Краткосрочный прогноз землетрясений. Прогноз непредсказуемых катастроф

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

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

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

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

Проблема прогноза землетрясений

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

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

История исследовательских программ

В США

В Японии

В Китае

В России

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

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

Предвестники

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

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

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

Форшоки

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

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

Оптические явления в атмосфере

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

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

Изменение уровня грунтовых вод

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

Беспокойное поведение животных

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

Попытки прогнозов

Италия

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

Китай

Хайчэнская эвакуация

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

Примечания

1. Earthquake Prediction . Ruth Ludwin, U.S. Geological Survey.
2. Михаил Родкин Прогноз землетрясений: крушение надежд? // Наука и жизнь . - 2017. - № 2. - С. 50-55. - URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30653/
3. Катастрофы в природе: землетрясения - Батыр Каррыев - Ridero (неопр.) . ridero.ru. Дата обращения 14 марта 2016.
4. Sato, H. Precursory Land Tilt prior to the Tonankai Earthquake of 1944 // Some Precursors prior to Recent Great Earthquakes along the Nankai Trough. - 1977. - Vol. 25 (Suppl.). - P. 115–121.
5. Mogi, K. Temporal variation of crustal deformation during the days preceding a thrust-type great earthquake--The 1944 Tonankai earthquake of magnitude 8.1 (англ.) // Pure and Applied Geophysics: journal. - 1984. - Vol. 122 . - P. 765-780 .
6. Roeloffs, E. et al. Water level and strain changes preceding and following the August 4, 1985 Kettleman Hills, California, earthquake (англ.) // Pure and Applied Geophysics: journal. - 1997. - Vol. 149 . - P. 21-60 . - DOI :10.1007/BF00945160 .
7. Tsunogai, U. & Wakita, H. Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan (англ.) // Science: journal. - 1995. - Vol. 269 , no. 5220 . - P. 61-63 . - DOI :10.1126/science.269.5220.61 . - PMID 17787705 .
8. Wakita, H. Earthquake chemistry II, collected papers, edn. - Laboratory for Earthquake Chemistry, Faculty of Science, University of Tokyo, Tokyo, 1996. - Vol. II.
9. Talwani et al. Prediction of an earthquake at Blue Mountain lake (needs completion) (англ.) : journal. - 1971.
10. Fraser-Smith, A.C., Bernardi, A., McGill, P.R., Ladd, M.E., Helliwell, R.A. & Villard Jr., O.G. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake (англ.) // Geophysical Research Letters (англ.) русск. : journal. - 1990. - Vol. 17 , no. 9 . - P. 1465-1468 . - DOI :10.1029/GL017i009p01465 . - Bibcode : 1990GeoRL..17.1465F .
11. De Swaaf, Kirt. Da rumort es ständig im Untergrund", Interview with Pier Francesco Biagi (нем.) // Der Standard (англ.) русск. : magazin. - 2011. - 22 Märzes.
12. Earthquake prediction: Gone and back again (неопр.) . Earth magazine (confirmation of partial list) (7 апреля 2009). Дата обращения 8 августа 2011. Архивировано 30 апреля 2009 года.
13. Alden, Andrew The Bogeyman of Earthquake Prediction (неопр.) . Geology.about.com . Дата обращения 25 февраля 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
14. Scholz, C., What Ever Happened to Earthquake Prediction? Geotimes, Vol 17, March 1997
15. NEHRP website
16. . Mervis, Jeffrey, Earthquake Scientists Hope That Recent Rumblings Will Lead To More Funding , The Scientist , April 2, 1990

Прогноз землетрясений - наиболее важная проблема, которой занимаются ученые во многих странах мира. Однако, несмотря на все усилия, этот вопрос еще далек от разрешения. Прогнозирование землетрясений включает в себя как выявление их предвестников, так и сейсмическое районирование, то есть выделение областей, в которых можно ожидать землетрясение определенной магнитуды или бальности. Предсказание землетрясений состоит из долгосрочного прогноза на десятки лет, среднесрочного прогноза на несколько лет, краткосрочного на несколько недель или первые месяцы и объявление непосредственной сейсмической тревоги. Наиболее впечатляющий достоверный прогноз землетрясения был сделан зимой 1975 года в городе Хайчен на северо-востоке Китая. Наблюдая этот район в течение нескольких лет разными методами, был сделан вывод о возможном сильном землетрясении в ближайшем будущем. Возрастание числа слабых землетрясений позволило объявить всеобщую тревогу 4 февраля в 14 ч. Людей вывели на улицы, были закрыты магазины, предприятия и подготовлены спасательные команды. В 19 ч 36 мин произошло сильное землетрясение с магнитудой 7,3, город Хайчен подвергся разрушению, жертв было мало. Но даже наряду с другими удачными предсказаниями землетрясений они скорее исключение, чем правило. Сейсмическое районирование разного масштаба и уровня проводится на основании учета множества особенностей: геологических, в частности тектонических, сейсмологических, физических и др. Составленные и утвержденные карты обязаны учитывать все строительные организации несмотря на то, что увеличение предполагаемой силы землетрясения хотя бы на 1 балл влечет за собой многократное удорожание строительства, так как связано с необходимостью дополнительного укрепления построек. Сейсмическое районирование территории предполагает несколько уровней от мелко- к крупномасштабным. Например, для городов или крупных промышленных предприятий составляют детальные карты микросейсмического районирования, на которых необходимо учитывать особенности геологического строения небольших участков, состав грунтов, характер их обводненности, наличие скальных выступов горных пород и их типы. Наименее благоприятными являются обводненные грунты (возникновение гидравлического удара), рыхлые суглинки, лессы, обладающие большой просадочностью. Аллювиальные равнины более опасны при землетрясении, чем выходы скальных пород. Все это надо учитывать при строительстве и проектировании зданий, гидроэлектростанций, заводов. Сейсмостойкому строительству во всех странах уделяется очень большое внимание, особенно для таких ответственных объектов, как атомные электростанции, гидроэлектростанции, химические и нефтеперерабатывающие заводы. Проектирование и строительство зданий в сейсмоопасных зонах требуют сделать их устойчивыми к землетрясениям. Как метко отмечено в книге Дж. Гира и Х. Шаха (1988 год), самое главное в проектировании сейсмостойких зданий - это "связать" здание, то есть соединить все элементы постройки: балки, колонны, стена и плиты в единую прочную, но вместе с тем и гибкую конструкцию, способную противостоять колебаниям грунта. Благодаря таким мерам в Мехико строят здания по 35-45 этажей, а в Токио, высокосейсмичном районе, - даже в 60 этажей. Такие постройки обладают гибкостью, то есть способностью качаться, изгибаться, как деревья при сильном ветре, но не разрушаться. Хрупкие же материалы, например кирпич или кирпич-сырец, разрушаются сразу. Не забудем также, что в Японии много атомных электростанций, но конструкция их зданий рассчитана на очень сильные землетрясения. Старые постройки стягивают стальными обручами или тросами, укрепляют снаружи железобетонной рамой, скрепляют арматурой, проходящей через все стены. Существующие нормы и правила не в состоянии, конечно, полностью обеспечить сохранность объектов при землетрясении, но они значительно снижают последствия ударов стихии и поэтому требуют неукоснительного выполнения. Существует большое количество разнообразных предвестников землетрясений, начиная от собственно сейсмических, геофизических и кончая гидродинамическими и геохимическими. Можно проиллюстрировать их несколькими примерами. Так, сильные землетрясения в противоположность слабым в конкретном районе происходят через значительные промежутки времени, измеряемые десятками и сотнями лет, так как после разрядки напряжений необходимо время для их возрастания до новой критической величины, а скорость накопления напряжений по Г.А. Соболеву не превышает 1 кг/см2 в год. К. Касахара в 1985 году показал, что для разрушения горной породы необходимо накопить упругую энергию в 103 эрг/см3 и объем горных пород, высвобождающий энергию при землетрясении, связан прямой зависимостью с количеством этой энергии. Следовательно, чем больше магнитуда землетрясения, а соответственно и энергия, тем больше будет временной интервал между сильными землетрясениями. Данные по сейсмически активной Курило-Камчатской островной дуге позволили С.А. Федотову установить повторяемость землетрясений с магнитудой М = 7,75 через 140 ? 60 лет. Иными словами, выявляется некоторая периодичность или сейсмический цикл, позволяющий давать хотя и очень приблизительный, но долгосрочный прогноз. Сейсмические предвестники включают рассмотрение группирования роев землетрясений; уменьшение землетрясений вблизи эпицентра будущего сильного землетрясения; миграции очагов землетрясений вдоль крупного сейсмоактивного разрыва; асейсмические скольжения по плоскости разрыва на глубине, возникающие перед будущим внезапным сдвигом; ускорение вязкого течения в очаговой области; образование трещин и подвижек по ним в области концентрации напряжений; неоднородность строения земной коры в зоне сейсмичных разрывов. Особый интерес в качестве предвестников представляют форшоки, предваряющие, как правило, основной сейсмический удар. Однако главная непреодоленная сложность заключается в трудности распознавания настоящих форшоков на фоне рутинных сейсмических событий. В качестве геофизических предвестников используют точные измерения деформаций и наклонов земной поверхности с помощью специальных приборов - деформаторов. Перед землетрясениями скорость деформаций резко возрастает, как это было перед землетрясением в Ниигата (Япония) в 1964 году. К предвестникам относится также изменение скоростей пробега продольных и поперечных сейсмических волн в очаговой области непосредственно перед землетрясением. Любое изменение напряженно-деформированного состояния земной коры сказывается на электрическом сопротивлении горных пород, которое можно измерять при большой силе тока до глубины 20 км. То же относится и к вариациям магнитного поля, так как напряженное состояние пород влияет на колебания величины пьезомагнитного эффекта в магнитных минералах. Довольно надежны в качестве предвестников измерения колебания уровня подземных вод, поскольку любое сжатие в горных породах приводит к повышению этого уровня в скважинах и колодцах. С помощью гидрогеодеформационного метода были сделаны успешные краткосрочные предсказания: например, в Японии в Изу-Ошиме 14 января 1978 года, в Ашхабаде перед сильным землетрясением 16 сентября 1978 года с М = 7,7. В качестве предвестников используется также изменение содержания родона в подземных водах и скважинах. Все многообразие предвестников землетрясений неоднократно анализировалось с целью выявления общих закономерностей и устранения ошибок. Геофизик Т. Рикитаки провел статистический анализ связей длительности аномалий Т и ее амплитуды А и ожидаемой магнитуды М, выделив три класса предвестников. Для среднесрочных предвестников он получил уравнение: log DТ = аМ - b, где а = 0,76; b = -1,83, а Т - сутки. При М = 5-7 время проявления предвестников составляет первые месяцы - первые годы. 5. Техногенные землетрясения

