Можно ли прогнозировать землетрясения. Сейсмология: как предсказывают землетрясения

Сегодня наука двигается вперед широкими шагами, и люди могут заранее спрогнозировать и предсказать многие природные явления, включая стихийные бедствия. Землетрясение – это одно из наиболее грозных проявлений природы нашей планеты, оно способно нанести огромный урон. Возможно ли сегодня предсказывать такие геологические возмущения? Как это делают ученые? Ответы на эти вопросы интересуют множество людей, в первую очередь, тех, кто живет в сейсмически опасных районах.

Наука предоставила человечеству определенные возможности в предсказании геологических катастроф, хотя прогнозы не всегда оказываются стопроцентно точными. Стоит рассказать о том, как они делаются.

Из-за чего происходят землетрясения?

Землетрясения – это следствие геологических процессов, протекающих в мантии и земной коре. Литосферные плиты движутся, и в обычной ситуации это движение едва заметно. Однако на разломах коры накапливается напряжение вследствие неравномерности подвижек, что и вызывает в итоге землетрясения. Эти явления наблюдаются не повсеместно, они характерны для геологически неспокойных мест на стыках земной коры. Самое нестабильное место – это так называемое «огненное кольцо», протянувшееся по окраинам Тихого океана. Оно обрамляет самую крупную литосферную плиту планеты, на которой этот океан и расположился.

Материалы по теме:

Как менялась поверхность Земли?

Любое, даже малейшее движение такой массы земной коры не может протекать безболезненно, поэтому землетрясения по ее периферии происходят постоянно. Там же присутствует массовая вулканическая активность.

Предсказания землетрясений в прошлом

Предугадывать стихийные бедствия люди стремились издавна. Первые удачные шаги в этом направлении были сделаны тысячи лет назад в геологически неспокойных регионах. В Китае древние ученые смогли создать необычную вазу, найденную современными археологами при раскопках. На вазе по краю сидят керамические драконы, каждый из которых держит во рту шарик. При малейших колебаниях земли, предвестниках надвигающегося землетрясения, шарики выпадали изо рта драконов – в первую очередь, со стороны очага будущего землетрясения. Так люди могли вовремя узнать о близкой беде, и даже о том, с какой стороны будет находиться очаг катаклизма.

Свои наработки имелись и в Японии – эта страна всегда была неспокойным местом. Здесь люди основывались больше на наблюдениях природы. Перед землетрясением придонные рыбы поднимаются в верхние слои воды, сомы проявляют особое беспокойство. Это было замечено рыбаками, которые каждый раз в таких случаях спешили домой, чтобы предупредить близких о надвигающейся беде.

Материалы по теме:

Почему происходят землетрясения?

Интересный факт : сом в японских легендах рассматривается как рыба, символизирующая землю и стабильность. Возможно, это связано как раз с тем фактом, что при спокойной геологической обстановке рыба мирно и неспешно плавает у дна, а перед землетрясениями начинает метаться, искать убежище .

Отмечалось также, что огонь, горящий на свече или лучине, перед землетрясениями резко уходит вниз, свеча при этом сгорает очень быстро. Это связано с геомагнитными изменениями, которые возникают перед катаклизмом. Также повсеместно люди отмечали беспокойство домашних животных, их желание покинуть дом перед катастрофой. Ориентируясь по этим и другим приметам, люди прошлого нередко успевали спасти себя, своих близких или имущество, вовремя покинув дома и города.

Современные способы предсказания землетрясений

Сегодня для предупреждения землетрясений используют сейсмографы. Эти приборы являются особо чувствительными датчиками, которые фиксируют любые вибрации на поверхности земли. Так как перед любым землетрясением сначала наблюдаются микротолчки, прибор дает довольно точные предсказания. Он фиксирует эти предвестники и передает сведения ученым, которые предупреждают людей через СМИ. Сегодня собственный небольшой сейсмограф может быть в распоряжении каждого отдельного человека – в продаже есть индивидуальные сейсмические мониторы, которые фиксируют изменения и передают их в рамках сети, что позволяет получать предупреждения и посылать их.

