Что непрерывно измеряется в целях прогнозирования землетрясения. Землетрясение: возможен ли прогноз? Скепсис идет на убыль

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.

Тщательный анализ всех имеющихся данных позволяет предвидеть, в каких районах и с какой силой могут проявляться землетрясения в будущем. В этом сущность проблемы сейсмического районирования России, на основании которого составляются специальные инструкции и правила, регулирующие сейсмостойкое строительство. Сохранение зданий от разрушений при подземных толчках обеспечивается высоким качеством строительства, укреплением стен поэтажными железобетонными поясами, ограничением этажности, упрощением плана здания с приближением его к изометрическим формам, ликвидацией выступов, балконов, парапетов и др.

Карта сейсмического районирования, составленная Гео­физическим институтом Академии наук РФ, одобрена Советом по сейсмологии при Президиуме Академии наук РФ и утверждена Правительством РФ в качестве официального документа, по которому устанавливается исходная цифра сейсмической балльности (т.е. силы вероятных землетрясений) для всех населенных пунктов сейсмических районов РФ. Согласно этой карте, различные сейсмические зоны занимают соответствующие площади.

В дальнейшем исследования направляются на уточнение имеющейся карты сейсмического районирования, разработку методов сейсмического районирования, изучение влияния местных геологических условий на сейсмический эффект, тщательное и глубокое изучение геологических условий возникновения землетрясений. Все это требует широкого развития сейсмической службы и дальнейшей разработки методов интерпретации сейсмических наблюдений. Конечная задача подобных исследований состоит в решении проблемы прогноза, т. е. определения более точного момента, времени и места возможного землетрясения.

Проблема прогноза землетрясений состоит в последовательном уточнении места и времени, в пределах которых следует ожидать разрушительные землетрясения той или иной энергии.

Различают несколько стадий прогноза:

на годы (долгосрочный прогноз);

на месяцы (среднесрочный прогноз);

на неделю и меньше (краткосрочный прогноз);

на дни и часы (непосредственный прогноз).

На территории страны развернута Единая система сейсмических наблюдений (ЕССН), включающая сеть сейсмических станций, расположенных в разных точках страны, и вычислительные обрабатывающие центры. На сейсмической станции производятся регистрация сейсмического волнового поля, определение характеристик сейсмического сигнала: время поступления, тип сейсмической волны, максимальная амплитуда в микрометрах (мкм) и соответствующий ей период. Эти данные передаются в вычислительно-обрабатывающий центр по различным каналам связи. В вычислительном центре производится определение характеристик очага землетрясения: координаты эпицентра, глубина, магнитуда, время начала землетрясения. Помимо сейсмической сети станций развернута сеть станций наблюдения за изменениями геомагнитного поля Земли, которые являются предвестниками землетрясений. Такая сеть станций сейсмических наблюдений предназначена, в основном, для определения долгосрочного прогноза.

На территории Российской Федерации и бывших союзных республик работает Среднеазиатский региональный центр прогноза землетрясений, созданный на базе Института сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН Таджикистана. Действует Кавказский региональный центр прогноза землетрясений в Тбилиси. Проводятся исследования в территориальном центре прогноза на Камчатке. Главная цель проводимых исследований - осуществление долгосрочных прогнозов.

Со среднесрочным прогнозом дело обстоит сложнее. Здесь счет идет уже на недели, для передачи и обработки данных дорог каждый день, и поэтому необходима автоматизированная система прогноза землетрясений. Элементы такой системы имеются в ряде регионов нашей страны.

С краткосрочным прогнозом положение тяжелое. Счет в таком прогнозе идет на дни и часы. Передачу данных надо вести в реальном времени. Это значит, что данные регистрации должны поступать в центр прогноза прямо после их получения на наблюдательных пунктах. Пункты расположены в различных труднодоступных местах, связи, как правило, нет. Единственный путь - связь через искусственные спутники Земли. В настоящее время системы краткосрочного прогноза в нашей стране и за рубежом еще не созданы. Однако технические средства для создания подобной системы имеются.

Отсутствует также в нашей стране и за рубежом система осуществления непосредственного прогноза.

Методы прогноза землетрясений основываются на наблюдении аномалий геофизических полей, измерении значений этих аномалий и обработке полученных данных. Соответственно различают несколько методов прогноза землетрясений.

Метод оценки сейсмической активности. Месторасположение и число толчков различной магнитуды могут служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Часто сильное землетрясение сопровождается большим числом слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требуют большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.

Метод измерения движения земной коры. Географические съемки с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (изменения формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится точная съемка с помощью лазерных источников света. Съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому такие измерения производят один раз в несколько лет.

