Землетрясения. Опасные и безопасные области России

Можно ли предсказать землетрясение? За прошедшие века было предложено много способов предсказания-от учета погодных условий, типичных для землетрясений, до наблюдений за положением небесных тел и за странностями в поведении животных. Большинство попыток предсказать землетрясение было безуспешным.

С начала 1960-х годов научные исследования по прогнозу землетрясений приняли невиданный размах, особенно в Японии, СССР, КНР и США. Их цель-добиться в предсказаний землетрясений по крайней мере такой же надежности, как в прогнозе погоды. Наибольшей известностью пользуется предсказание времени и места возникновения разрушительного землетрясения, особенно краткосрочный прогноз. Однако существует и другой вид прогноза землетрясений: оценка интенсивности сейсмических сотрясений, ожидаемых в каждом отдельном районе. Этот фактор играет главную роль при выборе участков для строительства таких важных сооружений, как плотины, больницы, ядерные реакторы, и в конечном счете наиболее важен для уменьшения сейсмической опасности. В данной главе мы рассмотрим научный подход к прогнозу времени и места землетрясений, а методы прогноза сильных колебаний грунта опишем в гл 11.

Как было указано в гл. 1, изучение характера сейсмичности на Земле за исторический период времени позволило предсказывать те места, где в будущем могут возникать разрушительные земле

Трясения. Однако хроника прошлых землетрясений не дает возможности прогнозировать точное время следующей катастрофы. Даже в Китае, где за последние 2700 лет произошло от 500 до 1000 опустошительных землетрясений, статистический анализ невыявил четкой периодичности сильнейших землетрясений, но показал, что крупные катастрофы могут разделяться длительными периодами сейсмического молчания.

В Японии, где также существует длительная статистика землетрясений (рис. 1), начиная с 1962 г. проводятся интенсивные исследования по прогнозу землетрясений, но пока они не принесли определенного успеха. (Впрочем, надо иметь в виду, что в последние годы на Японских островах не происходило крупных разрушительных землетрясений, хотя отмечено много слабых толчков.) Японская программа, объединяющая усилия сотен сейсмологов, геофизиков и геодезистов, привела к получению огромного количества разнообразных сведений и позволила выделить много признаков готовящегося землетрясения. Один из самых примечательных предвестников землетрясений среди изученных до сих пор-явления, отмеченные на западном побережье японского острова Хонсю. Проводившиеся там геодезические измерения показали (см. графики на рис. 2), что в окрестностях города Ниигата в течение примерно 60 лет происходило непрерывное поднятие и опускание береговой линии. В конце 1950-х годов скорость этого процесса уменьшилась; затем во время землетрясения Ниигата 16 июня 1964 г. в северной части этого района (вблизи эпицентра) было отмечено резкое опускание величиной более 20 см. Характер распределения вертикальных движений, показанный на графиках рис. 2, был выяснен только после землетрясения.
Но в случае повторения таких крупных изменений высоты рельефа это, несомненно, послужит некоторым предостережением. Позднее в Японии было проведено специальное изучение исторических циклов землетрясений в окрестностях Токио, а также были выполнены локальные измерения современной деформации коры и частоты землетрясений. Полученные результаты позволили некоторым японским сейсмологам предположить, что повторения сильнейшего землетрясения Канто (1923 г.) в настоящее время не ожидается, но что в соседних районах землетрясения не исключены.

С начала нашего столетия, если не раньше, стали выдвигаться предположения о разных типах «спусковых механизмов», способных вызвать начальную подвижку в очаге землетрясения. Среди наиболее серьезных предположений-роль суровых погодных условий, вулканических извержений, гравитационное притяжение Луны, Солнца и планет). Чтобы найти такие эффекты, были проанализированы многочисленные каталоги землетрясений,

в том числе весьма полные списки для Калифорнии, но определенных результатов получено не было. Например, выдвинуто предположение о том, что, поскольку каждые 179 лет планеты оказываются приблизительно на одной линии, возникающее при этом дополнительное притяжение вызывает резкое усиление сейсмичности. Следующее такое расположение планет ожидается в 1982 г. Разлом Сан-Андреас в южной Калифорнии не производил разрушительных сейсмических толчков после землетрясения Форт-Техон в 1857 г., так что воздействие этого «планетного» спускового механизма на указанный разлом в 1982 г. можно было бы считать особенно вероятным. К счастью для Калифорнии, этот аргумент имеет серьезные изъяны. Во-первых, мировые каталоги землетрясений показывают, что в прошлые эпизоды такого расположения планет: в 1803, 1624 и 1445 г.-усиления сейсмической активности не наблюдалось. Во-вторых, дополнительное притяжение относительно небольших или отдаленных планет незначительно по сравнению с взаимодействием между Землей и Солнцем. Значит, помимо 179-летней надо рассматривать и возможность множества других периодичностей, связанных с совместным действием наиболее крупных небесных тел.