20% территории России относится к сейсмоактивным районам (в том числе 5% территории подвержено чрезвычайно опасным 8-10-балльным землетрясениям).

За последние четверть века в России произошло около 30 значительных, то есть силой более семи баллов по шкале Рихтера, землетрясений. В зонах возможных разрушительных землетрясений России проживает 20 миллионов человек.

От землетрясений и цунами больше всего страдают жители Дальневосточного региона России. Тихоокеанское побережье России находится в одной из самых "горячих" зон "огненного кольца". Здесь, в области перехода от Азиатского континента к Тихому океану и сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных вулканических дуг происходит более трети землетрясений России, находятся 30 действующих вулканов, в числе которых такие гиганты, как Ключевская сопка и Шивелуч. Здесь самая высокая плотность распределения действующих вулканов на Земле: на каждые 20 км побережья - один вулкан. Землетрясения здесь происходят не реже, чем в Японии или в Чили. Сейсмологи насчитывают обычно не менее 300 ощутимых землетрясений в год. На карте сейсмического районирования России районы Камчатки, Сахалина и Курильских островов относятся к так называемой восьми- и девяти- балльной зоне. Это означает, что в этих районах интенсивность сотрясений может достигать 8 и даже 9 баллов. Соответствующими могут быть и разрушения. Самое разрушительное землетрясение силой 9 баллов по шкале Рихтера произошло на острове Сахалин 27 мая 1995 года. Погибли около 3 тыс. человек, почти полностью разрушен город Нефтегорск, расположенный в 30 километрах от эпицентра землетрясения.

К сейсмически активным районам России относится также Восточная Сибирь, где в Прибайкалье, Иркутской области и Бурятской Республике выделяют 7-9-балльные зоны.

Якутия, через которую проходит граница Евро-Азиатской и Северо-Американской плит, не только считается сейсмоактивной областью, но также является рекордсменом: здесь нередко происходят землетрясения с эпицентрами севернее 70° с.ш. Как известно сейсмологам, основная часть землетрясений на Земле происходит в районе экватора и в средних широтах, а в высоких широтах такие события регистрируются крайне редко. Например, на Кольском полуострове обнаружено множество разнообразных следов землетрясений большой мощности - в основном достаточно давних. Формы обнаруженного на Кольском полуострове сейсмогенного рельефа сходны с теми, что наблюдаются в зонах землетрясений с интенсивностью 9-10 баллов.

Среди других сейсмоактивных районов России - Кавказ, отроги Карпат, побережья Черного и Каспийского морей. Для этих районов характерны землетрясения с магнитудой 4-5. Однако за исторический период здесь отмечались и катастрофические землетрясения с магнитудой более 8,0. На побережье Черного моря обнаруживались и следы цунами.

Однако землетрясения могут происходить и в тех районах, которые никак не назовешь сейсмоактивными. 21 сентября 2004 года в Калининграде зафиксированы две серии подземных толчков силой 4-5 баллов. Эпицентр землетрясения находился в 40 километрах юго-восточнее Калининграда в районе российско-польской границы. По картам общего сейсмического районирования территории России, Калининградская область относится к сейсмобезопасному району. Здесь вероятность превышения интенсивности таких сотрясений составляет около 1 % в течение 50 лет.

Даже у жителей Москвы, Санкт-Петербурга и других городов, расположенных на Русской платформе, есть повод волноваться. На территории Москвы и Московской области последние из таких сейсмических событий силой 3-4 балла имели место 4 марта 1977 года, в ночь с 30 на 31 августа 1986 года и 5 мая 1990 года. Наиболее сильные из известных сейсмических сотрясений в Москве, интенсивностью свыше 4 баллов, наблюдались 4 октября 1802 года и 10 ноября 1940 года. Это были "отзвуки" более крупных землетрясений в Восточных Карпатах.

