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

Как определяют сейсмически опасные зоны

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

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

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

Можно ли предсказать землетрясения

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

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

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

Почему большие землетрясения так трудно спрогнозировать

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

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

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

Почему людей не эвакуируют при малейшем риске большого землетрясения

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

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

Как работают системы раннего оповещения о землетрясениях

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

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

В техническом смысле землетрясение определяют как непредвиденное высвобождение энергии в толще земной коры, которое приводит к образованию сейсмических волн. Под землетрясениями также понимают подземные толчки или содрогание земной коры. Многие задаются вопросом, есть ли возможность предсказывать землетрясения, однако прежде чем ответить на этот вопрос, стоит уяснить следующее: землетрясения - полностью естественный процесс, который человечество на сегодняшний день контролировать не в силах.

Сегодня ученые лишь способны определить отдельные места на планете, где существует вероятность возникновения крупных землетрясений. Однако время, место и стопроцентную вероятность землетрясения современная наука на данный момент определить не способна. Возможно в будущем, у ученых будет возможность предсказывать землетрясения, как метеорологи могут предсказывать погоду, но это пока лишь только мечты и надежды на будущее.

Догадки и гипотезы

В распоряжении исследователей сейсмических явлений есть современное оборудование, которое позволяет строить определенные догадки относительно возможности возникновения землетрясения в той или иной точке планеты. Однако, это всего лишь догадки и гипотезы, и нет никакой гарантии, что они могут подтвердиться в реальности.

Анализируя историю землетрясений в том или ином регионе, ученые способны строить определенные гипотезы и высказывать предположения относительно возможности повторения подземных толчков в этом месте.

Обладая результатами исследований, ученые с помощью специального оборудования и современных технологий устанавливают точки нарастающего в подземной коре давления и определяют линии тектонических нарушений. Только после скрупулёзного анализа этих данных специалисты могут весьма приблизительно предположить возможность возникновения землетрясения в данной точке. Подобные предсказания очень и очень ненадежны.

Чего удалось добиться

Значительного прогресса ученые достигли в прогнозировании возникновения дополнительных подземных толчков, которые могут последовать после основного изначального землетрясения, подобные явления называются иногда афтершоками (от английского aftershock).

За последние годы очень многие из подобных прогнозов оказались верными на все сто процентов. Подобные прогнозы базируются, прежде всего, на глубоком и тщательном анализе и исследовании графиков и общих особенностей, следующих за первым землетрясением, повторных подземных толчков, при этом основой подобных исследований является изучение линий тектонического нарушения, выявленных во время или после первого землетрясения.

Безусловно, в исследовании землетрясений на сегодняшний день ученые значительно продвинулись по сравнению с положением в этой отрасли, которое наблюдалось несколько десятилетий назад. Развитие технологий и современных методов исследований возможно в скором времени поможет ученым продвинуться еще дальше.

Исследователи полагают, что ключевым звеном в теории изучения землетрясений и возможности их прогнозирования является четкое понимание взаимосвязей между магнитным и электрическим зарядами горных пород и возникновением землетрясения как явления.

Эксперты считают изучение электромагнитного заряда горных пород принципиально важным, так как было установлено, что за очень короткое время до землетрясений свойства электромагнитных полей в определенной степени изменяются. Вполне очевидно, что ключ к разгадке возникновения землетрясений и возможность их успешного прогнозирования лежит в подробном изучении электромагнитных полей и закономерностях их изменения. В этой области ученые продолжают вести исследования, но, к сожалению, на сегодняшний день предсказать возникновение землетрясения в той или иной точке планеты со значительной долей вероятности практически не возможно.

