Катастрофы в природе: землетрясения (Б. С

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.

Кажется, что стихийные бедствия случаются раз в сто лет, а наш отдых в той или иной экзотической стране длится всего несколько дней.

Частота землетрясений разной магнитуды в мире за год

1 землетрясение с магнитудой 8 баллов и выше
10 ‒ с магнитудой 7,0‒7,9 баллов
100 ‒ с магнитудой 6,0‒6,9 баллов
1000 ‒ с магнитудой 5,0‒5,9 баллов

Шкала интенсивности землетрясений

Шкала Рихтера, баллы	Сила	Описание
	Не ощущается	Не ощущается
	Очень слабые толчки	Ощущается только очень чувствительными людьми
		Ощущается только внутри некоторых зданий
	Интенсивное	Ощущается по лёгкому колебанию предметов
	Довольно сильное	Ощущается чувствительными людьми на улице
		Ощущается всеми на улице
	Очень сильное	В стенах каменных домов могут появиться трещины
	Разрушительное	Памятники сдвигаются с места, дома сильно повреждаются
	Опустошительное	Сильное повреждение или разрушение домов
	Уничтожающее	Трещины на земле могут достигать 1 м в ширину
	Катастрофа	Трещины на земле могут достигать более метра. Дома почти полностью разрушаются
	Катастрофа	Многочисленные трещины в земле, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает

Мехико, Мексика

Один из самых густонаселенных городов мира известен своей небезопасностью. В XX веке эта часть Мексики ощутила на себе силу более сорока землетрясений, магнитуда которых превышала 7 баллов по шкале Рихтера. Кроме того, почва под городом насыщена водой, что делает уязвимыми высотные здания в случае возникновения природных катаклизмов.

Наиболее разрушительными стали подземные толчки 1985 года, когда погибло около 10 000 человек. В 2012 году эпицентр землетрясения пришелся на юго-восточную часть Мексики, но колебания хорошо ощущались в Мехико и Гватемале, около 200 домов было разрушено.

2013 и 2014 годы также отмечены высокой сейсмической активностью в разных районах страны. Несмотря на все это, Мехико по-прежнему притягателен для туристов в силу живописных ландшафтов и многочисленных памятников древней культуры.

Консепсьон, Чили

Второй по величине город Чили Консепсьон, расположенный в сердце страны недалеко от Сантьяго, регулярно становится жертвой подземных толчков. В 1960 году знаменитое Великое Чилийское землетрясение с высочайшей в истории магнитудой 9,5 баллов разрушило этот популярный чилийский курорт, а также Вальдивию, Пуэрто-Монт и др.

В 2010 году эпицентр вновь располагался вблизи Консепсьона, было разрушено порядка полторы тысячи домов, а в 2013 очаг погрузился на глубину 10 км у побережья центральной части Чили (магнитуда 6,6 баллов). Однако сегодня Консепсьон не теряет популярности как у сейсмологов, так и у туристов.

Интересно, что стихия не дает покоя Консепсьону с давних пор. В начале своей истории он размещался в Пенко, но из-за череды разрушительных цунами 1570, 1657, 1687, 1730 годов город был перенесен чуть южнее прежнего места.

Амбато, Эквадор

Сегодня Амбато привлекает путешественников мягким климатом, прекрасными пейзажами, парками и садами, массовыми ярмарками овощей и фруктов. Старинные здания колониальной эпохи причудливо сочетаются здесь с новыми постройками.

Несколько раз этот молодой город, расположенный в центральной части Эквадора в двух с половиной часах езды от столицы Кито, разрушался землетрясениями. Самыми мощными были толчки 1949 года, которые сравняли с землей множество зданий и унесли более 5000 жизней.

В последнее время сейсмическая активность Эквадора сохраняется: в 2010 году землетрясение магнитудой 7,2 балла произошло к юго-востоку от столицы и ощущалось по всей стране, в 2014 эпицентр переместился к тихоокеанскому побережью Колумбии и Эквадора, впрочем, в этих двух случаях обошлось без жертв.

Лос-Анджелес, США

Предсказывать разрушительные землетрясения в Южной Калифорнии - излюбленное занятие специалистов геологических служб. Опасения справедливы: сейсмическая активность этого района связана с разломом Сан-Андреас, который проходит вдоль побережья Тихого океана по территории штата.

История помнит мощнейшее землетрясение 1906 года, которое унесло 1500 жизней. За 2014 год солнечный дважды успел пережить подземные толчки (магнитудой 6,9 и 5,1 балла), отразившиеся на городе незначительными разрушениями домов и сильной головной болью жителей.