Эти землетрясения связаны с воздействием человека на природу. Проводя подземные ядерные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек, сам того не желая, может вызвать подземные удары. Повышение гидростатического давления и наведенная сейсмичность вызываются закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры. Достаточно спорные примеры подобных землетрясений (может быть произошло наложение как тектонических сил, так и антропогенной деятельности) - Газлийское землетрясение, произошедшее на северо-западе Узбекистана в 1976 году и землетрясение в Нефтегорске на Сахалине, в 1995 году. Слабые и даже более сильные “наведенные” землетрясения могут вызывать крупные водохранилища. Накопление огромной массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, снижению сил трения на контактах земных блоков. Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Так, для плотин высотой более 10 метров наведенную сейсмичность вызывали только 0,63% из них, при строительстве плотин высотой более 90 метров - 10%, а для плотин высотой более 140 метров - уже 21%. Увеличение активности слабых землетрясений наблюдалось в момент заполнения водохранилищ Нурекской, Токтогульской, Червакской гидроэлектростанций. Интересные особенности в изменении сейсмической активности на западе Туркменистана автором наблюдались при перекрытии стока воды из Каспийского моря в залив Кара-Богаз-Гол в марте 1980 года, а затем, при открытии стока воды 24 июня 1992 года. В 1983 году залив перестал существовать как открытый водоем, в 1993 году в него было пропущено 25 кубических километров морской воды. Благодаря высокой и без того сейсмической активности этой территории, быстрое перемещение водных масс “наложилось” на фон землетрясений региона и спровоцировало некоторые его особенности. Быстрая разгрузка или нагрузка территорий, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, связанной с деятельностью человека может совпасть с их естественным сейсмическим режимом, и даже, спровоцировать ощутимое людьми землетрясение. К слову, на примыкающей к заливу территории с большим масштабом работ по добыче нефти и газа, друг за другом возникли два относительно слабых землетрясения - в 1983 года (Кумдагское) и 1984 года (Бурунское) с очень небольшими глубинами очагов.

В Индии, 11 декабря 1967 года в районе плотина Койна, возникло землетрясение с магнитудой 6.4, от которого погибло 177 человек. Оно было вызвано заполнением водохранилища. Рядом расположенному городку Койна-Нагар был причинен большой ущерб. Случаи возникновения сильных наведенных землетрясений с магнитудами около шести известны при строительстве Ассуанской плотины в Египте, плотины Койна в Индии, Кариба в Родезии, Лейк Мид в США. Обширный комплекс проблем может возникнуть вокруг нефтегазового комплекса и при бурении на шельфе Каспийского моря. Интенсивная разработка месторождений углеводородного сырья, а именно они привлекают основное внимание инвесторов, сопровождается антропогенным воздействием на окружающую среду, которая в Южном Каспии сейсмически не благополучна и без этого. Аварии на продуктопроводе под станцией Аша в Башкирии (Россия), когда сгорели с людьми два пассажирских состава, крупнейшая экологическая катастрофа под Усинском в России, где авария на нефтепроводе привела к нефтяному загрязнению обширной территории, течений и пойм многих рек - свидетели цепи подобных взаимосвязанных событий. При неблагоприятном сочетании техногенных факторов, и особенностей природного деформационного процесса возрастает вероятность возникновения техногенных землетрясений, а также значительных смещений земной поверхности, способных привести к аварийным катастрофическим ситуациям. Таким как разрывы продуктопроводов, выход из строя эксплуатационных скважин, разрушения жилых и производственных строений, коммуникаций. Колоссальный экологический ущерб от подобных аварий отодвигаетна второй план ущерб экономический. К примерам подобного сочетания неблагоприятных факторов, на которое наложилось антропогенная деятельность человека можно отнести оползень случившийся в канадском городке Френк. В 1901 году небольшое землетрясение привело к потере прочности склонов горы Тартл. Вибрации горных склонов из-за взрывов производимых для добычи каменного угля и от движения составов по железной дороге проложенной у подножья горы постоянно воздействовали на горный массив. От добычи каменного угля в нем образовались большие пустоты - ежесуточно здесь извлекалось до 1100 тонн. Всего было извлечено почти 397 тысяч кубометров породы, а пустоты образовавшиеся в недрах составили объем порядка 181 тысячу кубических метров. Землетрясение, антропогенная деятельность и образовавшиеся пустоты в недрах горы ослабили в конце концов устойчивость горных склонов. 29 апреля 1903 года, вершина горы Тартл на высоте 900 метров сдвинулась с места и вниз обрушилась лавина скальных пород объемом почти 30 миллионов кубометров. Скально-земляной вал высотой в 30 метров и шириной фронта в два с половиной километра в считанные секунды преодолел расстояние около четырех километров со скоростью в 160 км/час и похоронил под собой долину реки Кроузнест и шахтерский городок Френк. Погибло 70 жителей, а 16 шахтеров работавших в шахтах чудом спаслись, прокопав себе путь в слоях угля. Хотим мы этого или не хотим, но человек будет продолжать осваивать новые территории, воздвигать новые и более грандиозные сооружения, добывать из под земли углеводородное сырье и минералы. Риск потерь от сейсмических явлений будет возрастать, соответственно этому должен строиться и подход к мониторингу окружающей среды и прогнозу неблагоприятных ситуаций.