Метод выявления опускания и поднятия участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или море, мореографов в море. Поднятие и опускание участков земной коры может свидетельствовать о возможности сильного землетрясения.

Метод измерения наклонов земной поверхности. Для измерения вариаций угла наклона земной поверхности используются специальные приборы - наклономеры. Сеть наклономеров обычно устанавливают около разломов на глубине 1-2 м и ниже поверхности земли. Измерения на этой сети указывают на выразительные изменения наклонов незадолго до возникновения землетрясений.

Метод измерения деформации горных пород. Для измерения деформаций горных пород бурят скважину и устанавливают в ней деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек.

Метод определения уровня воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясением часто повышается или понижается, по-видимому, из-за изменений напряженного состояния горных пород. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других - ниже.

Метод оценки изменения скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и других физических характеристик. При землетрясениях образуются различные типы сейсмических волн. Наибольший интерес среди этих волн представляют продольная и поперечная волны. Перед сильным землетрясением наблюдается резкое уменьшение отношения скоростей продольных и поперечных волн, что может явиться признаком, подтверждающим возможность землетрясения.

Метод регистрации изменения геомагнитного поля. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля используют специальные приборы - магнитометры.

Метод регистрации изменения земного электросопротивления. Одной из причин изменения электросопротивления горных пород может явиться изменение напряженности горных пород и содержания воды в земле, что, в свою очередь, может быть связано с возможностью возникновения земле­трясения. Измерения электросопротивления проводят с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.

Метод определения содержания радона в подземных водах. Радон - это радиоактивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Период полураспада его равен 38 суткам. Радон постоянно выделяется из земли в атмосферу. Перед землетрясением происходит резкое изменение количества радона, выделяющегося из воды глубоких скважин.

Метод наблюдения за необычным поведением животных, птиц, рыб. Теоретические основы этого метода еще не разработаны. Необычное поведение многих живых существ объясняется тем, что они гораздо более чувствительны к звукам и вибрациям, чем человек.

Для принятия решения по ликвидации последствий землетрясений необходимо умение оценить эти последствия.

Существует несколько способов оценки последствий землетрясений . Основу этих способов составляют использование карт сейсмического районирования, на которых выявлены очаги будущих землетрясений, построение для этих очагов моделей изосейст (т. е. линий равной балльности) и оценка вероятностей разрушения зданий различных типов, попадающих в область действия землетрясения.

Оценку последствий землетрясений для данного региона представляют в виде суммарного от ущерба всех землетрясений в течение заданного интервала времени. Методика получения данных оценок разработана в ИФЗ АН РФ. Данные оценки получены в виде величин сейсмического риска за интервал времени 20-25 лет. Эта методика основана на том, что землетрясения представляют собой случайный поток Пуассона, и не учитывает ущерб от повторных толчков (афтершоков). Полученные оценки представляют интерес для долгосрочного прогнозирования ущерба от землетрясений, причиняемого народному хозяйству.

Главной целью аварийно-спасательных и других неотложных работ при землетрясениях является поиск и спасение пострадавших, блокированных в завалах, в поврежденных зданиях, сооружениях, оказание им первой медицинской помощи и эвакуация нуждающихся в дальнейшем лечении в медицинские учреждения, а также первоочередное жизнеобеспечение пострадавшего населения.

Неотложные работы при землетрясениях направлены на локализацию, подавление или снижение до минимально возможного уровня воздействия вредных и опасных факторов, препятствующих проведению аварийно-спасательных работ и угрожающих жизни и здоровью пострадавших и спасателей, оказание пострадавшему населению необходимой помощи.

Аварийно-спасательные работы при землетрясениях должны начинаться немедленно и вестись непрерывно, днем и ночью, в любую погоду, обеспечивать спасение пострадавших в сроки их выживания в завалах.

В ходе ведения спасательных работ в завалах и в других сложных условиях могут назначаться микропаузы - "минуты тишины" продолжительностью 2-3 минуты для кратковременного отдыха и прослушивания завалов с целью поиска пострадавших.

Величина и структура потерь населения при землетрясениях определяются интенсивностью землетрясения; типами зданий и сооружений, в которых размещается население в момент толчков, и характером его размещение (открыто на местности, в зданиях и сооружениях различных типов). Вместе с тем структура травматических повреждений также зависит от положения тела человека в момент землетрясения. При этом механизм поражения людей в результате непосредственного воздействия факторов, причиной которых являются подземные толчки, может быть различным. Отечественные авторы считают, что при землетрясениях до 45 % травм возникает от падающих конструкций зданий, а 55 % - от неправильного поведения людей (паника, неумение укрыться, падения с высоты и т.п.).