В последние дни июня 1981 года столица Перу - златоколонная Лима - была охвачена смятением: американский ученый Брайан Бредли предсказал, что в воскресенье 28 июня город будет разрушен необычайным по силе землетрясением. Десятки мощных подземных толчков превратят в прах многолюдные городские кварталы, после чего волны цунами обрушатся на дымящиеся развалины, сметая страшным натиском все, чему каким-либо чудом удастся уцелеть. Прибрежные участки города вокруг бухты Кальяо провалятся под уровень океана и станут морским дном. Цветущая «солнечноликая» Лима за несколько мгновений исчезнет с лица Земли.

По мере приближения «судного дня» обстановка в столице накалялась. Тысячи обезумевших людей штурмовали аэропорты, вокзалы и корабельные причалы, стремясь покинуть город, осужденный на гибель. Вереницы автомобилей, повозок, вьючных мулов и пешеходов с ручными тележками и котомками за спиной запрудили шоссейные и проселочные дороги из обреченного города в поисках спасения. Взлетели цены на бензин и продукты питания, угрожающе возросла преступность, дома и земельные участки срочно продавались за бесценок, госпитали и больницы задыхались от наплыва искалеченных в нарастающей панике людей.

Но вот указанный прорицателем час приблизился, прошел...- и ничего не случилось. Растерзанная, но невредимая и по-прежнему прекрасная Лима продолжала безмятежно купаться в лучах тропического солнца. Ничего не случилось на следующий день и в ближайшие дни. Постепенно раны, нанесенные городу паническим бегством населения, залечились, происшествие стало забываться и превратилось в исторический анекдот. Незадачливый предсказатель несостоявшейся катастрофы был признан лжеученым и объявлен шарлатаном.

Что же, впечатлительных жителей перуанской столицы, предпочевших бегство из города заведомой гибели под развалинами своих домов, легко понять. Их страна находится в очень сейсмически опасной области земного шара. За пять столетий, прошедших со времени открытия Нового Света, в Перу произошло 35 разрушительных землетрясений, а научными наблюдениями за последние 100 лет зарегистрировано несколько тысяч подземных толчков различной силы. Наверное, в стране найдется немного семей, которые не оплакивали бы своих близких, потерявших жизнь в сейсмических катастрофах. Неоднократно страдала от сильных землетрясений и красавица Лима; в иные трагические годы подземная стихия разрушала большую часть города.

Таким образом, паническая тревога жителей Лимы имела самые серьезные основания. Но вернемся к злополучному Брайану Бредли. На чем, на каких доводах строил он свои предположения, пока неизвестно. Поэтому заочно осуждать его, называть лжеученым и обвинять в шарлатанстве, как это сделали темпераментные латиноамериканские газеты, сейчас не следует. Лучше сначала попробовать разобраться в существе вопроса: можно ли методами современной науки предсказывать наступление землетрясений, т. е. определять место, где они произойдут, их интенсивность и время? Ведь такие прогнозы (в том случае, если они выданы заблаговременно), подобно прогнозам погоды, позволят населению угрожаемых районов подготовиться к ожидаемым стихийным бедствиям, принять предупредительные меры и, если не предотвратить, то во всяком случае значительно уменьшить тяжелые потери и утраты.

Возможность сейсмического прогноза была подсказана опытом наблюдений за природными явлениями, которые, предшествуя сейсмическим толчкам, служат как бы предвестниками приближающихся катастроф. Давно замечено, что перед некоторыми землетрясениями над землей распространяется слабое рассеянное свечение; иногда оно сопровождается мигающими вспышками или подобными зарницами, отблесками на облаках (так было в 1966 году в Ташкенте). В других местах появляется туманная дымка, которая стелется над поверхностью земли и после сотрясений исчезает. Бывает, что перед толчками от земли струится легкий восходящий ветерок (в Японии его называют «чики») или слышится приглушенный подземный гул; при этом происходят беспорядочные колебания магнитной стрелки и изменяется подъемная сила постоянных магнитов.