Чтобы обеспечить надежный прогноз, такой как предсказание фаз Луны или результата химической реакции, необходима, как правило, прочная теоретическая основа. К сожалению, в настоящее время точно сформулированной теории происхождения землетрясений все еще нет. Тем не менее на основе наших нынешних, пусть ограниченных, знаний о том, где и когда происходят сейсмические толчки, мы может делать грубые предсказания того, когда на том или ином известном разломе можно ожидать следующее сильнейшее землетрясение. Действительно, после землетрясения 1906 г. Г.Ф. Рид, используя теорию упругой отдачи (описанную в гл. 4), заявил, что следующее сильнейшее землетрясение в районе Сан-Франциско должно произойти примерно через сто лет.

Вкратце его аргументы сводились к следующему. Геодезические измерения, выполненные поперек разлома Сан-Андреас перед землетрясением 1906 г., показали, что относительное смещение по разные стороны разлома за 50 лет достигло величины 3,2 м. После того как 18 апреля 1906 г. на этом разломе произошла упругая отдача, максимальное относительное смещение составило около 6,5 м. Произведя арифметический расчет, получаем: (6,5:3,2)-50 = 100. Следовательно, до следующего сильнейшего землетрясения должно пройти 100 лет. При таком расчете мы должны сделать довольно слабо обоснованное допущение, что региональная деформация происходит равномерно и что свойства разлома, существовавшие перед землетрясением 1906 г., в результате этого землетрясения не изменились. Благоразумие требует от нас учитывать и то, что вдоль разлома Сан-Андреас в ближайшие столетия может произойти не новое землетрясение с магнитудой 8,25, а целый ряд толчков более умеренной силы.

В настоящее время производится много экспериментальных работ, исследуются различные явления (перечисляемые в следующем разделе), которые могут оказаться предвестниками, «симптомами» готовящегося землетрясения. Хотя попытки всеобъемлющего решения проблемы и выглядят довольно внушительно, они дают мало оснований для оптимизма: едва ли система прогноза будет практически реализована в большинстве районов мира в ближайшем будущем. К тому же методы, которые кажутся сейчас наиболее перспективными, требуют весьма сложного оборудования и больших усилий работников науки. Создание сетей прогностических станций во всех зонах высокого сейсмического риска было бы чрезвычайно дорогостоящим Мероприятием.

Кроме того, с прогнозом землетрясений неразрывно связана одна важнейшая дилемма. Предположим, данные сейсмологических измерений указывают на то, что на определенной площади в определенный период времени произойдет землетрясение определенной магнитуды. Надо полагать, что данная площадь и раньше считалась сейсмичной, иначе на ней не проводились бы подобные исследования. Отсюда следует, что если’ в указанный период землетрясение действительно произойдет, это может оказаться простым совпадением и не будет веским доказательством того, что использованные для прогноза методы верны и не приведут к ошибкам в будущем. И конечно, если будет сделан конкретный прогноз, а ничего не произойдет, это будет воспринято как доказательство того, что метод ненадежен.

В последнее время в Калифорнии сильно активизировалась деятельность, связанная с прогнозом землетрясений, в результате чего в 1975 г. был образован научный совет, задачей которого является оценка надежности прогнозов для ведомства штата по мерам в случае чрезвычайного положения и, следовательно, для губернатора штата. Совет играет важную, но все же не решающую роль в определении реального значения тех или иных данных и заявлений отдельных лиц или групп (обычно это заявление сейсмолога или сейсмологов, работающих в какой-либо государственной или университетской лаборатории). Рекомендации совета не касаются времени и содержания публичного оповещения об опасности, выпускаемого властями штата. По состоянию на 1978 г., этому совету только в двух случаях пришлось заниматься вопросами, касающимися ожидаемых в Калифорнии землетрясений.

Было решено, что каждый подлежащий рассмотрению прогноз должен включать четыре основных элемента: 1) время, в течение которого произойдет данное событие, 2) место, в котором оно произойдет, 3) пределы магнитуды, 4) оценку вероятности случайного совпадения, т.е. того, что землетрясение произойдет вне связи с явлениями, подвергавшимися специальному изучению.

Значение деятельности такого совета не только в том, что он выполняет задание властей, ответственных за обеспечение минимальных потерь при землетрясении, но и в том, что проявляемая этим советом осмотрительность полезна для ученых, составляющих прогнозы, так как обеспечивает независимую проверку. В более широком социальном плане такое научное жюри помогает отсеивать необоснованные предсказания всякого рода ясновидцев, а иногда и недобросовестных людей, ищущих известности-пусть даже временной-или денежной выгоды.

Социальные и экономические следствия прогноза землетрясений вызывают противоречивые толкования. По мере развития сейсмологических исследований в различных странах, вероятно, будут делаться многочисленные предсказания землетрясений, которые должны возникнуть в вероятных очаговых зонах. Например, в Китае уже выпущено много таких прогнозов, и мы рассмотрим их позже в этой главе.