Практическое задание Раздел 1 защита населения и территорий при чрезвычайных ситуациях на радиационно опасных объектах (РОО); Таблица 1. Исходные данные к задачам 1,2

Задача 1

Определить дозы облучения, которые получают рабочие объекта

1. Определим Т вх = 3 час, Т вых = 3+5 =8 час

2. Найдем по формуле (1) значение уровней радиации на время входа и выхода:

Р 3 = Р 1 (t 3 /t 1) -1,2 = 200(3/1) -1,2 =200*0.26= 53,5 р/ч

Р 8 = Р 1 (t 8 /t 1) -1,2 = 200(8/1) -1,2 =200*0.08=16,5 р/ч

3. По формуле (2) вычислим экспозиционную дозу, которую получат рабочие за 4 часа, если для производственного одноэтажного здания Д = (5Р вх *t вх -5 Р вых *t вых)/К осл

К осл = 7; Д=(5*53,5*3-5*16,5*8)/7=20,3р

Вывод: Дозу которую получают рабочие объекта в 1-ом жилом доме (каменном) за 5 часов составила Д=20,3р это доза безопасна для выполнения работ на этом объекте.

Задача 2

Определить дозу радиации, которую могут получить люди во время спасательных работ на открытой местности, если команда прибыла в район работ с уровнем радиации в момент входа Р вх, далее уровень радиации измеряли каждый час.

Вычислить с использованием приведенных выше формул.

При этом необходимым является условие, чтобы полученная доза радиации Д, определенная по формуле (2), не превышала заданную:

Д = (5Р вх *t вх -5 Р вых *t вых)/К осл

Д = (5*53,5*3-5* 16,5*8)/7=120-80=40:7=5,7 (6)

5,7<7 следовательно дожидаться ослабления не нужно.

Вывод: Доза радиации составила в одном жилом доме 5,7р/ч это доза не превышает заданную дозу Дзад=7р/ч. Задача 3 .

Определить допустимую продолжительность пребывания рабочих на зараженной территории.

Таблица 2. Исходные данные к задаче 2, 3

Решив систему уравнений, получаем значения допустимой продолжительности облучения.

Т = t вх 6 /(t вх -Д зад *К осл /5Р вх) 5 -t вх

Т = 3 6 /(3-25*7/5*8) 5 -3=729(3-280) 5 -3

Допустимое время пребывания на РЗМ можно приближено определить по формуле (8), полученной на основании формулы (6):

Т = Д зад *К осл /Р вх (8)

Т = 25*7/8=21,9 ч

Вывод: время пребывания рабочих на зараженной территории 21.9 ч

Задача 4.

Определить допустимое время начала преодоления участка РЗМ

Определяем средний уровень радиации Р ср на 1 час после Р 3 по формуле (5): Р ср = 150 р/ч

Продолжительность движения через участок РЗМ: 10/20=0,5 ч.

1. Доза облучения + на 1 час после РЗ, определенная по формуле (4): Д 1 =(150*0,5)/2=37,5

   Отношение дозы через 1 ч после радиоактивного загрязнения к заданной: Д 1 /Д зад = 37,5/10= 3,75

   Коэффициент для пересчета уровней радиации пропорционален изменению уровня радиации во времени после радиоактивного загрязнения, а, следовательно, и изменению экспозиционной дозы излучения. Тогда К t = 1,425. По формуле (2) задания 3

К t = (t 1 /t зад)-1,2 = 1,425; t зад = 2,8 ч.

Преодоление участка можно начать через 2,8 ч, т.е. в 16ч.50мин.

Таблица 3. Исходные данные к задаче 4

Вывод: Продолжение участка может начаться через 2,8часа т.е. в 16ч50м.

Что касается прогноза , то здесь картина несколько иная: точность прогноза землетрясения приравнивается к нулю. Существующие 10% успеха падают на долю отдельных предсказаний в Средней Азии и Китае. Катастрофические вулканические извержения могут быть предсказаны более точно, приблизительно на 50%. Проблема предсказания наводнений решается успешно. Трассы тропических циклонов прогнозируются сравнительно точно, так же, как и сроки их прихода. Для этих двух стихийных бедствий балл прогноза приближается к 100%. Прогноз оползней довольно сложен. Как известно, некоторые катастрофические оползни произошли совершенно неожиданно.

Прогноз может быть любительским либо профессиональным, или научным. Возможно мы недооцениваем любительские прогнозы: люди наделены необыкновенной чувствительностью, могут увидеть нечто, другим людям недоступное. Неоднократно были случаи, когда неискушенные любители делали очень точные предсказания.

В качестве возможной основы прогноза принят целый ряд признаков. Наиболее важны и надежны из них следующие:

• 1) статистические методы;
• 2) выделение сейсмически активных зон, которые долго не испытывали сотрясений;
• 3) изучение быстрых смещений земной коры;
• 4) Исследование изменений соотношений скорости продольных и поперечных волн;
• 5) изменение магнитного поля и электропроводности горных пород;
• 6) изменения в составе газов, поступающих из глубин;
• 7) регистрация предваряющих толчков;
• 8) исследование распределения очагов во времени и пространстве.

Предпосылкой успешной защиты от природных катастроф является познание причин возникновения и их механизм. Зная сущность процессов, можно их предсказывать. Своевременный и точный прогноз катастроф является наиважнейшей предпосылкой эффективной защиты.

Сущность сейсмических явлений и вулканических извержений известна приблизительно на 50%. Лучше всего изучены поверхностные процессы - наводнения и оползни. Наши знания о тропических циклонах составляют примерно 75%.

В настоящее время отсутствуют достаточно надежные методы прогнозирования землетрясений и их последствий. Однако по изменению характерных свойств земли, а также необычному поведению живых организмов перед землетрясением (их называют предвестниками) ученым зачастую удается составлять прогнозы.

Предвестниками землетрясений являются: быстрый рост частоты слабых толчков (форшоков); деформация земной коры, определяемая наблюдением со спутников из космоса или съемкой на поверхности земли с помощью лазерных источников света; изменение отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн накануне землетрясения; изменение электросопротивления горных пород, уровня грунтовых вод в скважинах; содержание радона в воде и др.

Необычное поведение животных накануне землетрясения выражается в том, что, например, кошки покидают селения и переносят котят в луга, а птицы в клетках за 10 - 15 мин до начала землетрясения начинают летать; перед толчком слышатся необычные крики птиц; домашние животные в хлевах впадают в панику и др. Животные могут предчувствовать подземные толчки с магнитудой М4, глубиной очага до 150 км и на расстоянии от эпицентра в несколько сот километров.

