Катастрофы в природе: землетрясения. Возможен ли прогноз землетрясений? (Б. С. Каррыев)

Возможен ли прогноз землетрясений?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Конец ознакомительного фрагмента.