Все эти физические процессы, предваряющие сейсмические колебания, оказывают влияние на поведение животных, позволяя им предчувствовать надвигающееся несчастье. Об этом рассказывают летописи, исторические документы и устные предания народов Азии, Америки и Южной Европы. Во дворцах китайских императоров в специальных аквариумах держали особых пресноводных рыбок, которые своим беспокойством предупреждали о приближении стихийного бедствия. Население Японии перед землетрясением наблюдало неожиданное появление в море крупных стай угрей, тунцов и лососей, на поверхность всплывали неизвестные глубоководные виды, а обычные широко распространенные породы вдруг исчезали. К берегам подплывало множество осьминогов, обычно гнездящихся в расщелинах подводных скал.

Лягушки, змеи, черви и многоножки перед землетрясением выползают из своих убежищ. Крысы заблаговременно покидают норы. Птицы улетают в сторону более спокойных районов в глубь материка. Лошади, ослы, овцы и свиньи проявляют повышенную нервозность. Особым предчувствием отличаются кошки и собаки; известны случаи, когда собаки заставляли своих хозяев покидать здания, впоследствии разрушенные подземными ударами.

Встречаются и люди, наделенные способностью предчувствовать сейсмические колебания; чаще всего это нервнобольные с повышенной психической возбудимостью, но есть и здоровые люди, которым присуща обостренная восприимчивость. Так, например, в 1855 году слуга японского самурая предсказал сильное землетрясение в городе Иедо (древнее название Токио).

Исходя из всех этих наблюдений ученые и пришли к идее возможности научного прогноза землетрясений. Эта идея возникла в 50-х годах нашего столетия почти одновременно в разных странах, которые подвергались сокрушительным натискам сейсмической стихии. Для ее осуществления надо было научиться при помощи приборов улавливать физические предвестники подземных толчков и использовать полученные данные для прогноза.

К этому времени уже было однозначно выяснено, что землетрясения происходят при быстрых перемещениях блоков земной коры по разделяющим эти блоки разломам. Казалось бы, стоит поставить наблюдения над поведением геологических разломов - и задачу прогноза удастся решить: нарастание активности разлома укажет на приближение угрозы сейсмических толчков.

С этой целью на многих сейсмоактивных разломах, испытавших разрушительные землетрясения, были организованы систематические инструментальные наблюдения. Ожидалось, что перед сейсмическими толчками будут наблюдаться увеличения деформаций напрягающихся слоев горных пород, подъем и опускание соприкасающихся блоков земной коры, резкие изменения наклона слоев (так называемые «бури наклонов»), слабые мелкие толчки, предшествующие главному удару («микроземлетрясения»), вызванное пьезоэлектрическим эффектом нарастание силы исходящих из сейсмического очага теллурических токов, аномальные изменения геомагнитного поля («местные магнитные бури») и ряд других явлений, предвещающих разрядку тектонических напряжений в недрах.

Фактически дело обстояло гораздо сложнее. Действительно, во многих случаях ожидаемые явления наблюдались; но часто они противоречили теоретической модели процесса или обнаруживали совершенно неожиданный, необъяснимый ход. Так, на сейсмоопасных территориях Аляски обычно происходило очень медленное (несколько сантиметров в год) погружение земной поверхности. Трижды - в 1923, 1924 и 1952 годах - отмечались скачкообразные «провалы», во время которых погружения ускорялись в 5-6 раз; однако никаких сейсмических явлений при этом не наблюдалось.

Разрушительное же Анкориджское землетрясение на Аляске произошло в 1964 году без каких-либо предпосылок в виде резкого опускания или подъема слоев. В японской провинции Ниигата, где, наоборот, преобладало постепенное поднятие почвы, в 1959 году скорость поднятия вдруг возросла в 10 раз. Сильного землетрясения за этим скачком не последовало, а разразилось без видимых предвестников только через пять лет. Такие же несоответствия отмечались и при наблюдаемых изменениях наклона слоев, поведения геомагнитного и электрического полей и т. д., хотя в отдельных случаях сейсмические толчки, как теоретически и предполагалось, предварялись резкими вспышками аномалий.