Например, глубоководные рыбы накануне землетрясением поднимаются к поверхности. “Приборами” предупреждающими о предстоящих колебаниях земной поверхности служат плавательный пузырь (выполняющий роль резонатора колебаний и улавливают инфразвуковые волны) и боковая линия рыб (она усеяна электрорецепторами, способными принимать электрическое поле и низкочастотное колебание воды). Самыми чувствительными к подземным толчкам оказались крысы и мыши. Эти типично норные и осторожные животные выбираются из нор днем, бегают, кричат, бросаются друг на друга, собираются в стаи и бегают по улицам. Они способны за месяц-полтора уловить сигнал о приближающейся стихии. Даже некоторые растения способны предсказывать землетрясения (меняется цвет листьев из-за изменения концентрации газов в почве).

Традиционное разведение аквариумных рыбок на Японских Островах связано именно с высокой чувствительностью рыбок по отношению к приближающемуся землетрясению.

Почему живые организмы чувствуют приближение землетрясение? Ученые называют ряд причин: инфразвуковые волны, ультразвуки, вариации электоромагнитных полей, микросейсмическую активность земной коры, выделение из почвы родона. Перед стихией происходит изменение элктростатического заряда аэрозольный частиц воздуха, уровня грунтовых вод, давление воздуха, всевозможное проявления деформации земной поверхности, может меняться химический состав воды.

А ведь землетрясения бывают не только природного происхождения, но и возникают в результате деятельности человека. Например, Хибинский горный массив, что на Кольском полуострове в Заполярье: хозяйственное освоение Хибин началось в 1929 году с разработки крупнейших в мире месторождений фосфатного сырья.

К середине 90-х годов в результате добычи минерального сырья в Хибинах изъято и перемещено более 3 млрд. тонн горной массы. Карьерами и подземными рудниками образована прерывистая выемка площадью 10 квадратных километров при глубине до 600 метров. Прерывистая дуга из отвалов породы объемом в 400 млн. кубометров протянулась на 30 километров, а пространства на предгорной равнине площадью 67 квадратных километров покрылись отходами обогатительного производства ("хвостохранилища").

С 40-х годов нынешнего столетия участились подземные толчки не превышающие 4 баллов в эпицентре которые не воспринимались как сигнал тревоги, хотя их связь с промышленными нагрузками на недра была очевидной. В 1989 году после взрыва на одном из рудников последовал сейсмический толчок, сила которого составила 7-8 баллов в подземных выработках и до 5-6 баллов в разных частях города Кировска. Сообщалось о значительных повреждениях подземных коммуникаций и механизмов, промышленных объектов и жилых зданий. Очаг землетрясения находился на небольшой глубине от поверхности земли, и радиус ощутимого воздействия сейсмических колебаний не превысил 10 километров.

Были зафиксированы здесь и другие техногенные землетрясения. Например - шести бальное в 1993 году.

Проблема прогноза силы и времени землетрясений очень сложна, особенно в сейсмоопасных районах. В частности, остается неясным, почему ядерные взрывы внутри массива Хибин в 1972 и 1984 годах не привели к оживлению тектонических разломов, а заурядные промышленные взрывы сынициировали опасные толчки.

Землетрясения возникают и при добыче нефти и газа, порой с больших глубин. В результате образуются значительные по площади пустоты, что может привести к смещению даже сейсмически устойчивых геологических пластов. Такие пустые пространства рекомендуется заполнять водой, что в реальности не делается.

Причиной возникновения землетрясений могут быть подземные ядерные взрывы и промышленные взрывы.

Профессор Эльчин Халилов - Президент Глобальной Сети Прогнозирования Землетрясений GNFE (UK) и Председатель Международного Комитета GEOCHANGE (Germany), представил прогноз сейсмической активности мира до 2026 года от имени вышеуказанных организаций.

Эльчин Нусратович, что нас ожидает в 2017 году и последующие годы с точки зрения возможности сильных землетрясений?

Прежде всего, я хотел бы дать краткий анализ того, что происходило в предыдущий период, а затем перейти к прогнозу на будущее. Среднесрочный прогноз сейсмической активности мира предоставляется впервые после прогнозов представленных в первом докладе Международного Комитета по Глобальным Изменениям Геологической и Окружающей Среды GEOCHANGE. Этот доклад имел большой общественный резонанс в мире. Напомню, что он был послан Генеральному Секретарю ООН, в Еврокомиссию, в Организацию Исламского Сотрудничества, ЮНЕСКО и другие авторитетные международные организации, а также всем главам государств. В 200 - страничном докладе впервые, на общественный суд, был представлен комплексный и детальный анализ глобальных изменений в геологической и окружающей среде за последние 120 лет.

Что говорилось в докладе GEOCHANGE?

Было показано, что начиная с 1998 года общий прямолинейный тренд постепенного повышения активности всех стихийных бедствий резко изменил свой характер и стал нарастать по экспоненте. Этот процесс сопровождался выбросом гигантской эндогенной энергии Земли и серьезными изменениями в окружающем нашу планету космическом пространстве. В частности, это касается магнитосферы - магнитной оболочки Земли, предохраняющей атмосферу и поверхность от воздействия потоков космических частиц высоких энергий и жесткого космического волнового излучения.

Так вот, северный магнитный полюс Земли, который до этого колебался со скоростью 10 км в год, стал двигаться в сторону Западной Сибири с огромной скоростью, порой достигающей 70-80 км в год. Более того, комплексные геофизические станции ATROPATENA, размещенные в: Индонезии, Пакистане, Азербайджане, на Украине и в Турции, зарегистрировали мощнейшие аномалии гравитационного поля на уровне ядра Земли, что может свидетельствовать о выбросе гигантской энергии в ядре, ставшей основной причиной резкого возрастания сейсмической и вулканической активности Земли, числа сильных цунами, торнадо, штормов и ураганов, гигантских провалов в верхних слоях Земли, наводнений, оползней и других стихийных бедствий и природных явлений.

Стали регистрироваться по всей планете необычные низкочастотные звуки, которые исходили из верхних слоев атмосферы. Результаты исследований GNFE с помощью специальных инфразвуковых регистраторов показали, что эти звуки могут являться результатом воздействия на ионосферу акустико-гравитационных волн, возникающих под воздействием мощных солнечных вспышек и последующего солнечного ветра, а также до и после сильных землетрясений и извержений вулканов.

С чем связано такое «нестандартное» поведение нашей планеты?

В период с 1998 года до 2012 год включительно, мы наблюдали пиковые значения подавляющего большинства стихийных бедствий, затем общая геодинамическая, атмосферная и солнечная активность пошли на спад, что и следовало ожидать согласно теории о глобальной цикличности природных процессов. На самом деле это поведение планеты можно назвать стандартным, просто людям свойственно быстро забывать о различных природных катаклизмах и переключаться на насущные бытовые проблемы и вспоминать о них, когда они вновь проявляют себя.

Кстати, тот факт, что все природные процессы, в частности, геодинамические связаны друг с другом и на них огромное влияние оказывают различные космические факторы: солнечная активность, расположения планет Солнечной системы, положение Земли на орбите, положение Солнечной системы на Галактической орбите и т.д., был детально исследован и описан в фундаментальной монографии - Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: ее возможная природа (МГУ им. Ломоносова, Москва, 2008 г.), которую можно бесплатно скачать на сайте:

Таким образом, как видно из представленных графиков, в настоящее время сейсмическая активность Земли переживает глубокий минимум, что выражено в резком снижении числа сильных землетрясений. Такой глубокий минимум и относительно большой период сейсмического затишья свидетельствуют о накоплении в недрах Земли гигантской тектонической энергии, которая скоро вырвется на поверхность. Используя математический аппарат по выявлению скрытых периодичностей, в том числе путем спектрального анализа, а также другие методики - тренд анализ, теорию резонанса, нами сделана попытка дать очередной среднесрочный прогноз сейсмической активности Земли до 2026 года.