В западных странах проведено изучение отрицательных, равно как и положительных следствий прогноза. Если бы, например, в Калифорнии можно было уверенно предсказать время крупного разрушительного землетрясения примерно за год до ожидаемого срока и затем непрерывно уточнять его, то число жертв и даже величина материального ущерба от этого землетрясения значительно сократились бы, но общественные связи в плейсто-сейстовой области были бы нарушены, а местная экономика пришла бы в упадок. Важнейшие социальные и экономические результаты такого прогноза иллюстрирует дополнение 6 ниже в этой главе. Конечно, без практической проверки такие оценки выглядят весьма умозрительными; общие последствия будут в высшей степени сложными, поскольку реакция государственного, общественного и частного секторов может оказаться совершенно различной. Например, если после научного прогноза и официального предупреждения резко возрастет общественная потребность в страховании от землетрясений, это подорвет его доступность и окажет временное, но чрезвычайно серьезное влияние на стоимость недвижимой собственности, земельных участков и строительства, на величину вкладов и занятость населения. Население, ученые и представители властей пока еще весьма смутно представляют себе все эти проблемы.

23 июля в Иране произошло четвертое за сутки землетрясение, а число пострадавших достигло 287. Днем ранее подземные толчки магнитудой 5,2 зарегистрировали в Чили. В целом за 7 месяцев 2018 года на Земле произошло 6881 землетрясение, забравшее 227 человеческих жизней. Но почему ученые так и не научились предсказывать эти катаклизмы? Разбирался Realist.

Как определяют сейсмически опасные зоны

Литосферные плиты находятся в постоянном движении. Сталкиваясь и растягиваясь, они увеличивают напряжение в горных породах, что приводит к их быстрому разрыву — землетрясению. Очаг(гипоцентр) землетрясения находится в недрах земли, а эпицентр является его проекцией на поверхности.

Силу землетрясений измеряют по шкале разрушения в баллах(от 1 до 12) , а также магнитудой — безразмерной величиной, которая отражает высвобождаемую энергию упругих колебаний(от 1 до 9,5 по шкале Рихтера).

Проще всего науке дается выявление сейсмически опасных зон и долгосрочное прогнозирование землетрясений на ближайшие 10−15 лет. Для этого исследователи анализируют цикличность активизации сейсмотектонического процесса: нет оснований полагать, что в ближайшие несколько сотен лет Земля начнет вести себя по-другому, чем в аналогичный промежуток времени в прошлом.

Можно ли предсказать землетрясения

Нет, по крайней мере с точностью, достаточной для того, чтобы можно было планировать программы эвакуации населения. И хотя большинство землетрясений происходят в предсказуемых местах вдоль хорошо известных геологических разломов, надежность краткосрочных прогнозов оставляет желать лучшего.

«У нас есть модели, которые показывают, что в Южной Калифорнии риск землетрясений магнитудой 7,5 и выше в ближайшие 30 лет составляет 38%. Если эти модели использовать для расчета вероятности землетрясений на ближайшую неделю, вероятность упадет примерно до 0,02%», — комментирует Томас Джордан, директор Центра землетрясений в Южной Калифорнии.

Такой риск довольно мал, но все же не равен нулю, а поскольку по территории штата Калифорния проходит трансформный разлом Сан-Андреас, в местных школах регулярно проводят учения по подготовке к большому землетрясению.

Почему большие землетрясения так трудно спрогнозировать

Надежные предсказания требуют определения сигналов, которые указывали бы на приближающееся большое землетрясение. Такие сигналы должны быть характерными только для крупных землетрясений: слабые и умеренные толчки магнитудой до 5 могут привести к раскачиванию висячих предметов, дребезжанию стекол или осыпанию штукатурки, что не требует эвакуации населения. Впрочем, в 5−10% случаев такие толчки оказываются форшоками, которые предшествуют более сильным землетрясениям. Согласно статистике, форшоковая активность характерна для 40% средних и 70% больших землетрясений.

Сейсмологи до сих пор не смогли выделить специфические события, которые регулярно происходят только перед большими землетрясениями.

Сегодня изучен широкий диапазон потенциальных предсказателей землетрясения — от увеличения концентрации радона в воздухе и необычного поведения животных до деформации земной поверхности и изменения уровня грунтовых вод. Но эти аномалии являются общими: каждая из них может возникнуть и перед самыми слабыми толчками.

Почему людей не эвакуируют при малейшем риске большого землетрясения

Основная причина — большая вероятность ложной тревоги. Так, в 1975 году в Хайчэне(Китай) сейсмологи зафиксировали участившиеся слабые землетрясения и объявили всеобщую тревогу 4 февраля в 2 часа дня. Спустя 5 часов 36 минут в городе произошло землетрясение силой более 7 баллов, многие здания оказались разрушенными, но благодаря своевременной эвакуации катаклизм обошелся практически без жертв.

К сожалению, в будущем столь удачные прогнозы не удалось повторить: сейсмологи спрогнозировали несколько больших землетрясений, которые не состоялись, а остановка предприятий и эвакуация населения повлекли за собой лишь экономические потери.