Правда, сколько бы сейсмологи ни пугали своими предупреждениями, «город ангелов» Лос-Анджелес всегда полон приезжих, а туристическая инфраструктура здесь невероятно развита.

Токио, Япония

Не случайно японская пословица гласит: «Землетрясения, пожары и отец - самые страшные наказания». Как известно, Япония находится на стыке двух тектонических пластов, трения которых часто вызывают как мелкие, так и крайне разрушительные подземные толчки.

Например, в 2011 году Сендайское землетрясение и цунами вблизи острова Хонсю (магнитуда 9 баллов) привели к гибели более 15 000 японцев. В то же время жители Токио уже привыкли к тому, что ежегодно происходит несколько незначительных по силе землетрясений. Регулярные колебания производят впечатление только на приезжих.

Несмотря на то что большинство зданий столицы построены с учетом возможных толчков, перед лицом мощных катаклизмов жители беззащитны.

Неоднократно за свою историю Токио исчезал с лица земли и вновь восстанавливался. Великое землетрясение Канто 1923 года превратило город в руины, а через 20 лет, отстроенный заново, он был уничтожен масштабной бомбардировкой американских воздушных войск.

Веллингтон, Новая Зеландия

Столица Новой Зеландии Веллингтон словно создан для туристов: в нем множество уютных парков и скверов, миниатюрных мостов и тоннелей, архитектурных памятников и необычных музеев. Сюда приезжают поучаствовать в грандиозных фестивалях «Summer City Programme» и полюбоваться на панорамы, ставшие съемочной площадкой голливудской трилогии «Властелин колец».

Между тем город был и остается сейсмически активной зоной, год от года переживающей подземные толчки разной силы. В 2013 году всего в 60 километрах отсюда произошло землетрясение магнитудой 6,5 балла, которое привело к отключению электроэнергии во многих районах страны.

В 2014 году жители Веллингтона ощущали подземные толчки в северной части страны (магнитуда 6,3 балла).

Себу, Филиппины

Землетрясения на Филиппинах - довольно частое явление, что, конечно, нисколько не пугает любителей полежать на белом песке или поплавать с маской и трубкой в прозрачной морской воде. За год в среднем здесь происходит более 35 землетрясений магнитудой 5,0-5,9 балла и одно магнитудой 6,0-7,9 балла.

Большинство из них - эхо колебаний, эпицентры которых расположены глубоко под водой, что создает опасность возникновения цунами. Подземные толчки 2013 года унесли более 200 жизней, привели к серьезным разрушениям на одном из самых популярных курортов Себу и в других городах (магнитуда 7,2 балла).

Сотрудники Филиппинского института вулканологии и сейсмологии ведут постоянные наблюдения за этой сейсмоопасной зоной, пытаясь предсказать будущие катаклизмы.

Остров Суматра, Индонезия

Индонезия по праву считается самым сейсмически активным регионом в мире. Особенно опасным за последние годы успел стать - самый западный в архипелаге. Он находится в месте мощного тектонического разлома, так называемого «Тихоокеанского огненного кольца».

Плита, формирующая дно Индийского океана, «втискивается» здесь под азиатскую плиту так же быстро, как растет ноготь на пальце человека. Накапливающееся напряжение время от времени высвобождается в виде подземных толчков.

Медан - крупнейший город на острове и третий по численности населения в стране. В результате двух сильных землетрясений 2013 года серьезно пострадали более 300 местных жителей, повреждено около 4000 домов.

Тегеран, Иран

Катастрофическое землетрясение в Иране ученые предсказывают уже давно - вся страна находится в одной из самых сейсмоактивных зон в мире. По этой причине столицу Тегеран, где проживает более 8 млн человек, неоднократно планировалось переносить.

Город расположен на территории нескольких сейсмических разломов. Подземные толчки в 7 баллов уничтожили бы 90% Тегерана, здания которого не рассчитаны на подобные буйства стихии. В 2003 году другой иранский город Бам землетрясение в 6,8 балла превратило в руины.

Сегодня Тегеран знаком туристам как крупнейший азиатский мегаполис с множеством богатейших музеев и величественных дворцов. Климат позволяет посещать его в любое время года, что характерно далеко не для всех иранских городов.

Чэнду, Китай

Чэнду - древнейший город, центр юго-западной китайской провинции Сычуань. Здесь наслаждаются комфортным климатом, осматривают многочисленные достопримечательности, проникаются самобытной культурой Китая. Отсюда добираются по туристическим маршрутам до ущелий реки Янцзы, а также до Цзючжайгоу, Хуанлуна и .

Недавние события сократили число приезжих в эти края. В 2013 году провинция пережила мощное землетрясение магнитудой 7 баллов, когда пострадало более 2 млн человек, повреждено около 186 тысяч домов.