За три десятилетия исследований и поисков не удалось выявить бесспорных закономерностей, на которые можно полагаться при прогнозировании сейсмических ударов. Поэтому сейчас никто из специалистов не осмеливается утверждать, что те или иные явления в земной коре могут расцениваться как однозначные предвестники землетрясений и давать достоверные основания для предсказаний.

В настоящее время круг ученых, работающих над проблемой прогноза землетрясений, разделился на два лагеря - скептиков и оптимистов. Скептики считают, что при современном состоянии наших знаний, которых совершенно недостаточно, эта проблема неразрешима. В свое время президент АН СССР М. В. Келдыш назвал ее фантастической. Виднейший американский сейсмолог Чарлз Рихтер пишет: «Это заманчивый блуждающий огонек... В настоящее время никто не может с уверенностью сказать, что землетрясение произойдет в данное время в данном месте. Неизвестно, окажется ли возможным такое предсказание в будущем». Известный советский исследователь сейсмичности Восточной Сибири В. П. Солоненко с иронией приводит изречение, приписываемое китайскому мудрецу Конфуцию: «Трудно поймать черную кошку в темноте, особенно если ее там нет».

Оптимисты же как в нашей стране, так и за рубежом считают, что наука прогноза землетрясений находится на правильном пути и уже имеет уверенные успехи. В качестве надежного предвестника сотрясений называют, например, выявленное советскими учеными в некоторых районах Кавказа и Средней Азии поступление в подземные воды перед сейсмическими толчками гелия, аргона, радона, хлора, фтора и других элементов, происходящих из глубинных зон Земли; возлагают надежду также на изучение процессов дилатансии, развитие которых тоже предшествует разрядке сеймической стихии. Однако еще не выяснено, насколько эти явления универсальны для территорий с различным геологическим строением. Некоторые специалисты придают большое значение выяснению периодичности сейсмических процессов. Так, японские ученые, установившие для района Токио период сейсмической активности в 69 лет, с трепетом ждут 1992 года, когда, по их мнению, может повториться «великая катастрофа», подобная землетрясению с магнитудой 8,2, опустошившему в 1923 году столицу Страны восходящего солнца. Но явления повторяемости еще очень слабо изучены, так как систематические наблюдения сотрясений земной коры проводятся на протяжении всего лишь около 100 лет.

В этих условиях понятно, какому риску подвергаются предсказатели землетрясений и какую ответственность они на себя берут. Нет ничего удивительного в том, что прогноз Брайана Бредли, если, конечно, он. был сделан на основании подлинно научных данных, не подтвердился. Напротив, было бы удивительно, если бы все, что было предсказано, произошло.

Впрочем, имеются примеры и удачных прогнозов. Первый такой прогноз был сделан 4 февраля 1975 года в китайской провинции Ляонин. По приказу властей население городов Хайчен и Инкоу в этот день покинуло свои дома, были приняты меры для предупреждения разрушений заводов, продуктовых складов, детских учреждений и больниц. В 19 ч 36 мин произошло сильное землетрясение (с магнитудой 7,3), которое разрушило почти все жилые помещения, многие заводы, плотины и другие инженерные и промышленные сооружения. Благодаря проведенным мерам безопасности, жертв оказалось очень немного. После этого были предсказаны еще два мелких землетрясения. Однако трагическую тянь-шаньскую катастрофу 27 июля 1976 года, при которой погибло 680 тыс. и было ранено свыше 700 тыс. человек, а общее число жертв превысило 1,4 млн. человек, китайским ученым предвидеть не удалось.

В нашей стране имеется опыт предсказания одного из незначительных (5 баллов) толчков в Ташкентском районе, небольшого землетрясения в ненаселенной местности Алай-ской долины вблизи Андижана и еще нескольких подобных сейсмических явлений в других районах Средней Азии.

Надо сказать, что во всех приведенных примерах нет никакой гарантии того, что точность предсказания обязана до-товерности прогноза, а не случайному совпадению. Имеется целый ряд н обратных примеров, когда прогнозы якобы грядущих землетрясений не подтвердились.

