Книга о землетрясениях и связанных с ними явлениях природы. Рассказывается о том, почему происходят землетрясения. Приводятся малоизвестные сведения о сейсмических катастрофах прошлого и настоящего. О достижениях сейсмологии и о той роли, которую землетрясения играли и играют в истории человечества.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Катастрофы в природе: землетрясения (Б. С. Каррыев) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .

Возможен ли прогноз землетрясений?

Мне не нравится этот патологический интерес к прогнозу. Он отвлекает нас от уже известного риска и от уже известных мер, которые следует предпринять для устранения этого риска. Мы знаем, где находятся места, которым угрожает опасность, и какие постройки в этих местах ненадежны.

Чарльз Рихтер, 1960 год

Человек способен избежать угрозы только в том случае если он обладает информацией о ней. Знание позволяет избежать ошибок, но его отсутствие или нежелание применить всегда ведет к трагедиям. В конце концов, все бедствия являются следствиями тех или иных действий или отсутствия таковых. В этом смысле, презумпция невиновности землетрясений звучит так: строить необходимо как можно лучше там, где нет надёжных данных для оценки сейсмической опасности.

Инструментальные наблюдения, статистические методы и пространственно-временной анализ сейсмической активности позволили к концу XX века составить прогнозные карты сейсмического риска по всему миру. На них выделены отличающиеся по степени сейсмической опасности территории.

Карты строятся по разным методикам но, по сути, преследуют одну и туже цель – с некоторой вероятностью спрогнозировать сейсмические воздействия в том или ином месте. Эта информация во многих странах регламентируют нормы сейсмостойкого строительства. Она необходима для конструирования инженерных сооружений, планирования размещения ответственных объектов, градостроительства и т. д. Сейсмические прогнозы делаются уже много лет позволив спасти тысячи жизней, и сохранить значительные материальные ценности.

Собственно это и есть основанный данных научных исследований прогноз. Он подобен уже ставшими привычными способами предохранения человека в экстремальных ситуациях – от спасательных шлюпок на кораблях до подушек безопасности в автомобилях. Не факт что они когда-нибудь понадобятся, но вероятность экстремальных ситуаций никогда не бывает нулевой.

Оглушительные последствия сейсмических катастроф психологически неприемлемы для современного человечества. Поэтому, и чаще всего после разрушительных землетрясений, задаётся вопрос – почему о сильных землетрясениях невозможно предупреждать заблаговременно наподобие того как делаются прогнозы погоды?

Самые разные сообщения о предвестниках землетрясений давно привели к мысли, что предсказать момент возникновения подземного удара за годы, месяцы, дни и даже часы вполне возможно. Собственно для этого необходимо решить несколько задач.

Понять механизм возникновения землетрясений, выявить несколько надежных предвестников, создать систему мониторинга опасной зоны и сформировать службу для оповещения населения о «сейсмической погоде». Тем не менее, прошло уже немало лет с момента постановки этой проблемы, но технологии предсказания землетрясений нет, как нет успешных, т.е. позволивших спасти жизни людей точных прогнозов.

Энтузиазм 50-х годов прошлого века, когда казалось, что достаточно лишь определить несколько параметров для отслеживания состояния очаговой зоны и проблема своевременного прогноза будет решена, сменился осознанием существующей реальности. Дело здесь конечно не в нежелании или неумении ученых получать конкретные результаты, а в многофакторности такого явления как землетрясение.

Даже по одному перечню известных предвестников подземных ударов видно, что их достаточно сложно «слить» в один, но обязательный результат – заблаговременный, т.е. за часы или дни прогноз. Вместе с тем любая попытка прогноза полезна, поскольку приближает момент времени с которого, тем или иным образом, человечество избавится от сейсмической угрозы.

Считается, что моменту возникновения землетрясения предшествует этап интенсивного трещинообразования в области его очага. При этом растёт интенсивность сейсмического шума и увеличивается число микроземлетрясений. Вне зоны подготовки сильного землетрясения обнаружить эти признаки практически невозможно и возникает замкнутый круг – предвестники можно обнаружить там, где произойдёт подземный удар, но для этого надо знать, где он случится. В этой связи поиск предвестников землетрясений приводит к нескольким парадоксам.

Парадокс первый. Нельзя говорить о явлении как о предвестнике, поскольку таковым оно может быть названо только после землетрясения.