Жители Чэнду ежегодно ощущают действие тысяч подземных толчков разной силы. В последние годы западная часть Китая стала особенно опасна с точки зрения сейсмической активности земли.

Что делать при землетрясении

Если землетрясение застало вас на улице, не подходите к карнизам и стенам зданий, которые могут упасть. Не укрывайтесь вблизи плотин, речных долин и пляжей.
Если землетрясение застало вас в отеле, откройте двери, чтобы беспрепятственно покинуть здание после первой серии толчков.
Во время землетрясения нельзя выбегать на улицу. Причиной многих смертей являются падающие обломки зданий.
На случай возможного землетрясения стоит заранее приготовить рюкзак со всем необходимым на несколько дней. Под рукой должны быть аптечка, питьевая вода, консервы, сухари, теплые вещи, умывальные принадлежности.
Как правило, в странах, где землетрясения - частое явление, все местные сотовые операторы владеют системой оповещения клиентов о приближающемся бедствии. На отдыхе будьте внимательны, наблюдайте за реакцией местного населения.
После первого толчка может быть затишье. Поэтому все действия после него должны быть продуманными и острожными.

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.

На вопрос, где может произойти землетрясение, ответить сравнительно просто. Давно существуют сейсмические карты, на которых отмечены сейсмически активные зоны земного шара (рис. 17). Это те участки земной коры, где тектонические движения возникают особенно часто.

Следует заметить, что эпицентры землетрясений локализованы в очень узких зонах, определяющих, по мнению ряда ученых, взаимодействующие края литосферных плит. Различают три главных сейсмических пояса - Тихоокеанский, Средиземноморский и Атлантический. В первом из них совершается около 68 % всех землетрясений. Он включает Тихоокеанское побережье Америки и Азии и через систему островов доходит до берегов Австралии и Новой Зеландии. Средиземноморский пояс тянется в широтном направлении - от островов Зеленого Мыса через побережье Средиземного моря, юг Советского Союза до Центрального Китая, Гималаев и Индонезии. Наконец, Атлантический пояс проходит вдоль всего подводного Срединно-Атлантического хребта от острова Шпицберген и Исландии до острова Буве.

Рис. 17. Схема размещения сейсмически активных зон земного шара. 1, 2, 3 - неглубокие, промежуточные и глубокие точки соответственно.

На территории Советского Союза около 3 млн. квадратных километров заняты сейсмически опасными районами, где возможны землетрясения в 7 баллов и более. Это некоторые районы Средней Азии, Прибайкалья, Камчатско-Курильской гряды. Сейсмически активна южная часть Крыма, где еще не забыли 8-балльного Ялтинского землетрясения 1927 г. Не менее активны районы Армении, где в 1968 г. также произошло сильное 8-балльное землетрясение.

Во всех сейсмически активных зонах землетрясения возможны, в других местах они маловероятны, хотя и не исключены: некоторые москвичи, возможно, помнят, как в нашей столице в ноябре 1940 г. произошло 3-балльное землетрясение.

Предвидеть, где произойдет землетрясение сравнительно легко. Гораздо труднее сказать, когда оно произойдет. Замечено, что перед землетрясением наклон земной поверхности, измеряемый специальными приборами (наклономерами), начинает быстро изменяться, причем в разные стороны. Происходит «буря наклонов», которая может служить одним из предвестников землетрясения. Другой способ прогноза - подслушивание «шепота» пород, тех подземных шумов, которые появляются перед землетрясением и по мере его приближения усиливаются. Высокочувствительные приборы регистрируют усиление местного электрического поля - результат сжатия пород перед землетрясением. Если на побережье после подземных толчков резко меняется уровень воды в океане, значит надо ждать цунами.

Надежда Гусева

Кандидат геолого-минералогических наук

Можно ли прогнозировать землетрясения

Предсказание землетрясений - сложная задача. Вертикальные и горизонтальные смещения блоков земной коры служат причиной глубинных землетрясений, которые могут достигать катастрофической силы. Поверхностные малоопасные землетрясения случаются из-за того, что поднимающийся по трещинам в земной коре магматический расплав, по мере продвижения, растягивает эти трещины. Проблема в том, что эти две связанные между собой, но разные причины землетрясений имеют сходные внешние проявления.

