Наука о землетрясениях

Каждому человеку знакомо состояние, когда земля уходит из-под ног независимо от нашей воли. Однако далеко не всегда это случается по причине влияния на сознание паров алкоголя. Иногда сама природа просыпается и начинает возмущенно играть мускулами, то бишь земной твердью. И тогда начинают рушиться дома, дыбом встает асфальт… Иногда недовольство столь велико, что с географических карт исчезают горы и озера, а реки меняют свое русло. Населению, проживающему в районе, попавшему в немилость, остается только спасаться бегством, если для этого есть время и возможности. Зачастую нет ни первого, ни второго.

Человечества сталкивалось с этим стихийным явлением еще с тех пор, как научились ходить. Очевидно, к тем же временам относятся и первые попытки объяснить природу этого феномена. Естественно, основная вина в них ложится на всяческих демонов и гнев богов. По мере того, как человек обретал все большую зависимость от данной местности – сеял злаки, разводил домашнюю живность и кое-какую мебель – урон от землетрясений становился все ощутимей. Вследствие этого, возникало желание хоть как-то задобрить немилость сверху, а иногда и предсказать ее проявления.

В разных странах за подземные сотрясения отвечали разные сущности. Например, в древней Японии этим занимались гигантские сомы, живущие глубоко под землей и иногда имеющих желание размять кости. И вот совсем недавно, 11 марта 2011 года, они в очередной раз дружно зашевелились, и на этот раз, вероятно, подавляющим большинством своего сообщества, что проявилось мощной серией землетрясений и огромной волной цунами.

Земная кора постоянно движется. Очень медленно и в разных направлениях. Громадные блоки, называемые платформами, сталкиваются, трутся друг о друга, и даже конфликтуют лоб в лоб. Кто-то уступает, а кто-то становится победителем, подминая под себя неудачника. А бывает и так, что до поры до времени противостояние не выявляет победителя – огромные блоки упираются друг в друга, как бараны лбами, и со временем сила давления друг на друга возрастает. Когда она достигает значений, которых не в состоянии выдержать противоборствующие стороны, в месте конфликта возникает разрушение земной коры, сопровождающееся землетрясением и сдвигом пластов вдоль места разлома. Такую теорию предложил американский геофизик Гарри Рейд около ста лет назад, когда изучал причины и следствия землетрясения 1906 года, которое практически до основания разрушило Сан-Франциско. С тех пор различные ученые выстраивали свои собственные теории, объясняющие тектоническую активность, приводящую к землетрясениям, но в общих чертах основа явления осталась неизменной.

К сожалению, множество различных версий теоретического объяснения грозного природного явления не привело к увеличению наших знаний о нем.

На данный момент общепризнано, что очаг землетрясения (по-научному – гипоцентр) представляет собой подземную область, в которой и происходит процесс разрушения горных пород с выделением огромного количества энергии, которая выделяется совсем не  для блага человечества. Причем, чем больше объем гипоцентра, тем больше энергии выделяется в деструктивных целях. Очаги землетрясений могут простираться на десятки и даже сотни километров. Например, очаг Камчатского землетрясения, которое произошло в 1952 году, имел протяженность около 500 километров. Суматранское землетрясение 2004 года, вызвавшее самый разрушительный цунами в современной истории человечества – 1300 километров.

Размеры гипоцентра зависят от множества факторов. Один из основных – физические характеристики горных пород, проще говоря – их прочность. Любой пласт, подвергшийся воздействию в зоне очага, может как разломаться, так и остаться невредимым. К сожалению, человек пока не научился жить глубоко под землей, и прибора, который бы отслеживал все происходящие там события, пока не изобретено.

Процесс, получивший название сейсмического районирования, ставит перед собой цели предсказать возможную максимальную силу землетрясений для каждого района данной местности. Однако конкретного места и времени землетрясений оно спрогнозировать не в состоянии. Полученную в результате карту можно смело сравнивать с климатической, только вместо возможной в данной местности температуры указывается сила ожидаемого землетрясения.

Как правило, за основу для составления таких карт берут информацию о прошлых землетрясениях в данном регионе. Однако история инструментальных наблюдений за сейсмической активностью (то есть измерение силы подземных толчков с помощью приборов) насчитывает чуть больше ста лет, а в некоторых областях – еще меньше. Некоторые сведения можно почерпнуть из исторических источников. Например, описания последствий землетрясений античными авторами достаточно для определения балльности землетрясения. Поскольку современные шкалы построены как раз на основе последствий подземных толчков – например, степень разрушения зданий, реакция людей на колебания почвы и т.д. Правда, всего этого недостаточно, поскольку в геологическом плане история человечества слишком недолговечна. И если в определенном районе планеты в течение последних пару тысяч лет никогда не было девятибалльных землетрясений, это не значит, что их здесь не будет никогда. Даже если речь идет о жилищном строительстве, то современные многоэтажные здания уже представляют собой опасные объекты, в случае разрушения которых погибнет множество людей. А строительство таких объектов, как атомные электростанции или нефтепроводы способны принести беду в гораздо больших масштабах, поэтому здесь и точность предсказаний должна быть на совершенно другом качественном уровне.