В самом деле, даже резкие изменения наблюдаемого параметра могут быть не связаны с процессом подготовки подземного удара, а возникнуть из-за неконтролируемых наблюдателем факторов. Только систематическое повторение того или иного явления, с понятной природой происхождения, может быть названо предвестником землетрясения.

Парадокс второй. По подавляющему числу землетрясений сообщений о предвестниках нет, но это не означает, что их вообще не было.

Можно констатировать, что сведения о предвестниках имеются только для очень небольшой части из происходивших на планете землетрясений. Но это означает только одно – сведения о предвестниках имеются там, где есть какие-либо системы наблюдений или там, где на них обращают внимание люди.

Как правило, специальных систем для регистрации предвестников нет. То, что имеется сегодня, получено благодаря системам наблюдений предназначенных для иных целей. Это могут быть датчики для измерения уровня воды в скважинах, приборы для измерения объемов нефтедобычи или любая другая, достаточно чувствительная, но много лет функционирующая промышленная система наблюдений. Подобно используемым для контроля режима грунтовых вод на городской или промышленной территории. Геофизическим и геодезическим измерениям выполненных в целях картографии, прокладки транспортных коммуникаций или различных путепроводов и т. п.

К примеру в районе Ашхабада до землетрясения 1948 года проводились нивелировки в целях картографии по профилю Красноводск-Ашхабад-Теджен в 1944 году. Сопоставив их с результатами измерений, проведенных спустя четыре года после землетрясения, было установлено, что в районе Ашхабада между 1944 и 1952 годами произошли значительные изменения земной поверхности. Более того, схожие изменения были установлены в районе очага разрушительного Казанджикского землетрясения 1946 года, произошедшего в этой же зоне. Правда, отдельный вопрос – возникли ли они до землетрясений или после них? Это лишний раз подчеркивает сложность обнаружения предвестников и ограниченные возможности исследователей.

Парадокс третий. Чтобы наблюдать предвестники необходимо знать где и когда произойдет землетрясение, а для того что бы знать где оно непременно случится надо обнаружить предвещающие его явления.

Иными словами, предвестники можно наблюдать только там, где происходят землетрясения, а не там где есть оборудование или учёные.

Исторически, на первом этапе, сейсмические обсерватории создавались там, где было удобно жить и работать исследователям. Этот подход себя оправдывал, поскольку дал возможность сформировать общее представление о сейсмичности и строении недр Земли. Только позднее, для получения детальной картины происходящих в очаговых зонах процессов пункты наблюдения начали размещать вблизи от мест, где происходят или происходили землетрясения.

Приборы для поиска предвестников не только должны находиться в зоне будущего землетрясения, но ими должны быть проведены т.н. фоновые наблюдения задолго до него. Иным образом доказать что то или иное явление действительно является предвестником не удастся. Сложность их поиска и в том, что большинство очагов сильных землетрясений находится под морским дном и в пустынных местах, где никаких научных наблюдений не ведётся, а зачастую нет и самих людей.

Естественно, что предвестниковый эффект может сопровождать и слабые землетрясения, которые происходят гораздо чаще чем сильные. Однако считается, чем больше энергия землетрясения, тем контрастнее и на большей площади могут проявиться предвестники. Следовательно, по слабым землетрясениям выявить предвестниковые закономерности технически сложно, если вообще возможно.

Используемая сегодня геофизическая, геодезическая аппаратура и другие виды приборов, как правило, не предназначены для поиска предвестников землетрясений. К тому же приборы устанавливаются в разных условиях с разным режимом работы. Соответственно полученные данные чаще всего несопоставимы по разным регионам мира, а обнаруженные аномалии оставляют широкое поле для размышлений о возможной их связи с процессом подготовки землетрясения.

Изменение высот реперов по линии повторного нивелирования Красноводск-Ашхабад-Теджен за 1944 (1) и 1952 (2) годы (Колибаев, 1962; Рустанович, 1961).

В тех случаях, когда все же удавалось перед землетрясениями наблюдать однотипные явления, оказалось, что они ведут себя по-разному. В одних случаях можно наблюдать повышение дебита и температуры воды в источниках перед землетрясением. В других, эти же параметры ведут себя наоборот – скважины пересыхают или температура воды в них уменьшалась. Если перед некоторыми землетрясениями регистрировались быстрые наклоны земной поверхности или интенсивные аномалии подпочвенных газов (радона и других), то перед другими подобных изменений не обнаруживалось и т. д.