Как видно на прогнозных графиках сейсмической активности Земли, очередной пик сейсмической активности для землетрясений с магнитудой М от 6.0 до 6.9 приходится на 2017 - 2026 годы с максимальным значением в 2018 - 2023 годах.

Для землетрясений с М от 7.0 до 7.9 высокие значения сейсмической активности будут наблюдаться в 2016 - 2023 годах с максимальным значением в 2018 - 2021 годах.

Для катастрофических землетрясений с М ≥ 8 высокий уровень ожидается в 2017 - 2025 годах с максимальными значениями в 2018 - 2021 годах.

ЭФФЕКТ НАТЯНУТОЙ ТЕТИВЫ

Каким образом делается среднесрочный и долго срочный прогноз сейсмической активности на основании изучения цикличности?

Существует сложный математический аппарат, на котором базируются данные исследования. Прежде всего, это методы анализа применяемые в математической статистике, в частности, выявление скрытой периодичности путем линейных преобразований, тренд анализ, спектральный анализ и другие. Нами были разработаны специальные методы анализа цикличности сейсмической и вулканической активности и их последующего прогноза. Эти методы описаны в фундаментальной монографии (Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессор: ее возможная природа. МГУ им. М.В. Ломоносова. Москва, Научный Мир, 2009, 520 с.).

Я хотел бы в более популярной форме изложить основные принципы, которые берутся нами за основу среднесрочного и долгосрочного прогноза циклов сейсмической активности. Прежде всего, это понимание принципа сохранения энергии. Цикличность любого процесса - это неравномерное перераспределение выделения энергии в виде периодических импульсов (циклов). Между тем, общий средний поток выделяемой энергии остается неизменным. То есть, если мы наблюдаем очень интенсивный импульс выделившейся сейсмической энергии с большой амплитудой и периодом, то после него обычно следует глубокий минимум выделения энергии. Эта закономерность наблюдается на протяжении всей истории геологического развития Земли. В то же время, чем более глубокий минимум сейсмической активности и более длительный период сейсмического затишья, тем более высокая амплитуда последующего цикла сейсмической активности.

Для аналогии, мы можем сравнить этот процесс с натянутой тетивой. Чем сильнее лучник натягивает тетиву, тем больше времени и энергии затрачивается на ее натяжение. Естественно, тем больше выделяется кинетической энергии при отпускании тетивы и, тем дальше летит стрела. Примерно, то же самое происходит и процессом накопления и разрядки сейсмической энергии. Эта аналогия продемонстрирована на конкретном примере графика среднесрочного прогноза сейсмической активности для землетрясений с магнитудой М ≥ 8. На рисунке видно, что последнему прогнозируемому четвертому циклу сейсмической активности предшествует очень глубокий минимум сейсмической активности, приходящийся на 2014-2015 годы и длительный период сейсмического затишья.

Основываясь на этих принципах дается прогноз ожидаемого очень интенсивного цикла сейсмической активности с большой амплитудой и максимальной вероятностью катастрофических землетрясений в период 2017 - 2025 годов. Что касается территорий, где ожидаются сильные и катастрофические землетрясения, то они хорошо известны сейсмологам. На первом месте по степени и масштабам сейсмического риска находится так называемое «Тихоокеанское Огненное кольцо» (ТОК). Ниже приводится карта с изображением территории «ТОК». В Тихоокеанском огненном кольце произошли около 90 % всех мировых землетрясений и 80 % самых мощных из них.

Вторая по мощности сейсмическая зона (5-6 % землетрясений и 17 % самых мощных землетрясений мира) - это Альпийско-Гималайский складчатый поясА, который начинается около Явы и Суматры, идет через Гималаи и Средиземноморье до Атлантического океана.

Третья по выделяемой энергии зона землетрясений - это Срединно-Атлантический хребет.

Что касается других видов стихийных бедствий - извержений вулканов, цунами и т.д., то эти данные будут представлены несколько позже.

Большое спасибо за актуальное интервью.

Пресс служба GNFE

www.seismonet.com

в этом видео известный ученый-сейсмолог профессор Эль чин Халилов озвучил результаты исследований сейсмической активности за последние десятилетия, а также прогнозы землетрясений на ближайшее время.

В 1998 году произошло некое изменение, некий скачек в геологической среде, мощный выброс энергии. Именно с этого момента начались очень многие изменения в окружающей среде. Что произошло в 1998 году?

2016 год был переломным в отношении сейсмической активности. В ближайшие годы, начиная с 2017, стоит ожидать рост числа землетрясений и силы подземных толчков по всему миру.

На 2019 - 2022 годы согласно прогнозу Эльчина Халилова приходятся пики числа землетрясений с магнитудой более 8.

Проблемы связанные с глобальными катаклизмами, по мнению ученого, несопоставимы по масштабам с тем, чему человечество сегодня уделяет свое внимание. Люди только объединившись смогут противостоять грядущим,волнующим нас событиям.

Современная наука прогнозирует ураганы, наводнения, извержения вулканов и другие стихийные бедствия, помогая избежать жертв и сократить экономический ущерб. И только землетрясения наносят удар совершенно непредсказуемо, убивая людей там, где они чувствуют себя наиболее защищенными, — в собственных домах. Безрезультатность усилий в сфере прогноза землетрясений привела многих геофизиков к убеждению, что эта задача принципиально неразрешима или, по крайней мере, далеко выходит за рамки возможностей современной науки: сколько-нибудь надежные краткосрочные прогнозы (в отличие от долгосрочных) сделать не удается. И все же попытки проникнуть в тайну сотрясений земной коры продолжаются. Фото ILLSTEIN BILD/VOSTOCK PHOTO

Первые примеры успешного прогноза землетрясений относятся к 1970-м годам, и тогда казалось, что финальный успех уже не за горами - надо только собрать побольше разносторонней информации о состоянии земной коры и научиться получше ее обрабатывать. Успех в решении этой задачи принес бы не только огромную практическую пользу, но и пропагандистский эффект, игравший большую роль в эпоху холодной войны. Наиболее активно проблемой занимались в США , Японии , СССР и Китае . Американцы и японцы делали ставку на крупномасштабные сети сбора геофизической информации, Советский Союз - на совершенствование обработки данных по районам высокой сейсмичности, а Китай, как уже не раз в своей истории, - на многочисленное, трудолюбивое и исполнительное население.

В тот период в КНР была создана целая армия народных наблюдателей, которые должны были сообщать в научные центры о неожиданных изменениях уровня воды в колодцах, аномалиях в поведении животных и других приметах надвигающегося землетрясения. В нескольких наиболее сейсмоопасных районах были организованы сети инструментальных наблюдений. Результаты не заставили себя долго ждать. В 1975 году китайским специалистам удалось предсказать сильное Хайченгское землетрясение с магнитудой 7,3. В течение нескольких месяцев наблюдения фиксировали аномально быстрые движения земной поверхности. Потом все чаще стали поступать сигналы от непрофессиональных наблюдателей, отмечавших, например, аномалии в поведении животных. Наконец 4 февраля в 14 часов после серии слабых толчков - возможных предвестников - была объявлена общая тревога, люди выведены из зданий, а в 19 часов 36 минут последовал сильнейший толчок, разрушивший 90% всех сооружений города Хайченг.

Из 600 тысяч горожан погибли около 2 тысяч человек и еще 27 тысяч получили ранения. Но если бы не принятые меры, число пострадавших могло достичь 150 тысяч. Впрочем, эйфория от успешного прогноза продолжалась недолго: 28 июля 1976 года непредсказанное разрушительное Таншаньское землетрясение оставило под руинами китайских городов (в том числе и в Пекине) сотни тысяч человек. В последующие годы в Китае удавалось предсказывать землетрясения, но значительно чаще стихия наносила удар неожиданно. При этом неподтверждавшиеся прогнозы не раз порождали панику среди населения и приводили к большим экономическим потерям, так что в дальнейшем даже было решено ограничить практику проведения эвакуационных мероприятий.

