Глава 5 Расходящиеся по миру цунами
Если кто-то составит список главных угроз, потенциальных причин глобальных катастроф, то «цунами» войдут если не в первую пятерку, то в дюжину точно. Недавняя катастрофа в Японии только подтверждает сей трагический рейтинг. В 2005 году заместитель директора Института океанологии РАН имени П.П. Ширшова, академик Европейской Академии наук, профессор Леопольд Исаевич Лобковский предложил мне познакомиться поближе с его «Теорией клавиш» (рабочее название) и популярно изложить ее в прессе. Наблюдался некий парадокс: работы ученого с мировым авторитетом, предсказавшего на тот момент знаменитое Суматранское цунами 2004 года и последовавшие «афтершоки», регулярно публиковались в мировой научной прессе, в нашем «Вестнике Академии наук», но не попадали в нашу широкую прессу.
А «достучаться» до наших чиновников ему велел долг не только ученого, но и гражданина. Раз в год у нас заседает «Морской кабинет» – примерно тот же Совет министров, но целиком посвященный проблемам наших морей и прибрежных территорий. И результаты работ российских ученых, исследователей цунами должны быть учтены в «поднимающемся с колен» строительстве на Дальнем Востоке. Необходимо было напомнить на фоне гремевшего в мировых СМИ Суматранского цунами – напомнить и о замолчанном цунами 1952 года, когда волна высотой 15 метров смыла целиком наш город Северо-Курильск. Тогда погибло – эти сведения мне тоже дали в Институте океанологии РАН – около 10 000 человек(!) – и только расходящиеся по стране, как по воде круги слухов… (поворачивающему реки социализму было не с руки выдавать информацию о некоторых, еще имеющих место, попытках реванша Природы, о каком-то там ревизионистском или троцкистском цунами). Но если серьезно, то после Северо-Курильска в СССР была создана сеть оповещения о цунами…
Материалы нескольких наших бесед с профессором Лобковским, и приданные несколько папок схем и уравнений, я, как мог, популярно изложил в «Независимой газете», в отдел «НГ-наука». На страницах этой книги я могу это сделать несколько подробнее, начав со знаменитой теории «дрейфа материков» Альфреда Вегенера, каковая позволяет взглянуть не только на цунами, но и на мировое распределение зон тектонической и вулканической активности.
1. «Дрейф материков». История и предыстория.
Концепция тектоники литосферных плит, включившая в себя более раннюю гипотезу «дрейфа материков» Альфреда Вегенера, сразу же, в 1960-х годах, обрела ярых противников и сторонников. На всех континентах (неподвижных или дрейфующих) – «фиксисты» и «мобилисты» повели научный спор, быстро проникший в сферу массового сознания. Когда же через много лет дрейф континентов был безоговорочно доказан, зарегистрирован методами космической геодезии и теория тектоники плит заняла свое место рядом с законами Ньютона и Ома – интерес СМИ к этой теме стал естественно снижаться.
Но в СССР тот спор получил свою специфику: «фиксисты» (противники теории «дрейфа») заручились партийно-государственной поддержкой, и в результате – «мобилисты» начали плавно дрейфовать в сторону «антиматериализма, антимарксизма», и далее – «к берегам», где ранее уже побывали… кибернетики и генетики… И, тем не менее, именно у нас, в СССР, где сторонники фиксистской геосинклинальной теории, оказавшейся позднее ложной, сформировали мощнейшую (количественно) школу, а работы в новом плитотектоническом направлении развивались лишь в двух-трех немногочисленных научных коллективах, именно здесь и была разработана концепция, существенно развивающая фундаментальное учение мобилизма и приводящая к самым удивительным, в том числе и практическим, жизненно важным результатам.
2. Развитие теории литосферных плит
Для начала напомним общепринятую сегодня парадигму мобилизма: основные геологические процессы на Земле определяются взаимодействием нескольких крупных литосферных плит с горизонтальными размерами порядка нескольких тысяч километров и толщиной порядка 100 км, которые перемещаются в горизонтальном направлении со скоростью нескольких сантиметров в год в первом приближении как жесткие тела.