Существенные особенности землетрясений состоят в том, что поражающее воздействие на людей, разрушение жилых домов, производственных зданий, сооружений и других народнохозяйственных объектов происходят в короткие сро­ки - считанные десятки секунд. При этом очень редко при­чиной человеческих жертв бывает непосредственное движе­ние (колебание) почвы. Большинство жертв является резуль­татом падения предметов, стекол, камней, стен и т. д., когда сильные колебания сотрясают, разрушают здания и соору­жения.

Основные причины несчастных случаев при землетрясениях:

· обрушение отдельных частей здания;

· падение (особенно с верхних этажей) битых стекол;

· зависание и падение на проезжую часть улицы разорванных электро­проводов;

· падение тяжелых предметов в квартире;

· пожары, вызванные утечкой газа из поврежденных труб и замыканием электролиний;

· неконтролируемые действия людей в результате паники.

Причины травм и гибели людей при всем их многообразии можно уменьшить, если усвоить порядок действий и выполнить ряд рекомендаций при землетрясении.

Не следует пугаться каждого землетрясения. Относительно слабые землетрясения (до 5 баллов) не причиняют ущерба. Но надо запомнить описание и опасные признаки землетр­сения, при котором сила колебаний сразу или постепенно достигла 5-6 баллов, после чего (в одной трети случаев) колебания становятся еще сильнее, достигая" 7 баллов и более. Если начинаются 8-9-балльные толчки до того времени, когда последуют самые сильные колебания и возникнет опасность разрушения здания, пройдет, скорее всего, 15-20 секунд. Наиболее сильные колебания длятся обычно несколько десятков секунд, расшатывая здания. Затем колебания идут на убыль в течение примерно 30 секунд или более.

Учитывая прочность здания, местонахождение в этом здании в данное время и названную величину запаса времени (15-20 секунд), можно выбрать разумный способ поведения во время сильного землетрясения: либо занять относительно безопасное место внутри здания, либо попытаться быстро покинуть его.

Усвоенный заранее порядок поведения людей на случай землетрясения в самых обычных условиях: дома, на работе, на улице, в кино, театре и т. д., - поможет действовать результативно и спокойно. Но надо быть готовым действовать, сообразуясь с конкретной обстановкой.

После сильной раскачки и толчков здание может начать разрушаться: могут падать отдельные плиты перекрытия или блоки капитальных стен. В этом случае попытка покинуть здание во время землетрясения может быть менее рискованной, чем пребывание внутри здания. Однако необходимо иметь в виду, что ни разрушение перегородок (некапитальных стен), ни падение навесных стеновых панелей каркасных зданий не указывает на то, что здание неизбежно должно рухнуть.

В сейсмоопасных районах для выработки эффективных действий на случай землетрясения с целью уменьшения числа травм и человеческих жертв необходимо заблаговременно усвоить следующие рекомендации:

· Наметить заранее план действий в чрезвычайной обстановке и договориться о месте сбора семьи после землетрясения, составить список телефонов, чтобы можно было в случае необходимости вызвать противопожарную, медицинскую помощь, милицию или представителей МЧС РФ.

· Определить путь выхода из здания с учетом малого запаса времени до наибольших колебаний и толчков. Землетрясение может случиться ночью, при этом в дверях и проходах будут скопления людей, и это может по­мешать быстрому выходу из здания. Поэтому для эвакуации необходимо использовать окна первого этажа.

· Определить наиболее безопасные места (в квартире, на работе, вблизи рабочего места), где можно переждать толчки. Это проемы капитальных внутренних стен, углы, образованные капитальными внутренними стенами, места у капитальных внутренних стен, у колонн и под балками каркаса. Наиболее опасными местами в зданиях во время землетрясения являются большие застекленные проемы наружных и внутренних стен, угловые комнаты, особенно последних этажей, лифты.

· Регулярно проверять состояние электропроводки, водопроводных и газовых труб. Все взрослые члены семьи (жильцы дома) должны быть обучены отключению электричества, газа и воды в квартире, в подъезде, в доме, а также оказанию первой медицинской помощи, прежде всего, при травмах. Заранее подготовить самые необходимые вещи (предметы) и хранить их в месте, известном всем членам семьи (радиоприемник на батарейках; запас консервированных продуктов и питьевой воды из расчета на 3-5 суток; аптечка первой медицинской помощи с двойным запасом перевязочных материалов и с набором лекарств, необходимых хронически больным членам семьи; переносной электрический фонарь, ведро с пе­ком, огнетушитель автомобильный - следует заранее научиться им пользоваться.