Неудачу китайской программы предсказания землетрясений можно было бы списать на подверженность народных наблюдателей вспышкам особой бдительности или, наоборот, неоправданного благодушия. Если так, тогда решение проблемы должны обеспечить развитые сети геофизических наблюдений. Именно на это сделали ставку США и Япония . Причем регистрацией колебаний земной коры дело не ограничивалось. Измерялись уровень, температура и химический состав воды в скважинах, скорости движения земной поверхности, аномалии гравитационного и геомагнитного полей, проводился мониторинг атмосферных, ионосферных и геоэлектрических явлений. В Советском Союзе не хватало возможностей для развертывания региональных сетей наблюдения, и вместо этого был создан ряд высококлассных локальных полигонов для комплексных геофизических наблюдений. Ожидалось, что успех придет благодаря исследованиям процесса подготовки землетрясений и новым способам распознавания аномалий, в частности, с использованием методов искусственного интеллекта - благо сильных математиков и геофизиков в стране хватало.

Но надежды на технику тоже не оправдались. Огромный рост объема получаемой геофизической информации не привел к качественному росту эффективности прогноза. Геофизикам удалось пронаблюдать большое число различных физических аномалий, предположительно связанных с процессами подготовки землетрясений (наподобие, например, быстрых движений земной поверхности перед Хайченгским землетрясением). Однако подавляющее большинство из них не обнаруживались при других землетрясениях или на других полигонах. Несмотря на все усилия, так и не удалось получить эффективный и экономически оправданный прогноз землетрясений, при котором предотвращенные потери устойчиво превосходили бы ущерб от ложных тревог.

В строгом смысле слова прогноз землетрясения - это заблаговременное определение места, времени и силы ожидаемого сейсмического события. Но дать такой полный прогноз удается редко, и в практических целях используют более простые варианты. Первым приближением к прогнозу служит сейсмическое районирование, отвечающее на вопрос, какой силы подземные толчки в принципе могут ожидаться в данной местности. Следующие степени приближения по времени дают соответственно долгосрочный (десятки лет), среднесрочный (годы, месяцы) и краткосрочный (дни, часы) прогнозы землетрясений. Долгосрочный прогноз часто основывают на гипотезе сейсмического цикла, предложенной в середине 1960-х годов Сергеем Александровичем Федотовым, ныне академиком РАН. Ее суть состоит в том, что разрушительные землетрясения (с магнитудой 7,5 и более) повторяются в сейсмоактивных районах квазипериодически с интервалом 140 ± 60 лет, причем на разных стадиях этого цикла характер сейсмического режима меняется. С учетом районирования и параметров сейсмического цикла выделяются потенциально наиболее опасные области на срок в десятки лет, и в них концентрируются исследования с целью уточнения пространственных и временных рамок возможного сильного землетрясения. Проблема прогноза землетрясений привлекает большое число непрофессионалов. Кажется, что заниматься прогнозом так же просто, как писать стихи (а кто этим не баловался в своей жизни?). Любители обычно недостаточно осведомлены о сути проблемы, но, что хуже, редко бывают строги в своих оценках полученного результата. Типичен случай, когда результаты и алгоритм прогноза все время подгоняются их автором под поступающую новую информацию, вследствие чего создается сильно завышенное впечатление о точности применяемого метода. Сравнивая такой прогноз со строгими профессиональными результатами, любитель часто приходит к ошибочному выводу о высокой эффективности своего детища.

Время глубокого скепсиса

Постепенно в отношении самой возможности прогноза землетрясений стал развиваться глубокий скепсис, особенно сильный в тех странах, где были созданы технически наиболее совершенные сети наблюдений и где перспектива получения надежного прогноза еще недавно казалась такой близкой. При этом сомнения в возможности прогноза получили весомую теоретическую поддержку. В сейсмологии известен эмпирический закон Гутенберга - Рихтера. Он связывает число и силу толчков степенным соотношением: при увеличении энергии землетрясения в 1000 раз (на 2 единицы магнитуды) количество событий такого масштаба уменьшается примерно в 100 раз. Отсюда, кстати, вытекает важный вывод, что львиная доля всей выделяемой в земной коре сейсмической энергии приходится на небольшое число сильнейших событий. Именно они, когда задевают крупные города, причиняют наибольший ущерб. Сейсмологи без особого успеха пытались объяснить закон Гутенберга - Рихтера с самого его открытия. Однако во второй половине ХХ века выяснилось, что такой закон распределения встречается не только в сейсмологии. Сходным образом распределяются населенные пункты по числу жителей, компании по величине капитала, военные конфликты по числу жертв. В физике степенные законы распределения типичны для критических процессов (например для фазовых переходов).

Чтобы объяснить широкое распространение степенных распределений, американец Курт Визенфельд (Kurt Wiesenfeld), датчанин Пер Бак (Per Bak) и китаец Чао Танг (Chao Tang) выдвинули в 1987 году весьма плодотворную идею развития самоорганизованной критичности, или, коротко, СОК-гипотезу. Она утверждает, что сложные динамические системы, в частности земная кора, самопроизвольно эволюционируют в направлении критического состояния с сильным взаимодействием соседних элементов.

СОК-гипотеза давала основание рассматривать литосферу Земли (земную кору и верхнюю часть мантии) как среду, постоянно находящуюся в неустойчивом состоянии. Но отсюда следовало, что реализация в данный момент того или иного землетрясения - исключительно дело случая и принципиально непредсказуема. Случайный взмах крыльев «бабочки Брэдбери» может привести в действие спусковой механизм, вызывающий катастрофические изменения. Если все так, то проблема предсказания землетрясений снимается, как принципиально неразрешимая, а то и вовсе «ненаучная», вроде попыток изобрести вечный двигатель. Говорить о предсказании землетрясений в части международного научного сообщества стало считаться дурным тоном, и даже само слово «предсказание» было изгнано из научной литературы. Если уж приходилось касаться этой щекотливой темы, то пользовались менее обязывающим словом «прогноз». Мода в науке не менее требовательна, чем в одежде, и в 1990-х годах в США и Японии исследовательский проект, ставящий целью поиск методов предсказания землетрясений, имел весьма мало шансов получить поддержку. В 1994 году конгресс США даже принял особое решение о прекращении целевого субсидирования программ прогноза землетрясений и переводе усилий на задачи сейсмостойкого строительства.

В самом деле если прогноз невозможен, то следует заняться другими вопросами, например развитием программ быстрого оповещения. Своевременная информация о приближающихся волнах цунами уже спасла тысячи жизней. Если бы в Индонезии , на Цейлоне и в Индии существовали такие системы, число жертв гигантского Суматранского землетрясения 2004 года было бы намного меньше. Разрабатываются и еще более быстрые системы оповещения, нацеленные, например, на остановку скоростных поездов и опасных производств за то небольшое время, пока сейсмическая волна со скоростью 6-8 км/с распространяется по земной коре от эпицентра землетрясения до потенциально опасного объекта.