Подавляющее число сильных землетрясений, более 90 %, возникает в местах перехода от океанов к континентам, в зонах субдукции, где океанская плита пододвигается под континентальную окраину или островную дугу, а затем погружается в мантию Земли. Классические зоны субдукции: западные окраины Южной и Северной Америк, Алеутская островная дуга, Курило-Камчатская дуга, Японская и Филиппинская островные дуги, Зондская островная дуга, включающая Суматру. Сильные землетрясения возникают здесь из-за внезапного высвобождения упругой энергии, накопленной в результате трения литосферных плит. Наряду с упомянутыми зонами конвергенции (схождения) плит, существуют и зоны дивергенции (спрединга) литосферных плит, где они отодвигаются друг от друга, а возникающее между ними пространство заполняется магмой, при охлаждении образующей океаническую кору. В результате образуются новые океаны или окраинные моря. Таким путем, например, в течение последних 130 млн. лет возник современный Атлантический океан.
Средняя скорость конвергенции плит примерно 50 мм/год. В случае достаточно быстрой Индийской плиты, субдуцирующейся под Суматру – 65 мм/год. Другой рекордсмен в этой смертельной гонке – район Курило-Камчатской дуги, под которую еще быстрее погружается Тихоокеанская плита.
Как известно, Вегенера на его идею дрейфа материков натолкнул рисунок берегов Южной Америки и Африки, совпадающих как фрагменты пазла. Открытие доктора физико-математических наук Леопольда Лобковского так же имело зрительный прообраз.
«Клавиши»
Если всмотреться в границы упомянутых плит на батиметрической карте дна Мирового океана, то вы увидите не строгие линии раскроя, но (продолжая образ) скорее – бахрому. То есть края материковых плит разрезаны на почти правильные лепестки, линии разломов перпендикулярны границе плиты. Впрочем, автору, Леопольду Лобковскому, больше «пришелся» другой образ – клавиши. То есть на океаническую плиту наползает не крышка – но клавиатура рояля. Эти блоки-клавиши, хорошо различимые на картах, имеют ширину 100–150 км. Кажется, всего лишь еще один образ! Но… главное, как мне кажется, в модели Лобковского – вычленение работающей единицы, блока, как бы выделение – кванта землетрясенческой энергии. Не вся плита, площадью порою с четверть планеты – но малая часть ее, полоска шириной 100 км, разбитая на блоки по 150–100 км – истинный источник землетрясений и цунами. Разломы между этими гранитно-базальтовыми блоками: осколки, осадочные породы, – труха, сыпучая фракция между жесткими телами. Блоки, получается – накапливают упругую энергию – изолированно. А когда скальная порода не выдерживает, в зоне наибольшего трения возникает срыв: передовая подводная часть блока «выстреливает» в область океана как упругая пружина. Такое смещение примерно на 10 метров создает мгновенный удар снизу по грандиозному объему воды. На поверхности океана возникает динамический «горб» высотой порядка 10 м и шириной около 100 км. Но это не все. Тыловая часть зоны напряженного состояния при «выстреле» часто испытывает погружение и перед «горбом» возникает небольшая впадина. Огромная одиночная волна расходится в обе стороны, как 26 декабря 2004 года: к Суматре и в сторону Шри-Ланки. На той стороне, где впереди была водная впадина, цунами предшествовал отлив. Океан отступил на сотни метров, волна цунами пришла через 5 минут. А со стороны «горба» волна идет сразу и отлив ей не предшествует. Эта схема действует практически во всех случаях возникновения цунами. Скорость распространения волны – 800 км/час в открытом океане. Под действием сил трения волна теряет скорость, но приобретает более острую форму, начинает сужаться, увеличивает свою амплитуду. Финальная стадия цунами – заплеск волны на берег с образованием гребня, как на знаменитой картине Хокусая.
