шенси погибло 830 тыс. человек, можно попытаться понять причины этого – люди жили в пещерах, которые обвалились во время землетрясения, похоронив большую их часть. При Тянь-шаньском землетрясении 1976 г, почти таком же по масштабу, погибли сотни тысяч человек, только произошло оно на 400 лет позже.

Население Китая всегда было многочисленным, может быть, поэтому жизнь человека ничего не стоила. С другой стороны, Китай всегда был впереди по уровню научно-технической мысли – изобретение бумаги, пороха, компаса, шелка, фарфора, механических часов, технологии горячей обработки металлов, добыча нефти и газа – всё это впервые появилось именно в этой стране.

Сегодня очевидность достижений в области ядерной энергетики, освоении космоса, договоре о запрещении ядерных испытаний и контролю над его выполнением, говорит о том, что в научно-техническом плане человечество «созрело» для решения проблемы прогноза землетрясений. Однако политические и другие мотивы не дают передовым странам мира объединиться для решения этой глобальной проблемы.

Землетрясение: возможен ли прогноз? | Наука и жизнь

Землетрясение 12 января 2010 года, Порт-о-Пренс, столица Республики Гаити. Разрушенные президентский дворец и городские кварталы. Общее число погибших — 220 тысяч.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Сейсмическая опасность и прогноз землетрясений в сопоставлении с прогнозами климата и погоды (по В. И. Уломову, http://seismos-u.ifz.ru).

Землетрясение в г. Ван (Турция), 2011 год.

Рис. 1. Предвестниковые и постсейсмические аномалии на графиках агрегированных сигналов, Китай (по А. Любушину, 2007 год).

Рис. 2. Аномалии перед землетрясениями в Японии 25 сентября 2003 года и 11 марта 2011-го, ограничены вертикальными линиями (по А. Любушину, 2011 год).

‹

›

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 пли`ты 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. 3 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.

Что же касается редких примеров успешных прогнозов, то они объяснимы удачными совпадениями с реальностью.

Ни теоретических, ни эмпирических оснований ожидать практически точных, устойчиво-надёжных прогнозов сейсмокатастроф пока нет.

Иллюстрации предоставлены авторами.

«Наука и жизнь» о землетрясениях:

Зимина Т. Предвестники землетрясений. — 2000, № 10.

Максименко О. Диагноз ставит струна. — 2003, № 6.

Обручев В. Почему то здесь, то там трясётся Земля. — 2006, № 7.

Левин Б. Цунами и землетрясения будут всегда. — 2011, № 1.

Боков В. Когда содрогнётся Земля? Кратко-срочные прогнозы землетрясений. — 2011, № 9.

Зимина Т. Ударим по землетрясению электромагнитным импульсом. — 2012, № 10.