Особенно контрастно противоречивость предвещающих сильное землетрясение явлений выявляется при анализе данных о слабой или фоновой сейсмичности. При одних землетрясениях происходит заметная активизация сейсмической активности, и главный удар может претворяться серией мелких землетрясений – форшоками. При других сильное землетрясение буквально возникает на «пустом месте» там, где в течение длительного времени не было заметной сейсмической активности, т.н. сейсмические бреши.

Вместе с тем, одно общее свойство у всех обнаруженных предвестников есть. Почти никогда в том месте, где они обнаруживались, не имелось достаточного периода наблюдений для их однозначного признания таковыми. Вообще, проблема получения длительных и непрерывных рядов наблюдений изначально стояла и стоит в науке о землетрясениях.

В самом деле, сегодня ни один врач не возьмется лечить больного (экстремальные ситуации исключаем) без истории его болезни и анализов. Здесь все понятно и не требует объяснений. Можно сказать это каждый испытал на себе. Несколько сложнее объяснить, зачем необходима предыстория и непрерывные наблюдения для прогноза землетрясений.

Контролирующие и предупреждающие аварии системы строятся по принципу заданных или заранее известных пределов характеризующих их нормальное состояние. Они базируются на определённых по результатам испытаний рабочих параметрах системы или устройства, отклонение от которых принимается за аварийное состояние. Возникающие из-за тектонических подвижек землетрясения сложно характеризовать каким-либо одним набором стандартных параметров. Их очаги располагаются на недостижимых для современных приборов глубинах на которых свойства вещества точно неизвестны.

К примеру, месторождения полезных ископаемых можно обнаружить глубоко в недрах благодаря дистанционным методам по изменению сейсмических свойств среды и подтвердить результатами бурения. В отношение же будущего очага землетрясения сделать это невозможно.

Изменение уровня радона перед землетрясением в Японии (Кобе, 1995).

Если попытаться выявить аномалию, предвестник приближающегося землетрясения по уровню воды в скважине, то сначала надо пробурить скважину и тем самым уже внести непонятное по последствиям возмущение в природное равновесие. Затем необходимо провести многолетние наблюдения за уровнем воды в ней и, если будут зафиксированы изменения, определить природу их происхождения. При этом всегда будут оставаться сомнения – в нужном ли месте пробурена скважина или связаны ли наблюдаемые в ней изменения именно с подготовкой землетрясения, а не с другими более естественными факторами. Почему так происходит?

Во-первых, народная мудрость «знать, где упадешь – солому подстелил бы», олицетворяющая бытовой парадокс, становится парадоксом наблюдения предвестников и научных бюджетов.

Если есть предположение, где ожидается землетрясение, можно заранее разместить датчики для регистрации быстропротекающих геофизических процессов. Однако это удается сделать крайне редко, и не всегда у исследователей есть возможность проводить подобные исследования. Оказывается дорого и экономически невыгодно вести многолетние (скорей всего в течение десятков лет) наблюдения геофизических полей где-то на Тянь-Шане, Гималаях или Андах только для того, что бы уловить важный признак подготовки землетрясения, которое само по себе может не принести особого вреда людям. Тем не менее, по-другому понять природу предвестников вряд ли получится.

Во-вторых, даже если очаг землетрясения расположен недалеко от большого города обеспеченного надлежащей системой наблюдений, хороший результат, именно здесь можно не получить. Жизнедеятельность города вносит большие возмущения в естественное состояние природной среды, на фоне которых выделить признаки приближающегося землетрясения очень сложно.

В-третьих, в отличие от регистрации сейсмических колебаний, очаговая зона для других видов наблюдений – геофизических, геодезических, гидрологических и т. д. не имеет заданных для определения тревожного периода параметров среды. Поэтому для выводов об её естественном или аномальном состоянии необходимо проводить многолетние наблюдения.

Современный этап изучения землетрясений в значительной мере связан с компьютеризацией, снявшей тяжкое бремя ручным способом обрабатывать записи и данные о землетрясениях. Компьютеры позволили быстро собирать, обрабатывать и передавать большие массивы информации, применять методы моделирования ситуаций для определения тревожного периода.