«Эксперты и духовидцы»
Научный приоритет «клавишной концепции Лобковского» был утвержден в серии статей, опубликованных в ведущих отечественных и зарубежных журналах в 80 – 90-х годах прошлого столетия, а недавняя Индийская (Суматранскя) катастрофа лишь проиллюстрировала его убийственную правоту. Но главная тема нашей беседы с Леопольдом Исаевичем – практическое применение его модели.
Л. И. Лобковский: В декабре 2004 к северу от Суматры «выстрелило» сразу несколько блоков, этот «аккорд» вызвал образование огромного очага землетрясения и гигантского цунами. Блоки по разным причинам «срабатывают» вместе, особенно часто это бывает, когда субдукция не ортогональная, а косая. В этом случае «клавиши» не могут деформироваться независимо, так как они сжимаются еще и вдоль дуги, и если один блок «выстреливает», он увлекает за собой и все остальные. Это напоминает принцип домино, он и лежал в основе сильнейшего землетрясения с гипоцентром у северной оконечности о. Суматра, что явилось причиной возникновения 1300-километрового очага землетрясения с магнитудой (логарифм выделенной энергии) больше 9 (…) Н
На приведенной в «Независимой газете» схеме было показывал, как из 4 клавишных блоков один уже «разрядился» и отступает в сторону океана. Три других находятся в стадии накопления напряжений, движутся в обратном направлении. Совместная их разрядка – страшной силы природный аккорд. Математическое моделирование по клавишной схеме проводится в рамках механики упруго-пластической среды. На его основе можно создать долгосрочный прогноз землетрясений и цунами. Речь идет о частоте примерно в 100–150 лет. В северной половине Зондской островной дуги вся накапливаемая здесь в течение примерно 150 лет конвергентная энергия мгновенно выделилась при землетрясении 26.12.2004 г. Теперь к северу от Суматры в этой части дуги возможны перераспределения напряжений, афтершоки, но подобной силы землетрясения здесь можно не опасаться еще 100–150 лет.
В 1965 году в Алеутской дуге в результате «выстрела» нескольких «клавиш» образовался длинный очаг сильнейшего землетрясения. Огромное цунами накрыло Гавайи, докатилось до Курил, Камчатки. Другой пример, сильнейшее Чилийское землетрясение в 1960 году. Тогда также имел место сейсмический «аккорд» из 7 «клавиш», образовался очаг длиной около 1000 км. Цунами пошло с юго-востока на северо-запад, через 5 часов захлестнуло Гавайи, затем Курилы и весь Тихий океан. Эти два события практически идентичны произошедшему 26 декабря 2004 года в Индийском океане, однако в последнем случае катастрофа была наиболее крупной из всех, поскольку ее возникновению способствовал наиболее длинный очаг.
Естественно я тогда спросил:
—Леопольд Исаевич, на ваших картах отмечены основные очаги сильнейших землетрясений и цунами. И какие «сейсмические бреши», участки, которые на очереди после Суматры?
– Долгосрочный прогноз, на 100–150 лет достаточно хорошо обоснован. Например, в обозримом будущем произойдет крупное землетрясение в районе Токио, «Токийский блок» приближается к критическому состоянию. Мы не обращались напрямую к японскому правительству, но даем такой прогноз в вышедшей недавно (2004 г.) книге «Современные проблемы геотектоники и геодинамики» (авторы: Л.И. Лобковский, А.М. Никишин, В Е. Хайн). Мы, кстати, сделали в 1991 году своевременный и точный прогноз о критическом состоянии блока, включающего японский г. Кобе, где в 1995 году произошло крупное землетрясение.
3. Ближе к России
С позиций клавишной модели, следующие катастрофические землетрясения и цунами ожидаются в районе центрального звена Курило-Камчатской островной дуги и в районе Каскадных гор на Западном побережье США и Канады, что делает тему работ Лобковского значимой общенационально. База нашего Тихоокеанского флота, нефтегазовые проекты у Сахалина…
По землетрясениям существует три категории прогнозов.