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

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

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

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

Неустойчивая твердь

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

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

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

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

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

Сейсмический климат

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

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

Возможно ли землетрясение в Сеуле? Завершающийся 1999 год был отмечен немалой сейсмической активностью. Разрушительные землетрясения произошли в Турции и на Тайване, в Греции и в Мексике. Нет ничего удивительного в том, что сейчас, после всех этих катастроф, корейцы тоже стали беспокоиться о том, не может ли и Корея стать жертвой сейсмического катаклизма. В целом Корейский полуостров -- это район довольно слабой сейсмической активности. Его юго-восточная оконечность располагается всего лишь в нескольких сотнях километров от Тихоокеанского разлома. Этот разлом представляет из себя огромную дугу, которая начинается на Аляске и дальше через Курилы, Японию и Тайвань уходит далеко на юг, к Индонезии и Новой Зеландии. Разлом этот относится к числу самых сейсмически нестабильных районов планеты. Его постоянно сотрясают землетрясения, там сосредоточено и большинство действующих вулканов планеты. С другой стороны, к востоку от Корейского полуострова, на противоположном берегу Желтого моря, лежит еще одна сейсмически активная зона. Она сравнительно невелика, но чревата немалыми неприятностями (не в последнюю очередь потому, что располагается она под наиболее густонаселенными районами Северного Китая). Именно здесь, сравнительно недалеко от Пекина, в июле 1976 года произошло самое катастрофическое землетрясение нашего столетия, которое унесло жизни 220 тысяч человек. Однако, несмотря на такое опасное соседство, с точки зрения сейсмологов Корейский полуостров относится к числу относительно стабильных районов. Землетрясения здесь время от времени происходят, но все-таки остаются редкостью. В свое время, в двадцатые годы, это обстоятельство даже заставило японское правительство всерьез обсуждать вопрос о переносе столицы Японской империи в Сеул из сейсмически небезопасного (особенно при тогдашней технике строительства) Токио. Однако встает вопрос: а можно ли считать, что Корея находится в абсолютной безопасности? Увы, это не так. В старинных корейских хрониках есть упоминания о весьма серьезных землетрясениях, сопровождавшихся и разрушениями, и человеческими жертвами. Так, в 779 году в корейской столице, которая тогда располагалась в городе Кёнчжу, на юго-востоке полуострова, "земля тряслась, многие дома рушились, и около ста человек погибло". В 1455 г. в Сеуле, тогда уже столице страны, "рушились строения, и немало людей погибло под развалинами". Корейские ученые, опираясь на летописные записи, следы повреждений на старинных постройках и геологические данные, установили, что за последние два тысячелетия в Корее произошло около 40 землетрясений силой 7 баллов и более. Это -- не очень большая величина по меркам, скажем, Японии или Турции, но все равно эта цифра дает основания для беспокойства. Вдобавок, последние годы стали временем подозрительного роста сейсмической активности. Если в 1980-е годы в Корее регистрировалось около 10-15 микроземлетрясений в год, то в 1990 -е годы их число примерно удвоилось. В 1996 г. в Корее было отмечено 39 землетрясений, в 1998 -- 32. Этот год, кажется, будет рекордным, так как за его первые девять месяцев корейские сейсмологи зарегистрировали 34 землетрясения. Речь, понятно, идет о землетрясениях небольших, которые людьми не замечаются и могут быть зафиксированы только специальными приборами. Тем не менее, рост сейсмической активности в Корее -- налицо. Особое беспокойство вызывает то обстоятельство, что самый крупный очаг сейсмической активности находится в районе Сеула, то есть там, где сейчас сосредоточена почти половина населения страны. Есть в Корее и два менее серьезных сейсмических очага: на юго-востоке, в районе Тэгу и Кёнчжу, и на севере, вблизи северокорейской столицы Пхеньяна. Корейские сейсмологи оценивают в 57% вероятность того, что в ближайшие 10 лет в районе Сеула произойдет крупное (около 6 баллов) землетрясение, по силе примерно соответствующее недавним разрушительным землетрясениям в Греции и на Тайване. Для Пхеньяна и Тэгу эта вероятность составляет, соответственно, 35% и 29%. Вероятность в 57% никак нельзя назвать маленькой, поэтому сейчас в Корее принимаются меры по подготовке к возможному землетрясению. В частности, после 1988 г. все дома в стране строятся с таким расчетом, чтобы без повреждений выдержать пятибальное землетрясение. Для школ и зданий общественного назначения установлены более строгие нормативы. Насколько эффективны все эти меры? Чтобы ответить на этот немаловажный вопрос, корейские сейсмологи и инженеры недавно провели моделирование того, как гипотетическое землетрясение силой в 6,3 балла повлияет на один из районов центрального Сеула. По данным геологов, две тысячи лет назад (точнее, в 89 г. н.э.) на территории нынешней корейской столицы уже происходило землетрясение примерно такой силы. Для моделирования был выбран район площадью в 1 квадратный километр, где находится 780 зданий различного назначения. Анализ показал, что примерно треть зданий будет, скорее всего, сильно повреждена землетрясением. При этом наиболее уязвимыми оказались не многоэтажные жилые комплексы, возведенные из усиленного железобетона, а кирпичные дома высотой в 2-4 этажа. Вдобавок, кому уж как не нам, жителям России и СНГ, не знать, что любые, самые замечательные и самые продуманные нормативы ничего не значат, если они попросту игнорируются строителями. Так, между прочим, обстояли дела в Турции, где большинство домов возводилось с нарушением существующих норм. Понятно, что предпринимателям было выгодно "экономить" на стройматериалах, а турецкое чиновничество оказалась неэффективным и продажным, и было готово закрывать глаза на грубые нарушения инструкций. Как бы то ни было, но недавние катастрофы в Турции и Греции заставили и корейцев вновь задуматься о проблемах сейсмической безопасности. Ведь, как напоминает корейская печать, затраты на профилактику разрушений в 10-20 раз меньше сумм, которые потом приходится тратить на восстановление разрушенного...

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

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

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

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

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

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