Приметы и предвестники

Вечером 11 ноября 1855 года в столице Японии Эдо (современный Токио) горизонт был подернут дымкой, от земли поднимался странный ветерок и туман, называемый в Японии «чики», но звезды горели необычайно ярко. И старик сторож сказал князю, что такая же погода была в Етиго и Синсю, когда он чудом пережил два сильных землетрясения. Над ним посмеялись, но он наварил запас риса, погасил везде огонь и стал ждать. Ночью земля затряслась, дома повалились, но благодаря предусмотрительности сторожа пожара на его дворе не было. Японский геофизик профессор Цуней Рикитаке (Tsuneji Rikitake), автор модели возникновения земного магнитного поля, посвятивший специальное исследование обоснованности народных примет, предсказывающих землетрясения, считает эту историю легендой. И все же старый сторож, возможно, по-своему был прав. Установлено, что при сейсмической активизации из земли может выделяться особенно много радиоактивного газа радона. Испускаемые им заряженные частицы ионизируют молекулы воздуха, порождая центры конденсации влаги и способствуя образованию тумана. Иногда зоны активных геологических разломов трассируются из космоса или с самолета по линейным скоплениям облаков. Предпринимались даже попытки прогноза землетрясений по картам облачности, впрочем без особого успеха. Проявления предвестников землетрясений очень мозаичны, поэтому естественно стремление сейсмологов использовать характеристики, осредняющие их проявление на большой площади. Такой характеристикой могут быть параметры ионосферы (особенно нижних ее слоев, более подверженных воздействию с поверхности Земли). Неоднократно фиксировалось аномальное поведение ионосферы в районах сильных землетрясений. Предложен ряд моделей, связывающих развитие аномалий в ионосфере с выбросами радона, изменением напряженности электрического поля в атмосфере, возбуждением ионосферы низкочастотными упругими колебаниями, возникающими при подготовке землетрясений. Показано, что средние статистические характеристики ионосферы изменяются во время подготовки и реализации землетрясений. Однако эти изменения малы и выявляются только статистически для большого числа землетрясений, а для отдельных событий незаметны на фоне шума.

Скепсис идет на убыль

Вывод о принципиальной непредсказуемости землетрясений встретил не только поддержку, но и естественный- почти на подсознательном уровне - протест. Разве такой масштабный процесс, когда целые хребты смещаются на десятки метров, может запускаться совершенно спонтанно, без всякой подготовки? А если имеет место подготовка, значит, ее можно наблюдать. Естественно, что работы в области прогноза землетрясений не прекратились, и вскоре стало ясно, что тезис об их принципиальной непредсказуемости не отвечает реальной ситуации или, по меньшей мере, требует существенных уточнений. В самом деле ведь на Земле существуют не только сейсмоактивные, но и асейсмичные районы, где землетрясений практически не бывает. Вряд ли литосферу и этих областей также можно описывать как непрерывно находящуюся в критическом состоянии. А значит, бывают разные степени критичности, и соответственно можно оценивать вероятность возникновения сильного землетрясения. Если такая вероятность изменяется в сотни и тысячи раз, то это уже отнюдь не бесполезная информация.

Из модели сильного землетрясения как критического процесса следовали определенные выводы о характере его возможных предвестников. Например, естественно предположить, что сейсмический режим перед сильным землетрясением становится более критическим, нежели чем в спокойное время. В процессе развития критичности резко увеличивается чувствительность среды к внешним воздействиям. И действительно, сейсмологи не раз замечали, что перед сильными землетрясениями литосфера сильнее откликается на прохождение приливных волн или циклонов. Причем эти слабые по геологическим меркам воздействия могут играть роль спускового крючка. Например, крупные землетрясения чаще случаются вблизи полнолуния и новолуния, когда приливы наиболее высоки. Один из характерных признаков роста критичности - аномально высокая изменчивость в интенсивности сейсмического режима, то есть наличие отчетливых периодов активизации и затишья. На повышенную критичность указывает также рост числа разнесенных пространственно, но близких по времени сейсмических событий, а также увеличение доли относительно сильных толчков.

Подобные признаки и ранее отмечались как характерные для предвестникового режима. Но прежде это были эмпирически замеченные соответствия, а теперь они получали теоретическое обоснование. Это был значительный прогресс. Раньше прогноз землетрясений строился, по сути, на опыте и интуиции сейсмологов. Теперь же стало возможным проверять аномалии на соответствие некоторому теоретически ожидаемому сценарию развития неустойчивости в соответствии с СОК-гипотезой. Так из совокупности эмпирических, не вполне достоверных корреляций начало вырастать нечто, отдаленно напоминающее физическую теорию сейсмического процесса.

Впрочем сомнения в предсказуемости сильных землетрясений тоже пошли на пользу науке, поскольку стимулировали тщательную проверку всевозможных методов прогнозирования. Стало правилом хорошего тона тщательно и однозначно формулировать алгоритм прогноза и регулярно публиковать его новые версии. Это позволяет всем желающим самостоятельно его проверять и оценивать эффективность. Почти все алгоритмы прогноза были, кстати, разработаны в рамках советской (а затем российской) сейсмологической школы. Дольше и тщательнее других проверялся алгоритм среднесрочного прогноза сильных землетрясений с магнитудой более 8, получивший обозначение М8. За время проверки он предсказал 7 из 9 сильных землетрясений с упреждением не более 5 лет. Для выдачи экстренных предупреждений этого, конечно, недостаточно. Однако такой прогноз позволяет заблаговременно принять меры по снижению возможного ущерба от ожидаемого удара стихии и повысить готовность к проведению спасательных мероприятий. Сравнение этих прогнозов с моделью случайного угадывания показало, что, по крайней мере в статистическом смысле, предсказывать землетрясения можно. В результате с конца прошлого века скепсис относительно возможности прогнозирования в сейсмологии пошел на убыль, и тематика предсказания землетрясений снова получила гражданские права в науке.

Критические явления и сопутствующие им степенные законы распределения возникают тогда, когда система состоит из большого числа объектов, сильно взаимодействующих между собой. Это приводит к согласованному поведению многих частиц и развитию «конкуренции» между разными типами такого согласованного поведения. Так, при метастабильном фазовом переходе, скажем, при вскипании перегретой воды, стоит возникнуть зародышу новой фазы, как к нему сразу присоединяется и переходит в новую фазу большое число окружающих его атомов. При этом возникает конкуренция за атомы с соседними зародышами, от хода которой зависит распределение образовавшихся пузырьков по размерам. Аналогично более крупные города сильнее привлекают людей, предоставляя больше возможностей в выборе работы и отдыха. Подобный кооперативный тип поведения резко отличается от того, когда отдельные элементы системы ведут себя независимо, подобно молекулам идеального газа.

Эпоха раздвоенного сознания

Почему же так трудно прогнозировать землетрясения? Попробуем сравнить эту задачу с прогнозом погоды. На собственном опыте мы знаем, что он не всегда точен. А теперь представьте, что синоптики не располагают никакими средствами измерения внутри атмосферы - им доступны лишь замеры температуры, влажности и давления под тонким слоем почвы. Конечно, такие данные несут определенную информацию о метеорологических процессах, но вряд ли построенный по ним прогноз будет хорош. А ведь сейсмологи (по крайней мере, до конца 2007 года) находились именно в таком положении: прямой доступ на глубины, где происходят землетрясения, был невозможен. Ситуация в земных недрах оценивалась сугубо косвенным образом, по изменениям, сделанным на поверхности Земли.