Первый, долгосрочный, шаг на 100 лет – базируется на исследовании зон субдукции. Второй – среднесрочный, с шагом в несколько лет. В его основе – процессы, непосредственно связанные с подготовкой очага. Элементы трансформации напряжений, предварительные подвижки плит, форшоки – предварительные толчки. Когда очаг назревает, соседние с ним «клавиши» начинают смещаться по боковым разломам. Краткосрочный прогноз – мечта всего человечества. Им занимаются с древнейших времен, исследуя поведение животных накануне землетрясения: собак, кошек, мышей, змей и т. д. Чувствуя дрожь в воде, косяки рыб уходят на глубину. Змеи выползают на открытое пространство, ориентируясь по их поведению, китайцы несколько раз предсказывали землетрясения, и достаточно удачно. Счет по двум недавним китайским катаклизмам: 20 к 300 000. То есть, два одинаковых примерно по силе землетрясения, в одном случае был удачный прогноз, и правительственное решение по эвакуации – 20 погибших! В другом случае решения по эвакуации не было… Надо добавить, что между ними были и несбывшиеся прогнозы – а любому правительству сложно решаться на частые эвакуации. Ведь помимо землетрясений на животных похожим образом могут действовать геофизические аномалии, погодные изменения, колебания грунтовых вод, масса других признаков. Сегодня четких критериев определения землетрясения за день-два нет, это вопрос будущего (…)
В январе 2005 года в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН под председательством вице-президента Российской Академии наук, академика Николая Лаверова, прошел расширенный Ученый совет, где была признана огромная важность концепции Лобковского, реализации ее прогностических возможностей. Но, по-моему, самое важное и самое сложное ожидается в работе связки: научный прогноз – правительственное решение. Не только повышение точности предсказания (месяц, день, час) – но и система работ по прогнозам каждого уровня.
Вот, может неожиданный, но зато и самый известный случай сочетания долгосрочного и краткосрочного предупреждения. Библия. По первому указанию – Ной строил ковчег 120 лет. А по второму – начал погрузку он «и сыновья его, и жена его, и жены сынов его», и все упомянутое зверье – за семь дней до начала Всемирного потопа. Идеальный пример: по долгосрочному прогнозу ведутся плановые, может столетние работы, закладываются строительные нормативы, по краткосрочному – эвакуационные мероприятия.
Как свидетельствует расшифровка данных с американского спутника, пролетевшего по трассе через Индийский океан вскоре после катастрофы у острова Суматра, он «почувствовал» и зарегистрировал аномалию волн в океане. Должная реакция на это наблюдение дала бы заблаговременное оповещение о приближающемся цунами для многих населенных пунктов на побережьях Индии, Шри-Ланки, Африки, что значительно снизило бы число жертв катастрофы.
Кроме недавно появившейся возможности предупреждения цунами с помощью спутников, существует традиционная система, основанная на донных сейсмографах и датчиках давления, которые могут передавать информацию о землетрясениях и цунами по кабелю или радиоканалу. Подобные системы – реальность, их устанавливают и используют в своих сейсмически активных зонах американцы и японцы.
В настоящее время разворачивается большая международная программа по созданию современной сети прогноза и предупреждения о землетрясениях и цунами в Индийском океане. Для России абсолютно необходимо в срочном порядке развернуть детальные исследования и мониторинг в зоне огромной «сейсмической бреши», расположенной к югу от Северо-Курильска и к северу от острова Уруп, где, согласно модели Лобковского, сильно сжатые клавишные блоки тихо и незаметно готовят природную катастрофу, подобную произошедшей в Индийском океане.
Представьте наш типичный дальневосточный рельеф: горы, сопки, сходящие к морю – при оповещении хотя бы за час подняться вверх по склонам не так уж сложно. Работай такая сеть в 1952 году, и 10 000 северокурильчан остались бы, может, и бездомными – но живыми…