Национальный парк Тонгариро, Новая Зеландия

Wikimedia Commons

Тем не менее, команда ученых из Новой Зеландии сумела не только различить следы растяжений земной коры, вызванные магматическими и тектоническими процессами в зоне глубинного разлома Тонгариро, но и вычислить скорость растяжения, возникающего из-за одних и других процессов. Установлено, что в районе разлома Тонгариро магматические процессы играют второстепенную роль, а решающее влияние имеют тектонические процессы. Результаты исследования опубликованы в июльском номере бюллетеня Американского геологического общества и помогают уточнить риски возникновения опасных землетрясений в этом популярном у туристов парке, расположенном в 320 километрах от столицы Новой Зеландии - Веллингтона, а также в аналогичных структурах в других регионах Земли.

Грабены и рифты

Тонгариро - это новозеландский Йеллоустоун. Три «дымящиеся горы» - вулканы Руапеху (2797 метра), Нгаурухое (2291 метр) и Тонгариро (1968 метров), множество более мелких вулканических конусов, гейзеры, озера, окрашенные в голубые и изумрудные цвета, бурные горные реки вместе образуют живописный ландшафт национального парка Тонгариро. Эти ландшафты знакомы многим, потому что послужили естественными декорациями к фильму-трилогии Питера Джексона «Властелин Колец».

Кстати, происхождение этих красот непосредственно связано с особенностями геологического строения региона: с наличием параллельных разломов земной коры, сопровождающихся «проваливанием» расположенного между разломами фрагмента. Такая геологическая структура называется грабен. Геологическая структура, включающая несколько протяженных грабенов, называется рифт.

Рифтовые структуры планетарного масштаба проходят через срединные оси океанов и формируют срединно-океанические хребты. Крупные рифты служат границами тектонических плит, которые, подобно твердым сегментам, составляющим панцирь черепахи, образуют твердую оболочку Земли, ее кору.

Новая Зеландия образовалась там, где Тихоокеанская плита медленно погружается под Австралийскую плиту. Возникающие в таких зонах цепочки островов называют островными дугами. В планетарном масштабе зоны рифтов - это зоны растяжения, а зоны островных дуг - это зоны сжатия земной коры. Однако в региональном масштабе напряжения в земной коре не монотонны, и в каждой крупной зоне сжатия имеются локальные зоны растяжения. В качестве очень грубой аналогии таких локальных зон растяжения можно рассматривать возникновение усталостных трещин в металлических изделиях. Грабен Тонгориро является такой локальной зоной растяжения.

В Новой Зеландии, из-за ее положения в зоне активных геологических процессов планетарного масштаба, каждый год происходит около 20 тысяч землетрясений, примерно 200 из них оказываются сильными.

Магма или тектоника?

Прогноз землетрясений сложен. Разломы часто служат каналами, по которым магма движется с глубоких горизонтов к поверхности. Этот процесс также сопровождается локальным растяжением земной коры. При этом магма не всегда достигает земной поверхности, а в ряде случаев может остановиться на некоторой глубине и там кристаллизоваться, формируя длинное и узкое магматическое тело, именуемое дайка.

На поверхности растяжения земной коры, вызванные внедрением даек (растяжения магматической природы), часто морфологически неотличимы от растяжений, вызванных разрядкой напряжений, возникающих из-за движения блоков земной коры относительно друг друга (растяжений тектонической природы). Но для прогноза землетрясений критически важно различать эти два вида растяжений, потому что землетрясения, связанные с внедрением даек, приповерхностные и не приводят к катастрофическим последствиям, тогда как землетрясений тектонической природы могут наделать много бед.

Было ясно, что в Новозеландской рифтовой системе, и в частности в грабене Тонгориро, имеют место оба типа растяжений, но по поводу того, какой из них преобладает, существовали два взаимно противоречивых мнения.

Угроза катастрофических землетрясений

Исследование, предпринятое командой, включающей представителей геологической службы Новой Зеландии и университетов Окланда и Мэсси, было проведено для того, чтобы найти способ различить магматическое и тектоническое растяжения и уточнить риски возникновения сильных и катастрофических землетрясений в национальном парке Тонгариро.

Ученые использовали совокупность методов, включая методы относительной геохронологии для определения последовательности возникновения нарушений целостности фрагментов земной коры и анализ исторических записей о вулканических извержениях. Ключевым этапом исследования являлось численное моделирование параметров нарушений в земной коре, которые возникли бы в результате внедрения даек, и тщательного сопоставления между модельными и реально наблюдаемыми параметрами.

В результате исследования был сделан вывод, что земная кора в районе грабена Тонгориро растягивается на 5,8–7 мм в год из-за тектонических событий и на 0,4–1,6 мм в год вследствие извержений вулканов и внедрений даек. А это значит, что магматические процессы не являются главной причиной подвижек земной коры и строительные нормы должны учитывать возможность сильных и катастрофических землетрясений. А разработанная методика может быть использована для оценки вклада магматических процессов в движения земной коры в аналогичных структурах в других регионах Земли.