Другая причина трудностей состоит в том, что мы, по сути, не знаем, что такое землетрясение. Еще в 1980-х годах известный советский сейсмолог Николай Виссарионович Шебалин настаивал, что предсказание землетрясений невозможно, так как для них нет хорошей физической модели. Это утверждение нуждается в некоторых пояснениях. Принято считать, что причиной землетрясений являются высокие тектонические напряжения, а сами они трактуются по аналогии с разрушением обычного образца горной породы, только очень большого. Нетрудно взять образец, положить под пресс и, постепенно повышая усилие, наконец его разрушить. Можно также (пусть косвенным путем и весьма грубо) оценить величину напряжений в литосфере. Так вот, оказывается, что эти напряжения много меньше тех, что требуются для разрушения пород. Как же тогда возникают землетрясения? Пока непонятно. Особенно загадочно существование так называемых глубоких землетрясений. При огромных давлениях внутри мантии Земли (а очаги землетрясения фиксируются до глубины в 700 километров) даже для того, чтобы произошла подвижка по уже готовому разлому, требуются гигантские напряжения. А никаких указаний на существование столь высоких напряжений нет и в помине. Наоборот, все данные говорят о том, что напряжения в мантии весьма умеренные. Пожалуй, если бы глубоких землетрясений не было, то в учебниках вполне убедительно доказывалось бы, что их и быть-то не может. Без удовлетворительной физической модели набор возможных прогнозных признаков интерпретировать трудно. Остается, по сути, отслеживать вариации интенсивности сейсмического процесса и пытаться выявить неустойчивости в его режиме. Именно на такой подход и ориентированы существующие в настоящее время методы прогноза.

Таким образом, к началу XXI века сейсмология оказалась как бы раздвоенной. С одной стороны, доминирующей теоретической концепцией остается модель землетрясения как критического явления. Она показала себя очень полезной для понимания совокупности процессов, сопутствующих подземным толчкам, и ей не видно достойной альтернативы. Но из этой же модели вытекает случайность и непредсказуемость землетрясения. С другой стороны, имеется опыт прогнозирования. И пусть даже качество прогнозов недостаточно для практического использования, оно явно намного выше, чем можно было бы ожидать при случайном угадывании. Теоретически невозможный прогноз оказался отчасти реализованным на практике.

Одним из путей преодоления этого противоречия стал переход от детерминированного понимания задачи предсказания землетрясений к вероятностной модели прогноза. Изменение внешних условий и внутренняя эволюция геологической среды влияют на вероятность реализации в ней сильного землетрясения, но само оно все же остается случайным событием. Подвижка, начавшаяся в области высокой вероятности сильного события, может остаться микроземлетрясением (что чаще всего и случается), но имеет также шанс развиться в сильный толчок. При таком подходе и овцы целы (модель землетрясения как критического явления сохраняется), и волки сыты (вероятностный прогноз оказывается, тем не менее, вполне возможен).

Крайне редко землетрясения случаются даже в районах, которые считаются асейсмичными. Самое удивительное из таких событий произошло 25 марта 1998 года в море Сомова у островов Баллени, на расстоянии около 500 километров от побережья Антарктиды, на стабильной океанической плите. Между тем, по современным сейсмотектоническим представлениям такие плиты должны быть абсолютно «пассивными». В континентальных асейсмичных областях землетрясения обычно приурочены к древним зонам опусканий - грабенам (узким прогибам земной поверхности, наполненным осадочными породами). Подобные зоны часто связаны с современными долинами крупных рек. Например, такая структура соответствует правому берегу реки Москвы в черте города и ниже по течению. Русская платформа в целом асейсмична. Подавляющее большинство регистрируемых на ней толчков связано со взрывами и карстовыми явлениями. Однако есть и еще один источник сейсмичности. В земной коре существуют направления (каналы) преимущественного распространения сейсмических волн. Благодаря одному из таких каналов на Русской платформе, в частности в Москве, хорошо ощущаются колебания от толчков, происходящих в зоне глубокой сейсмичности в Румынии. Уверенность в том, что на Русской платформе не бывает собственных местных землетрясений, настолько укоренилась, что при упоминании в летописях о подземных толчках, скажем, в Москве или Твери, сейсмологи, как правило, сразу пересчитывают их параметры на случай предполагаемого глубокого очага в Румынии. При всей обоснованности такого подхода он может привести к утере информации о действительно бывших в прошлом заметных землетрясениях на Русской платформе. В некоторых случаях сейсмологи сталкиваются с искусственными (спровоцированными) землетрясениями. Например, в окрестностях крупных водохранилищ вероятность сейсмического события заметно возрастает после толчков другого, возможно, далекого землетрясения или, например, сильного подземного ядерного взрыва. В связи с этим в прессе периодически появляются сообщения, будто те или иные землетрясения были инициированы в военных или политических целях. Однако даже если бы подобные планы действительно существовали, любому специалисту очевидно, что уровень развития современной сейсмологии не позволяет их реализовывать.

Новые надежды

В последние годы в исследованиях по прогнозу землетрясений стали широко применяться космические средства наблюдения. Сильные землетрясения - это крупномасштабные события, дающие мозаичную картину предвестников на большой территории. Новые спутниковые технологии позволяют отслеживать деформации земной поверхности, изменения температуры почв при выбросах глубинных флюидов, изменения в свойствах ионосферы, связанные с подготовкой и реализацией сильных землетрясений.

В работах по прогнозу землетрясений NASA, например, делает ставку на массированное использование высокоточной системы глобального позиционирования GPS, а также появившихся чуть позже спутниковых радаров с синтетической апертурой InSAR. GPS позволяет с точностью до миллиметров отслеживать положения точек земной поверхности, где установлены стационарные приемники, и оценивать скорости их движения. Предполагается, например, что отклонения от равномерного смещения вдоль разломов системы Сан-Андреас в Калифорнии - одного из самых сейсмически активных районов Северной Америки - позволят выявить места зацепок и накопления напряжений, то есть вероятные места готовящихся землетрясений. Технология InSAR дает площадные изображения смещений земной поверхности за интервалы времени между последовательными обзорами территории. Объединение данных GPS и InSAR обеспечивает возможности мониторинга движений земной поверхности, немыслимые еще несколько лет назад. Остается только непростая задача: выделить из этих данных сигнал, позволяющий прогнозировать место и силу будущего землетрясения.

Другой прорыв в исследовании землетрясений реализуется в настоящее время совместно Геологической службой США (USGS) , Международной научной программой глубокого континентального бурения (ICDP) и Национальным научным фондом США (NSF). Он состоит в том, чтобы подобраться к самому очагу землетрясения. С этой целью начиная с 2004 года бурилась специальная скважина, которая в прошлом году пересекла тело разлома Сан-Андреас на глубине 3 километров. В настоящее время в скважине устанавливают приборы глубинной обсерватории SAFOD (San Andreas Fault Observatory in Depth) , которые будут передавать информацию непосредственно из зоны готовящихся очагов землетрясений.

Среди современных европейских систем наблюдения особый интерес представляет французская программа на основе запущенного в 2004 году спутника DEMETER (Detection of ElectroMagnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions). Она предусматривает проведение как дистанционных, так и наземных наблюдений с целью проверки и привязки космических данных. Эта программа интересна тем, что ориентирована на прогнозирование землетрясений по данным об изменении состояния ионосферы. Правда, пока еще рано говорить о получении на данном направлении значимых результатов.

Подводя итог, можно сказать, что согласно современным представлениям прогноз землетрясений принципиально возможен, по крайней мере, в вероятностном понимании. Но какой точности прогноза реально достичь - еще не ясно. Хочется также отметить, что, хотя справиться с задачей пока не удалось, работы по прогнозу землетрясений принесли немало пользы для науки в целом. Они оказались пионерскими для широкой и крайне актуальной сферы исследований: изучения признаков неустойчивости в поведении сложных динамических систем самой разной физической природы. Ранее, в середине прошлого века, сейсмология оказалась первой областью знания, где стала понятна особая роль степенных распределений. В настоящее время разработанные в сейсмологии общие подходы применяются к оценке устойчивости самых разных динамических систем, вплоть до экономических и социальных.