Как работают системы раннего оповещения о землетрясениях

Лучшей системой раннего оповещения о землетрясениях сегодня обладает Япония. Страна буквально« усеяна» станциями, которые с помощью чувствительной аппаратуры регистрируют сейсмические волны, выявляют потенциальные форшоки и передают информацию в Метеорологическое агентство, которое, в свою очередь, незамедлительно передает ее на ТВ, в интернет и на мобильные телефоны граждан. Так, к моменту прихода второй сейсмической волны население уже предупреждено об эпицентре землетрясения, его магнитуде и времени приближения второй волны.

Несмотря на технологические достижения, даже японская система оповещения срабатывает после того, как стихийное бедствие произошло. Но пока исследователи досконально не изучат физические процессы, связанные с землетрясениями, рассчитывать на большее не приходится. Жителям сейсмически активных зон остается надеяться, что сейсмометры станут более чувствительными, а спутниковое наблюдение поможет ускорить время прогноза.

Добавив немного практических данных к вышеупомянутому ответу о взаимоотношениях Гутенберга-Рихтера, здесь приведен график совокупной вероятности землетрясений в конкретной провинции в Японии на основе наблюдаемых частот в течение многих сотен лет:

Взаимосвязь достоверно лог-линейна (в соответствии с G-R); если вы согласитесь, что отношения будут поддерживать более высокие величины, вы оцениваете вероятность события M10 в этом месте каждые 30 000 лет.

Чтобы получить оценку для «где угодно в мире», вам понадобятся кумулятивные данные для всех. Хорошим местом для начала является сайт USGS - у них есть удобный стол с данными с 1900 года .

Приняв эти данные и построив их на логарифмическом линейном графике, затем экстраполируя линейную подгонку, дается следующая диаграмма:

Это довольно страшно, потому что это говорит о том, что вероятность землетрясения M10 в любой точке мира составляет 1: 100 в любой конкретный год. Обратите внимание, что я построил данные для величиной x до x.9 в месте расположения x), который немного недооценивает ситуацию. Обратите также внимание на то, что в крайнем случае очень больших землетрясений (8 и выше) данные выглядят так, как будто они могут отклоняться от прямой линии, но не хватает данных, чтобы сделать какие-либо твердые выводы о форме.

Есть еще несколько оговорок. Во-первых, можно предположить, что модель может быть экстраполирована: конкретная ошибка не может быть сконструирована таким образом, чтобы хранить энергию, необходимую для события M10, поскольку она всегда будет выделять энергию до того, как она туда попадет (и там может быть эффектом «стресс-теней», в котором говорится, что после большого землетрясения вероятность еще одного крупного временно снижается, потому что стрессы были сняты, поэтому эту модель можно использовать только «в течение длительного периода» и делает не точно отражают риск землетрясения в ближайшие пять лет).

Тем не менее - один процент.

Величина 10 землетрясений действительно возможна, но очень маловероятна. Вы видите, что частота землетрясения определяется законом Гутенберга-Рихтера :

$$ N = 10 ^ {a-bM} $$

где $ N $ - число землетрясений $ \ ge M (величина) $ и $ a, b $ - константы. Как вы можете видеть, чем больше $ M $, тем меньше $ N $. $ a, b $ обычно решаются статистически, через наблюдательные данные и регрессию. Но по номиналу вы можете легко увидеть, что землетрясения большой величины становятся все менее и менее частыми на экспоненциальном уровне.

Что же такое землетрясение магнитудой 10 баллов? Моя догадка - зона субдукции, так как именно здесь происходят самые высокие землетрясения. Какая зона субдукции? Любое предположение так же хорошо, как и мое, Чили или Тонга, хотя важно также отметить, что величина землетрясения часто связана с размером ошибки: я не думаю, что существует ошибка, долгой/большой, чтобы генерировать $ M \ ge 10.0 $ землетрясение на Земле в настоящее время.

Возможны ли землетрясения магнитудой 10 баллов?

Идея «Мега-Квака» - землетрясение магнитудой 10 или больше - теоретически возможно, очень маловероятно. землетрясение величина частично основана на длине разломов - чем дольше ошибка, тем больше землетрясение. Простая истина заключается в том, что существуют нет известных неисправностей, способных генерировать величину 10 или больше «Мега-землетрясение» ()

Где землетрясения магнитудой 10 баллов наиболее вероятны?

Девять из десяти крупнейших землетрясений, которые произойдут в прошлом веке были события зоны субдукции. Это включает в себя Великий Чилийский 1960 Землетрясение, которое на М 9.5 было самым большим землетрясением, когда-либо зарегистрированным, землетрясение и цунами в Индийском океане в 2004 году, а также 2011 Tōhoku землетрясения и цунами. ()

Какова наиболее вероятная частота землетрясений магнитудой 10 баллов?