Проблема оказывается частично решаемой, если систематизировать наблюдения с точки зрения их основных характеристик, в числе которых плотность и повторяемость. Если выявить закономерности частоты повторяемости землетрясений от их силы, можно предсказать такое событие с определенной степенью достоверности в будущем. Сегодня выявлением таких зависимостей занимаются математики, и если для определенного участка земли за конкретный промежуток времени выявлено такую закономерность, ее можно экстраполировать на будущее – сотни и даже тысячи лет. Однако следует четко себе представлять, что такое прогнозирование имеет вероятностный характер и не имеет ничего общего с кратковременным предсказанием, которое в силах предотвратить возможные жертвы.

Как пример такого рода можно привести действующий на данный момент комплект карт ОСР-97 сейсмического районирования России. Согласно ей на территории страны были выявлены все геологические разломы, которые являются потенциальными источниками подземных толчков. Сейсмическая активность в этих районах смоделирована с использованием сложных математических методов, после чего сравнили расчетные данные с реальными. В итоге получились зависимости, которые и явились основой для составления карт сейсмического районирования, на которой указывается максимальная мощность землетрясений, которые могут происходить на конкретной территории с периодичностью от 100 до 1000 лет.

Образно говоря, наличие таких карт позволяет «подложить соломку» в любом месте, где вероятны мощные подземные толчки. Но чтобы не смягчить урон, а свести его к минимуму, необходимо знать точное время и место события, то есть вместо карты климата иметь прогноз погоды на несколько суток.

Самый точный и эффективный прогноз землетрясения был сделан в китайском городе Хайчен в 1975 году. Местные ученые, которые вели наблюдения за сейсмической активностью на протяжении нескольких лет, 4 февраля в 14 часов пополудни объявили тревогу. Все жители были выведены на улицу в безопасные места, магазины, предприятия и госучреждения были закрыты. В 19:36 случилось мощное землетрясение магнитудой 7.3 балла, были значительные разрушения, но благодаря предпринятым усилиям жертв среди населения было мало. К сожалению, это практически единственный достоверный прогноз, который помог предотвратить несчастье.

Те напряжения, которые накапливаются в земной коре в результате взаимодействия тектонических плит, приводят к изменениям некоторых ее свойств, которые можно уловить современными приборами. На сегодня таких изменений, которые именуются предвестниками, имеется несколько сот, и их количество продолжает с каждым годом увеличиваться. К таким предвестникам можно отнести уровень подземных вод,  скорость упругих волн в коре, ее электропроводность и т.д.

Казалось бы, зафиксировал такое событие – и бей сигнал тревоги… Однако не все так просто. Оказывается, все эти предвестники без исключения ненадежны. Мало того, что они появляются далеко не перед каждым подземным толчком, или появляются, когда землетрясения не происходит. Они к тому же ведут себя по-разному в разных регионах планеты, проявляясь иногда в самых причудливых сочетаниях. Поэтому на данный момент все они являются недостоверными источниками предсказаний.

В 50-70-х годах прошлого века была выявлена корреляция содержания радона в подземных водах  с сейсмической активностью. Ученые определили, что перед землетрясением, за 7-9 суток до его начала, в радиусе около 100 километров от эпицентра, содержание этого газа увеличивалось – в течение пяти дней до максимума, затем постепенно снижаясь. Однако такие же исследования в Киргизии и в горах Тянь-Шаня такой зависимости не выявили.

Упругие деформации вследствие воздействия плит приводят к достаточно быстрому изменению ландшафта. Такие события также довольно давно и успешно отслеживаются. В 1970 году американские ученые обнаружили поднятие поверхности земли неподалеку от городка Палмдейл в сейсмически активном штате Калифорния, как раз над известным североамериканским разломом Сан-Андреас. Ученые забили тревогу, были потрачены большие средства на попытки предотвратить урон и человеческие жертвы. К середине 1970-х значение подъема поверхности земли достигло 35 сантиметров. Наблюдения продолжались еще в течение нескольких лет, были потрачено энное количество долларов, но землетрясение так и не произошло, а все показатели спустя некоторое время вернулись в норму.

В последние годы наметились новые методы и способы прогнозирования, в частности, камчатскими сейсмологами, которые традиционно сильны в этом вопросе. Но ученая общественность ко всем подобным новым заявлениям проявляет в лучшем случае сдержанный скептицизм. И пока, к сожалению, для этого есть все основания.

По материалам from-ua.com