Возможно ситуация изменится с появлением искусственного интеллекта (ИСКИН). Тем не менее, и ему потребуются достоверные данные, с которыми без человеческой интуиции ему будет сложно сделать правильные заключения. Мощность компьютерных систем растёт с каждым годом, появились глобальные системы наблюдения за состоянием окружающей среды, и это повышает эффективность поиска связанных с подготовкой землетрясений явлений.

Изменение уровня высокочастотных шумов перед ощутимым землетрясением в районе Ашхабада, 1982 год (Каррыев, 1985).

В 30-е годы прошлого века американский математик Джон фон Нейман, рассуждая о перспективах применения вычислительных методов для предсказания погоды, заметил: «Климат определяется процессами устойчивыми и неустойчивыми, то есть такими, которые зависят от малых возмущений. Вычислительные машины позволят нам рассчитывать и первые, и вторые. И тогда мы сможем предсказывать всё, чем не можем управлять, и управлять всем, что не можем предсказывать».

В отношении погоды многое из сказанного оказалось верным, но в прогнозе землетрясений всё оказалось не так. Тем не менее, известные на сегодня предвестники уже классифицированы. Выяснилась, опять-таки ретроспективно, что все они проявляются по-разному в разных обстоятельствах, но главным образом связаны с геолого-геофизическими особенностями строения земных недр том или ином месте. Поэтому отдавая должное состоянию изучения предвестников землетрясений, японский сейсмолог Кэити Касахара много лет назад заметил: «Научные исследования по предсказанию находятся все еще на стадии, когда существенную роль играет эмпиризм. Поэтому важное значение для нас имеет документирование уже произошедших событий».

Отдельный вопрос об ответственности ученых и не ученых за ложные или недостоверные прогнозы, точнее – за предсказания землетрясений и прочих превратностей природы. Как правило, подобные предсказания могут вызвать экономические последствия и реже человеческие жертвы. Первопричина этого хорошо известна – историческая память людей о перенесенных страданиях и бедах, подогреваемая религиозными утверждениями о неминуемом наказании людей и т.п., делает их особенно уязвимыми к подобным сообщениям. Это одна сторона вопроса.

Другая, более серьезная, связана с введением в заблуждение населения о реальной угрозе. Примеров тому много. От занижения уровня опасности в то время когда она вполне реальна при строительстве, планировании защитных мер и др. Такое происходило на территории бывшего СССР неоднократно. Случаи игнорирования реальной угрозы многочисленны, как в экономически развитых так и в бедных странах. Показателен случай произошедший в итальянском городе Л"Акуила.

В 2014 году апелляционный суд итальянского города Л"Акуила оправдал семерых экспертов комиссии по определению рисков, которых ранее приговорили к шести годам тюремного заключения за то, что они ошиблись в оценке сейсмической ситуации в городе в 2009 году. Дело было возбуждено, так как около тридцати жителей города обратились с официальным запросом в судебные органы. Они посчитали, что ученые должны были, по крайней мере, за несколько дней предупредить город об опасности.

Землетрясение в Л’Акуиле с М = 6,3 по шкале Рихтера произошло 6 апреля 2009 года в 3:32 часа ночи по местному времени. По данным Национального института геофизики и вулканологии Италии гипоцентр землетрясения находился на глубине 8,8 км, в пяти километрах от центра города. Число погибших на вечер 11 апреля 2009 составило 293 человека, 10 человек пропали без вести, без крова осталось 29 тысяч человек.

Предыстория такова. В течение шести месяцев перед крупным землетрясением в городе ощущались слабые землетрясения. В окрестности будущего землетрясения регистрировалась аномальная сейсмическая активность. За неделю до основного толчка 30 марта и непосредственно перед ним произошли два форшока с магнитудами около четырёх по шкале Рихтера на очень небольшой глубине – около двух километрах от земной поверхности.

31 марта, за шесть дней до трагедии, служба защиты населения встречалась с комиссией по оценке рисков из шести ученых для оценки возможности возникновения сильного землетрясения. Комиссия заключила, что «нет причин предполагать, что серия второстепенных землетрясений – это прелюдия к серьезному сейсмическому событию», и «крупное землетрясение в этом регионе маловероятно, хотя и не исключено».