Если бы они были возможны, учитывая, что в письменной истории не записано ни одного слова, нет никакой возможности простить грехов без большой неопределенности. Исторические данные вводят в заблуждение. Объяснение см. в разделе: (1) " Это, вероятно, наблюдательный эффект, который довольно распространен в науках о Земле. « (2) " "

Насколько велики землетрясения магнитудой 10 баллов?

Очень большой. Чтобы понять, эта круговая диаграмма показывает, как общий сейсмический момент , выпущенный землетрясениями за период 1906 года -2005, с наибольшими индивидуальными землетрясениями (слева) и группами землетрясений (справа). Тонкая лента землетрясения в Сан-Франциско 1906 года также изображена для целей сравнения. M w обозначает величину землетрясения на масштабе момента времени .

CAPTION: Global seismic release from 1906 to 2005, the graph shows that almost 25% of the world earthquake energy in a century was concentrated in the Great Chilean Earthquake alone.

Это определенно возможно, хотя и не очень вероятно, как упоминалось выше. Необычно длинная зона субдукции, такая как траншея Перу-Чили, алеутская траншея или японо-камчатская впадина, должна была разрушить в целом , чтобы вызвать ее. Другими словами, это должно быть землетрясение, которое одновременно поражает Россию и Японию, или землетрясение, которое одновременно поражает Колумбию, Эквадор, Перу и Чили и т. Д.

Кроме того, землетрясение Moment Magnitude 10 не обязательно будет сильно отличаться с точки зрения того, как далеко отходят здания, скажем, от 8 или 9. Однако тряска будет продолжаться гораздо дольше - около 30 минут - и будет распространяться по гораздо большая площадь. И тогда, конечно, есть цунами, которые могут поражать землю , пока тряска все еще продолжается , что значительно увеличивает ущерб, который может вызвать землетрясение.

Можно ли предсказать землетрясение? За прошедшие века было предложено много способов предсказания - от учета погодных условий, типичных для землетрясений, до наблюдений за положением небесных тел и за странностями в поведении животных. Большинство попыток предсказать землетрясение было безуспешным.

С начала 1960-х годов научные исследования по прогнозу землетрясений приняли невиданный размах, особенно в Японии, СССР, КНР и США. Их цель - добиться в предсказании землетрясений, по крайней мере, такой же надежности, как в прогнозе погоды. Наибольшей известностью пользуется предсказание времени и места возникновения разрушительного землетрясения, особенно краткосрочный прогноз. Однако существует и другой вид прогноза землетрясений: оценка интенсивности сейсмических сотрясений, ожидаемых в каждом отдельном районе. Этот фактор играет главную роль при выборе участков для строительства таких важных сооружений, как плотины, больницы, ядерные реакторы, и, в конечном счете, наиболее важен для уменьшения сейсмической опасности.

Изучение характера сейсмичности на Земле за исторический период времени позволило предсказывать те места, где в будущем могут возникать разрушительные землетрясения. Однако хроника прошлых землетрясений не дает возможности прогнозировать точное время следующей катастрофы. Даже в Китае, где за последние 2700 лет произошло от 500 до 1000 опустошительных землетрясений, статистический анализ не выявил четкой периодичности сильнейших землетрясений, но показал, что крупные катастрофы могут разделяться длительными периодами сейсмического молчания.

В Японии, где также существует длительная статистика землетрясений, начиная с 1962 г. проводятся интенсивные исследования по прогнозу землетрясений, но пока они не принесли определенного успеха. Японская программа, объединяющая усилия сотен сейсмологов, геофизиков и геодезистов, привела к получению огромного количества разнообразных сведений и позволила выделить много признаков готовящегося землетрясения. Один из самых примечательных предвестников землетрясений среди изученных до сих пор это явления, отмеченные на западном побережье японского острова Хонсю. Проводившиеся там геодезические измерения показали что в окрестностях города Ниигата в течение примерно 60 лет происходило непрерывное поднятие и опускание береговой линии. В конце 1950-х годов скорость этого процесса уменьшилась; затем во время землетрясения. Ниигата 16 июня 1964 г. в северной части этого района (вблизи эпицентра) было отмечено резкое опускание величиной более 20 см. Характер распределения вертикальных движений, показанный на графиках, был выяснен только после землетрясения. Но в случае повторения таких крупных изменений высоты рельефа это, несомненно, послужит некоторым предостережением. Позднее в Японии было проведено специальное изучение исторических циклов землетрясений в окрестностях Токио, а также были выполнены локальные измерения современной деформации коры и частоты землетрясений. Полученные результаты позволили некоторым японским сейсмологам предположить, что повторения сильнейшего землетрясения Канто (1923 г.) в настоящее время не ожидается, но что в соседних районах землетрясения не исключены.