Время от времени массовые источники информации начинают вдруг бить в литавры и широко оповещать о необыкновенных успехах в деле сейсмического прогнозирования, причем создается впечатление, будто большинство задач этого важного научного направления уже решено. Однако фактически дело обстоит вовсе не так обнадеживающе и ложный пафос этой информации остается на совести ее авторов и распространителей.

Действительно, кроме единственного случая в провинции Ляонин (г. Хайчэн) за 30-летний период работы над проблемой сейсмического прогноза ни одно катастрофическое землетрясение ни в одном районе земного шара больше предсказано не было. В частности, как обращает внимание известный советский исследователь Б. А. Петрушевский, в СССР не было сделано предупредительных прогнозов ни по району Ташкента в 1966 году, ни по району Газли в 1976 и 1984 годах, поэтому разрушения там оказались столь неожиданными и тяжелыми. С одной стороны, современное прогнозирование еще не может выделять главных предвестников грядущей разрядки сейсмических напряжений н определять место землетрясения: при драматической катастрофе в китайском Тянь-Шане в 1976 году наблюдениями была оконтурена обширная сейсмоопасная зона, по очага разрядки сейсмической стихии определить не смогли; в этом отношении прогноз вулканических извержений находится в лучшем положении, потому что он имеет дело с конкретными точками на местности.

С другой стороны, отсутствие умения распознавать и контролировать «спусковой механизм» землетрясений не позволяет определить точное время события: после Анкоридж-ского землетрясения 1964 года многие ученые пришли к выводу, что оно было спровоцировано высоким морским приливом, который и выполнил роль «спускового механизма», увеличив нагрузку на земную кору. До землетрясения это никому не было ясно; в то же время, по мнению других специалистов, инициатором толчка явилось сильное возмущение магнитного поля, зарегистрированное за 1 ч до катастрофы. Вдобавок в распоряжении ученых пока нет никаких прямых способов вычисления силы возможных колебаний.

По-видимому, наиболее справедливая оценка проблемы предсказания землетрясений сделана Ч. Рихтером, который считает, что при настоящем уровне науки предвидение разрядки сейсмической энергии возможно - без точного указа даты - только на определенных, систематически и длительно изучаемых тектонических разломах. Вероятно, в дальнейшем при совершенствовании методов космических съемок и развертывания сети стационарных наземных наблюдений окажется возможным прогнозирование сейсмических явлений и на обширных регионах земной поверхности.

Надо заметить, что сейсмическое прогнозирование, помогая решить задачу уменьшения числа человеческих жертв, ничем не способствует предотвращению материальных потерь и разрушений при землетрясениях. Поэтому гораздо большее значение имеют работы по уточнению сейсмического районирования с дифференциацией территории по степени опасности, развитию сейсмостойкого строительства в опасных районах и сокращение хозяйственной деятельности в высоко опасных зонах; эти мероприятия направлены на решение обеих задач. Не ставя себе целью точно знать, когда произойдет землетрясение, они позволяют в любое время быть готовыми к нему.

В последнее время в инженерной сейсмологии высказываются идеи о возможности управления землетрясениями. Замечено, что подземные ядерные взрывы вызывают серии последующих, более слабых по силе землетрясений; близкие явления происходят после закачки в недра через глубокие скважины воды под большим давлением. Предполагается, что подобными техническими средствами можно высвобождать энергию, накопившуюся в недрах и разряжать ее небольшими порциями, предупреждая разрушительные толчки. Здравомыслящие специалисты замечают: нет никакой гарантии, что процесс будет развиваться так, как нам хочется.

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

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

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

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

Неустойчивая твердь

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

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

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

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

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

Сейсмический климат

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

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

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

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

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

Предвестники беды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как определяют сейсмически опасные зоны

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

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

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

Можно ли предсказать землетрясения

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

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

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

Почему большие землетрясения так трудно спрогнозировать

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

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

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

Почему людей не эвакуируют при малейшем риске большого землетрясения

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

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

Как работают системы раннего оповещения о землетрясениях

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

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