Тем не менее, землетрясение произошло, и шесть ученых, среди которых был президент Национального института геофизики и вулканологии в Риме Энцо Боски стали фигурантами дела об убийстве. С одной стороны это нетипичный случай когда учённых обвинили в уголовном преступлении. С другой, вопрос состоит в том, что несмотря на все опасные признаки эксперты не предупредили жителей о возможности землетрясения.

Практика показала, что угроза была реальной и люди, положившиеся на собственные ощущения, не пострадали. С другой стороны понимание угрозы позволяло заблаговременно принять меры по повышению сейсмоустойчивости зданий и подготовке населения к чрезвычайной ситуации. Разумеется, это дело не ученых, а администраторов всех уровней, точнее в системе государственного управления, одной из задач которой является обеспечение защиты своих граждан. Схожий пример можно найти в Японии.

Великое землетрясение Хансин в Кобе произошло 17 января 1995 года. Перед главным толчком сейсмическая обсерватория зафиксировала несколько форшоков в очаговой зоне землетрясения. До землетрясения Хансин в районе города не происходило сильных землетрясений почти 400 лет. Иными словами были все предпосылки оценить угрозу как реальную и заблаговременно принять необходимые меры.

Последствия землетрясения оказались ужасны, поскольку город и его жители не были готовы к нему. Ретроспективно выявлены факторы обусловившие масштаб трагедии и, казалось бы, сделаны все необходимые выводы. Тем не менее, следующая трагедия в Японии – землетрясение у восточного побережья острова Хонсю 11 марта 2011 года, показало очередную неспособность властей правильно оценивать природные угрозы. Не только в плане превентивных мер, но и моделирования сбоев как в системе управления, так и обеспечения безопасности крупных инфраструктурных узлов и атомных электростанций.

В 2013 году верховный суд Чили обязал правительство страны выплатить компенсацию семье Марио Овандо, погибшего во время цунами в феврале 2010 года. Судя по всему, решение суда о компенсации родственникам ста тысяч долларов может открыть дорогу сотням подобных жалоб. Можно согласиться с доводами семьи Овандо, что гибель Марио это результат халатности властей объявивших в роковую ночь о нулевой опасности цунами. Вскоре после радиообращения стихия смыла дом Марио Овандо в порту Талькауано на юге страны. Всего из-за землетрясения и цунами в Чили, погибло около 500 человек.

Иными словами, официальные сообщения об отсутствии опасности при её наличии приводит к трагедиям. К подобным случаям можно отнести события в Л"Акуила, Кобе и Факусиме. Большой риск утверждать, что ничего не будет в ситуации, когда нет ни методологии, ни данных для прогноза, ведь само предположение о минимальном риске природной катастрофы по сути и есть самый настоящий прогноз.

Если нет сейсмической истории исследуемой территории то, по каким данным можно дать прогноз за один день, неделю, месяц или год до предполагаемого землетрясения?

Учёные предполагают, что с приближением землетрясения изменяются физико-химические свойства среды в его очаге. Следовательно, даже не имея представления о сейсмическом режиме территории и наблюдая в течение длительного периода времени за состоянием недр различными методами (сейсмоакустика, режим подземных вод, гравиметрия, нивелировка, электромагнитные измерения и т.д.) можно обнаружить момент подготовки землетрясения. Отчасти это подтверждается результатами лабораторных экспериментов и натурных наблюдений. Некоторым образом об этом свидетельствуют многочисленные факты аномального поведения животных перед подземным ударом.

Конец ознакомительного фрагмента.

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.