С начала нашего столетия, если не раньше, стали выдвигать предположения о разных типах «спусковых механизмов», способных вызвать начальную подвижку очаге землетрясения. Среди наиболее серьезных предположений это роль суровых погодных условий, вулканических извержений, гравитационное притяжение Луны, Солнца и планет. Чтобы найти такие эффекты были проанализированы многочисленные каталоги землетрясений, в том числе весьма полные списки для Калифорнии, но определенных результатов получено не было. Например, выдвинуто предположение о том, что, поскольку каждые 179 лет планеты оказываются приблизительно на одной линии, возникающее при этом дополнительное притяжение вызывает резкое усиление сейсмичности. Разлом Сан-Андреас в южной Калифорнии не производил разрушительных сейсмических толчков после землетрясения Форт-Техон в 1857 г., так что воздействие этого «планетного» спускового механизма на указанный разлом в 1982 г. можно было бы считать особенно вероятным. К счастью для Калифорнии, этот аргумент имеет серьезные изъяны. Во-первых, мировые каталоги землетрясений показывают, что в прошлые эпизоды такого расположения планет: в 1803, 1624 и 1445 г. усиления сейсмической активности не наблюдалось. Во-вторых, дополнительное притяжение относительно небольших или отдаленных планет незначительно по сравнению с взаимодействием между Землей и Солнцем. Значит, помимо 179-летней надо рассматривать и возможность множества других периодичностей, связанных с совместным действием наиболее крупных небесных тел.

Чтобы обеспечить надежный прогноз, такой как предсказание фаз Луны или результата химической реакции, необходима, как правило, прочная теоретическая основа. К сожалению, в настоящее время точно сформулированной теории происхождения землетрясений все еще нет. Тем не менее на основе наших нынешних, пусть ограниченных, знаний о том, где и когда происходят сейсмические толчки, мы может делать грубые предсказания того, когда на том или ином известном разломе можно ожидать следующее сильнейшее землетрясение. Действительно, после землетрясения 1906 г. Г. Ф. Рид, используя теорию упругой отдачи, заявил, что следующее сильнейшее землетрясение в районе Сан-Франциско должно произойти примерно через сто лет.

В настоящее время производится много экспериментальных работ. Исследуются различные явления, которые могут оказаться предвестниками, «симптомами» готовящегося землетрясения. Хотя попытки всеобъемлющего решения проблемы выглядят довольно внушительно они дают мало оснований для оптимизма: едва ли система прогноза будет практически реализована в большинстве районов мира в ближайшем будущем. К тому же методы, которые кажутся сейчас наиболее перспективными, требуют весьма сложного оборудования и больших усилий работников науки. Создание сетей прогностических станций во всех зонах высокого сейсмического риска было бы чрезвычайно дорогостоящим Мероприятием.

Кроме того, с прогнозом землетрясений неразрывно связана одна важнейшая дилемма. Предположим, данные сейсмологических измерений указывают на то, что на определенной плошали в определенный период времени произойдут землетрясение определенной магнитуды. Надо полагать, что данная площадь и раньше считалась сейсмичной, иначе на ней не проводились бы подобные исследования. Отсюда следует, что если в указанный период землетрясение действительно произойдет, это может оказаться простым совпадением и не будет веским доказательством того, что использованные для прогноза методы верны и не приведут к ошибкам в будущем. И конечно, если будет, сделав конкретный прогноз, а ничего не произойдет, это будет воспринято как доказательство того, что метод ненадежен.

В последнее время в Калифорнии сильно активизировалась деятельность, связанная с прогнозом землетрясении; в результате чего в 1975 г. был образован научный совет, задачей которого является оценка надежности прогнозов для ведомства штата по мерам в случае чрезвычайного положения.

Было решено, что каждый подлежащий рассмотрению прогноз должен включать четыре основных элемента: 1) время, в течение которого произойдет данное событие, 2) место, в котором оно произойдет» 3) пределы магнитуды, 4) оценку вероятности случайного совпадения, т.е. того, что землетрясение произойдет вне связи с явлениями, подвергавшимися специальному изучению.

В западных странах проведено изучение отрицательных, равно как и положительных следствий прогноза. Если бы, например, в каком-нибудь месте можно было уверенно предсказать время крупного разрушительного землетрясения примерно за год до ожидаемого срока и затем непрерывно уточнять его, то число жертв и даже величина материального ущерба от этого землетрясения значительно сократились бы, но общественные связи в области были бы нарушены, а местная экономика пришла бы в упадок.

Единственным примером удачно предсказанного на сегодняшний день землетрясения является Хайченское землетрясение 1975 г. В провинции Ляонин в Китае. В те годы задолго до подземного толчка в Китае была организована сеть геолого-геофизических и других наблюдений за изменениями физического состояния земных недр, наклонов поверхности, сейсмической активности, уровня подземных вод и содержания в них различных газов. На основании всех полученных данных было принято решение об эвакуации населения города. Спустя несколько часов он оказался под руинами, но жертв почти не было.

Возвращаясь к задаче сверхвысокой степени сложности - предсказанию землетрясений, отметим, что ученые многих стран продолжают поиск предвестников землетрясений. Сегодня их выделяют в несколько групп.

Прежде всего, это сейсмологические предвестники - увеличение числа форшоков крупного землетрясения.

К геофизическим признакам можно отнести уменьшение электрического сопротивления пород, колебания модуля полного вектора магнитного поля и т.п.