Возможно ли землетрясение в Сеуле? Завершающийся 1999 год был отмечен немалой сейсмической активностью. Разрушительные землетрясения произошли в Турции и на Тайване, в Греции и в Мексике. Нет ничего удивительного в том, что сейчас, после всех этих катастроф, корейцы тоже стали беспокоиться о том, не может ли и Корея стать жертвой сейсмического катаклизма. В целом Корейский полуостров -- это район довольно слабой сейсмической активности. Его юго-восточная оконечность располагается всего лишь в нескольких сотнях километров от Тихоокеанского разлома. Этот разлом представляет из себя огромную дугу, которая начинается на Аляске и дальше через Курилы, Японию и Тайвань уходит далеко на юг, к Индонезии и Новой Зеландии. Разлом этот относится к числу самых сейсмически нестабильных районов планеты. Его постоянно сотрясают землетрясения, там сосредоточено и большинство действующих вулканов планеты. С другой стороны, к востоку от Корейского полуострова, на противоположном берегу Желтого моря, лежит еще одна сейсмически активная зона. Она сравнительно невелика, но чревата немалыми неприятностями (не в последнюю очередь потому, что располагается она под наиболее густонаселенными районами Северного Китая). Именно здесь, сравнительно недалеко от Пекина, в июле 1976 года произошло самое катастрофическое землетрясение нашего столетия, которое унесло жизни 220 тысяч человек. Однако, несмотря на такое опасное соседство, с точки зрения сейсмологов Корейский полуостров относится к числу относительно стабильных районов. Землетрясения здесь время от времени происходят, но все-таки остаются редкостью. В свое время, в двадцатые годы, это обстоятельство даже заставило японское правительство всерьез обсуждать вопрос о переносе столицы Японской империи в Сеул из сейсмически небезопасного (особенно при тогдашней технике строительства) Токио. Однако встает вопрос: а можно ли считать, что Корея находится в абсолютной безопасности? Увы, это не так. В старинных корейских хрониках есть упоминания о весьма серьезных землетрясениях, сопровождавшихся и разрушениями, и человеческими жертвами. Так, в 779 году в корейской столице, которая тогда располагалась в городе Кёнчжу, на юго-востоке полуострова, "земля тряслась, многие дома рушились, и около ста человек погибло". В 1455 г. в Сеуле, тогда уже столице страны, "рушились строения, и немало людей погибло под развалинами". Корейские ученые, опираясь на летописные записи, следы повреждений на старинных постройках и геологические данные, установили, что за последние два тысячелетия в Корее произошло около 40 землетрясений силой 7 баллов и более. Это -- не очень большая величина по меркам, скажем, Японии или Турции, но все равно эта цифра дает основания для беспокойства. Вдобавок, последние годы стали временем подозрительного роста сейсмической активности. Если в 1980-е годы в Корее регистрировалось около 10-15 микроземлетрясений в год, то в 1990 -е годы их число примерно удвоилось. В 1996 г. в Корее было отмечено 39 землетрясений, в 1998 -- 32. Этот год, кажется, будет рекордным, так как за его первые девять месяцев корейские сейсмологи зарегистрировали 34 землетрясения. Речь, понятно, идет о землетрясениях небольших, которые людьми не замечаются и могут быть зафиксированы только специальными приборами. Тем не менее, рост сейсмической активности в Корее -- налицо. Особое беспокойство вызывает то обстоятельство, что самый крупный очаг сейсмической активности находится в районе Сеула, то есть там, где сейчас сосредоточена почти половина населения страны. Есть в Корее и два менее серьезных сейсмических очага: на юго-востоке, в районе Тэгу и Кёнчжу, и на севере, вблизи северокорейской столицы Пхеньяна. Корейские сейсмологи оценивают в 57% вероятность того, что в ближайшие 10 лет в районе Сеула произойдет крупное (около 6 баллов) землетрясение, по силе примерно соответствующее недавним разрушительным землетрясениям в Греции и на Тайване. Для Пхеньяна и Тэгу эта вероятность составляет, соответственно, 35% и 29%. Вероятность в 57% никак нельзя назвать маленькой, поэтому сейчас в Корее принимаются меры по подготовке к возможному землетрясению. В частности, после 1988 г. все дома в стране строятся с таким расчетом, чтобы без повреждений выдержать пятибальное землетрясение. Для школ и зданий общественного назначения установлены более строгие нормативы. Насколько эффективны все эти меры? Чтобы ответить на этот немаловажный вопрос, корейские сейсмологи и инженеры недавно провели моделирование того, как гипотетическое землетрясение силой в 6,3 балла повлияет на один из районов центрального Сеула. По данным геологов, две тысячи лет назад (точнее, в 89 г. н.э.) на территории нынешней корейской столицы уже происходило землетрясение примерно такой силы. Для моделирования был выбран район площадью в 1 квадратный километр, где находится 780 зданий различного назначения. Анализ показал, что примерно треть зданий будет, скорее всего, сильно повреждена землетрясением. При этом наиболее уязвимыми оказались не многоэтажные жилые комплексы, возведенные из усиленного железобетона, а кирпичные дома высотой в 2-4 этажа. Вдобавок, кому уж как не нам, жителям России и СНГ, не знать, что любые, самые замечательные и самые продуманные нормативы ничего не значат, если они попросту игнорируются строителями. Так, между прочим, обстояли дела в Турции, где большинство домов возводилось с нарушением существующих норм. Понятно, что предпринимателям было выгодно "экономить" на стройматериалах, а турецкое чиновничество оказалась неэффективным и продажным, и было готово закрывать глаза на грубые нарушения инструкций. Как бы то ни было, но недавние катастрофы в Турции и Греции заставили и корейцев вновь задуматься о проблемах сейсмической безопасности. Ведь, как напоминает корейская печать, затраты на профилактику разрушений в 10-20 раз меньше сумм, которые потом приходится тратить на восстановление разрушенного...

Доктор геолого-минералогических наук Николай Короновский, кандидат геолого-минералогических наук Альфред Наймарк.

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.

В техническом смысле землетрясение определяют как непредвиденное высвобождение энергии в толще земной коры, которое приводит к образованию сейсмических волн. Под землетрясениями также понимают подземные толчки или содрогание земной коры. Многие задаются вопросом, есть ли возможность предсказывать землетрясения, однако прежде чем ответить на этот вопрос, стоит уяснить следующее: землетрясения - полностью естественный процесс, который человечество на сегодняшний день контролировать не в силах.

Сегодня ученые лишь способны определить отдельные места на планете, где существует вероятность возникновения крупных землетрясений. Однако время, место и стопроцентную вероятность землетрясения современная наука на данный момент определить не способна. Возможно в будущем, у ученых будет возможность предсказывать землетрясения, как метеорологи могут предсказывать погоду, но это пока лишь только мечты и надежды на будущее.

Догадки и гипотезы

В распоряжении исследователей сейсмических явлений есть современное оборудование, которое позволяет строить определенные догадки относительно возможности возникновения землетрясения в той или иной точке планеты. Однако, это всего лишь догадки и гипотезы, и нет никакой гарантии, что они могут подтвердиться в реальности.

Анализируя историю землетрясений в том или ином регионе, ученые способны строить определенные гипотезы и высказывать предположения относительно возможности повторения подземных толчков в этом месте.

Обладая результатами исследований, ученые с помощью специального оборудования и современных технологий устанавливают точки нарастающего в подземной коре давления и определяют линии тектонических нарушений. Только после скрупулёзного анализа этих данных специалисты могут весьма приблизительно предположить возможность возникновения землетрясения в данной точке. Подобные предсказания очень и очень ненадежны.

Чего удалось добиться

Значительного прогресса ученые достигли в прогнозировании возникновения дополнительных подземных толчков, которые могут последовать после основного изначального землетрясения, подобные явления называются иногда афтершоками (от английского aftershock).

За последние годы очень многие из подобных прогнозов оказались верными на все сто процентов. Подобные прогнозы базируются, прежде всего, на глубоком и тщательном анализе и исследовании графиков и общих особенностей, следующих за первым землетрясением, повторных подземных толчков, при этом основой подобных исследований является изучение линий тектонического нарушения, выявленных во время или после первого землетрясения.

Безусловно, в исследовании землетрясений на сегодняшний день ученые значительно продвинулись по сравнению с положением в этой отрасли, которое наблюдалось несколько десятилетий назад. Развитие технологий и современных методов исследований возможно в скором времени поможет ученым продвинуться еще дальше.

Исследователи полагают, что ключевым звеном в теории изучения землетрясений и возможности их прогнозирования является четкое понимание взаимосвязей между магнитным и электрическим зарядами горных пород и возникновением землетрясения как явления.

Эксперты считают изучение электромагнитного заряда горных пород принципиально важным, так как было установлено, что за очень короткое время до землетрясений свойства электромагнитных полей в определенной степени изменяются. Вполне очевидно, что ключ к разгадке возникновения землетрясений и возможность их успешного прогнозирования лежит в подробном изучении электромагнитных полей и закономерностях их изменения. В этой области ученые продолжают вести исследования, но, к сожалению, на сегодняшний день предсказать возникновение землетрясения в той или иной точке планеты со значительной долей вероятности практически не возможно.

---