Из гидрогеологических предвестников землетрясения называют понижение, а за тем резкое повышение уровня грунтовых вод в скважинах и колодцах, изменение температуры воды, повышенное содержание радона, углекислого газа и паров ртути.

Ну и, конечно же, аномальное поведение животных

Земле присуще одно прискорбное свойство: она временами уходит из-под ног, и не всегда это связано с результатами бодрой вечеринки в дружеском кругу. От сотрясений почвы встает дыбом асфальт, рушатся дома. Да что там дома?! — катастрофические землетрясения могут вздымать или разрушать горы, осушать озера, разворачивать реки. Жителям домов, гор и побережий в таких ситуациях остается только одно: пытаться уцелеть, насколько это окажется возможным.

Люди сталкивались с буйством земной тверди примерно с тех времен, когда спустились на эту твердь с деревьев. Видимо, к началу человеческой эпохи относятся и первые попытки объяснить природу землетрясений, в которых обильно фигурируют подземные боги, демоны и прочие псевдонимы тектонических движений. По мере того как наши предки обзаводились постоянным жильем с прилагаемыми к нему крепостями и курятниками, урон от сотрясений почвы под ними становился больше, а желание задобрить Вулкана или хотя бы предсказать его немилость — сильнее.

Впрочем, разные страны в древности сотрясались разными сущностями. Японская версия отводит ведущую роль живущим под землей гигантским сомам, которые иногда шевелятся. В марте 2011 года очередное рыбье буйство привело к сильнейшему землетрясению и цунами.

Схема распространения цунами в акватории Тихого океана. На картине цветом показана высота расходящихся в разные стороны волн, порожденных землетрясением вблизи Японии. Напомним, что подземный толчок 11 марта обрушил на побережье Японии волну цунами, приведшую к гибели не менее 20 тысяч человек, обширным разрушениям и превращению слова «Фукусима» в синоним Чернобыля. Реагирование на цунами требует большой оперативности. Скорость океанских волн измеряется километрами в час, а сейсмических — километрами в секунду. За счет этого возникает запас времени в 10−15 минут, за которые нужно оповестить жителей угрожаемой территории.

Неустойчивая твердь

Земная кора находится в очень медленном, но непрерывном движении. Громадные блоки напирают друг на друга и деформируются. Когда напряжения превышают предел прочности, деформация становится неупругой — земная твердь ломается, а пласты смещаются вдоль разлома с упругой отдачей. Впервые эту теорию предложил почти сто лет назад американский геофизик Гарри Рейд, изучавший землетрясение 1906 года, почти полностью разрушившее Сан-Франциско. С тех пор учеными было предложено множество теорий, по‑разному детализирующих ход событий, но первооснова осталась в общих чертах той же.

Глубина моря изменчива. Приходу цунами часто предшествует отступление воды от берега. Упругие деформации земной коры, предшествующие землетрясению, оставляют воду на месте, но глубина дна относительно уровня моря при этом часто меняется. Мониторинг морской глубины осуществляется сетью специальных приборов — мареографов, установленных как на берегу, так и на удалении от берега.

Многообразие версий, увы, не увеличивает объем знаний. Известно, что очаг (по-научному — гипоцентр) землетрясения представляет собой протяженную область, в которой и происходит разрушение горных пород с выделением энергии. Ее объемы прямо связаны с размерами гипоцентра — чем он больше, тем сотрясения сильнее. Очаги разрушительных землетрясений простираются на десятки и сотни километров. Так, очаг Камчатского землетрясения 1952 года имел длину около 500 км, а Суматранского, вызвавшего в декабре 2004 года самое страшное в современной истории цунами, — не менее 1300 км.

Размеры гипоцентра зависят не только от накопленных в нем напряжений, но и от физической прочности горных пород. Каждый отдельный пласт, оказавшийся в зоне разрушения, может как треснуть, увеличивая масштаб события, так и устоять. Конечный результат в итоге оказывается зависимым от множества невидимых с поверхности факторов.

Тектоника в картинках. Столкновение литосферных плин приводит к их деформации и накоплению напряжений.

Сейсмический климат

Сейсмическое районирование территории позволяет предсказать силу возможных в данном месте подземных толчков, пусть даже и без указания точных места и времени. Полученную карту можно сравнить с климатической, вот только вместо атмосферного климата на ней отображен сейсмический — оценка возможной в данном месте силы землетрясения.

Исходной информацией служат данные о сейсмической активности в прошлом. К сожалению, история инструментальных наблюдений за сейсмическими процессами насчитывает немногим более ста лет, а во многих регионах — того меньше. Некоторую помощь может оказать сбор данных из исторических источников: описаний даже античных авторов обычно достаточно, чтобы определить балльность землетрясения, поскольку соответствующие шкалы построены на основе бытовых последствий — разрушения зданий, реакции людей и т. п. Но и этого, конечно, недостаточно — человечество еще слишком молодо. Если в каком-то регионе за последние пару тысяч лет не было десятибалльного землетрясения, это еще не значит, что оно не произойдет там в следующем году. Пока речь идет о рядовом малоэтажном строительстве, с риском такого уровня можно мириться, но размещение АЭС, нефтепроводов и прочих потенциально опасных объектов требует явно большей точности.

Проблема оказывается решаемой, если от отдельных землетрясений перейти к рассмотрению потока сейсмических событий, характеризующегося определенными закономерностями, в том числе плотностью и повторяемостью. В этом случае можно установить зависимость периодичности землетрясений от их силы. Чем слабее землетрясения, тем больше их количество. Эта зависимость поддается анализу математическими методами, и, установив ее для какого-то промежутка времени, пусть небольшого, но обеспеченного инструментальными наблюдениями, можно с достаточной надежностью экстраполировать ход событий через сотни и даже тысячи лет. Вероятностный подход позволяет накладывать приемлемые по точности ограничения на масштабы будущих катастроф.

Карта сейсмического районирования ОСР-97D. Цветами показана максимальная разрушительная сила землетрясений с периодом повторения порядка 10000 лет. Эта карта используется при строительстве АЭС и прочих особо ответственных объектов. Одним из проявлений земной активности являются вулканы. Их извержения красочны и порой разрушительны, но вот порождаемые ими сейсмические толчки, как правило, слабы и самостоятельной угрозы не представляют.

В качестве примера того, как это делается, можно привести действующий сейчас в России комплект карт сейсмического районирования ОСР-97. При его составлении были по геологическим данным выявлены разломы — потенциальные источники землетрясений. Их сейсмическая активность была смоделирована с применением весьма непростой математики. Виртуальные потоки сейсмических событий были затем сверены с реальностью. Получившиеся зависимости можно было относительно уверенно экстраполировать в будущее. Итогом стала серия карт, показывающих максимальный балл событий, могущих повторяться на данной территории с периодичностью от 100 до 10000 лет.

Предвестники беды

Сейсмическое районирование дает возможность понять, где «подложить соломку». Но, чтобы свести урон к минимуму, хорошо бы знать время и место события точно — кроме оценки «климата» иметь и прогноз «погоды».

Самый впечатляющий краткосрочный прогноз землетрясения был сделан в 1975 году в китайском городе Хайчен. Ученые, наблюдавшие за сейсмической активностью несколько лет, объявили тревогу 4 февраля около 14 часов. Жители были выведены на улицы, а магазины и промышленные предприятия закрыты. Землетрясение с магнитудой 7,3 произошло в 19:36, город подвергся значительным разрушениям, но человеческих жертв было мало. Увы, этот пример пока остается одним из очень немногих.

Накапливающиеся в земной толще напряжения приводят к изменениям ее свойств, и их в большинстве случаев вполне можно «поймать» приборами. Таких изменений — сейсмологи называют их предвестниками — на сегодня известно несколько сотен, и их перечень год за годом растет. Нарастающие напряжения земли изменяют скорость упругих волн в них, электропроводность, уровень подземных вод и т. д.

Одно из типичных последствий разрушительного землетрясения. Специалисты оценили бы интенсивность встряски примерно в 10 баллов (по 12-балльной шкале).

Проблема заключается в том, что предвестники капризны. Они ведут себя по‑разному в разных регионах, представая перед исследователями в разных, подчас причудливых сочетаниях. Чтобы уверенно сложить «мозаику», надо знать правила ее составления, но полной информации у нас нет и не факт, что когда-то будет.

Исследования 1950 -1970-х показали корреляцию содержания радона в подземных водах в районе Ташкента с сейсмической активностью. Содержание радона перед землетрясениями в радиусе до 100 км изменялось за 7−9 дней до толчка, вначале увеличиваясь до максимума (за пять дней), а затем снижаясь. Но аналогичные исследования в Киргизии и на Тянь-Шане устойчивой корреляции не показали.

Упругие деформации земной коры приводят к относительно быстрому (месяцы и годы) изменению высоты местности. Эти изменения уже давно и надежно «ловятся». В начале 1970-х американские специалисты выявили поднятие поверхности возле городка Палмдейл в Калифорнии, стоящего прямо на разломе Сан-Андреас, которому штат обязан репутацией сейсмически беспокойного места. На попытки отследить развитие событий и вовремя предупредить были брошены немалые силы, деньги и оборудование. К середине 1970-х подъем поверхности вырос до 35 см. Было отмечено также уменьшение скорости упругих волн в земной толще. Наблюдения за предвестниками продолжались много лет, стоили немалых долларов, но… катастрофы не произошло, состояние местности постепенно вернулось к норме.

В последние годы наметились новые подходы к прогнозированию, связанные с рассмотрением сейсмической активности на глобальном уровне. В частности, о прогностических успехах сообщали камчатские сейсмологи, традиционно находящиеся на «переднем крае» науки. Но отношение к прогностике ученого мира в целом все же будет правильнее охарактеризовать как осторожный скептицизм.