· Документы хранить в одном легкодоступном месте, желательно недалеко от входа в квартиру. Там же целесообразно иметь рюкзак, в котором должны быть фонарь, топорик (секач), спички, немного еды, аптечка, свечи, запасная одежда и обувь (по сезону) в расчете на всю семью. При наличии гаража или садового домика их можно использовать как убежища в первые дни после землетрясения. Там можно хранить запас продовольствия и одежды. При этом надо учитывать, что менее надежными являются постройки, расположенные на оползневых склонах.

· Шкафы, этажерки, стеллажи, полки прочно прикрепить к стенам, к полу; мебель разместить так, чтобы она не могла упасть на спальные места, перекрыть выходы из комнат, загородить двери; тяжелые вещи, лежащие на полках или на мебели (включая антресоли), прочно закрепить или переместить вниз.

· Не устраивать полки над спальными местами, входными дверями, плитами, раковинами, унитазами; закрыть переднюю часть полок с посудой, надежно закрепить люстры и люминесцентные светильники.

· Не загромождать вещами вход в квартиру, коридоры и лестничные площадки.

· Емкости с легковоспламеняющимися веществами и едкими жидкостями хранить надежно закупоренными так, чтобы они не могли упасть и разбиться при колебании здания.

· Периодически проводить тренировки быстрой эвакуации, продумать, как повысить безопасность детей, пожилых людей, инвалидов и больных.

Массовые разрушения жилых и общественных зданий на значительной территории, повреждение дорог, железнодорожных путей, выход из строя объектов энергообеспечения и коммунальных сетей, телефонной связи, гибель большого количества людей и животных - все это требует решения сложных взаимосвязанных задач по ликвидации последствий землетрясений.

В ходе ликвидации последствий любого землетрясения можно выделить два основных этапа:

Этап 1. В первые часы и сутки после землетрясения не­обходимо в кратчайшие сроки взять под жесткий контроль и организовать целенаправленную деятельность всех местных и прибывающих сил и средств для спасения людей, оказавшихся в завалах разрушенных зданий и сооружений. Для этого нужно восстановить нарушенное управление, оценить обстановку и масштабы последствий землетрясения, усилить комендантскую службу и охрану общественного порядка, изолировать от посторонних пострадавшие районы, создать группировку сил и организовать поисково-спасательные и другие неотложные работы, обеспечить минимально необ­ходимые условия жизни людей в районе бедствия.

Практически стоит задача создать новую систему управления, способную организовать деятельность всех структурных звеньев общественного и хозяйственного управления, задействованных для ликвидации последствий землетрясения. При этом главным условием является проведение всего комплекса работ в возможно короткие сроки.

При спасательных и других неотложных работах, а также при работах по обеспечению жизнедеятельности населения основными задачами являются:

По спасательным работам:

· определение объемов и степени повреждений различных зданий и сооружений, выявление мест наибольшего скопления пострадавших в завалах и рассредоточение для их спасения основных сил и средств; о поиск и извлечение пострадавших из-под завалов, оказание им первой медицинской и первой врачебной помощи с последующей эвакуацией в стационарные лечебные учреждения; о извлечение из-под завалов погибших людей, их регистрация и организация захоронения.

По другим неотложным работам:

· расчистка подъездных путей и площадок для расстановки прибывающей техники, устройство проездов и поддержание в исправном состоянии маршрутов движения; восстановление разрушенных желез­нодорожных магистралей; о локализация и тушение пожаров, ликвидация аварий и их последствий на коммунально-энергетических и технологических сетях, угрожающих жизни пострадавших и затрудняющих спасательные работы; о обрушение конструкций зданий и сооружений, угрожающих обвалом, крепление неустойчивых частей завалов от перемещений в процессе работ;

· восстановление стационарных электросетей для освещения основных транспортных магистралей городов и населенных пунктов, а также объектов, на которых проводились спасательные работы; о организация комендантской службы и охраны общественного порядка (ООП) в целях упорядочения движения транспорта на объектах работ и прилегающих автомагистралях; о осуществление контроля за применением техники в соответствии с ее предназначением, а также пресечение случаев воровства и мародерства;

· учет и передача в соответствующие органы обнаруженных в ходе работ ценностей (денег, облигаций, ювелирных изделий и т. д.); организация комплекса противоэпидемических и санитарно-гигиенических мероприятий в целях предупреждения заболеваний среди личного состава, привлекаемого для проведения спасательных работ; организация захоронения животных, погибших во время землетрясения.

По материальному и техническому обеспечению:

· укомплектование формирований спасательных служб автокранами, экскаваторами, погрузчиками, бульдозерами, автосамосвалами и средствами малой механизации;

· техническое обслуживание и текущий ремонт техники, обеспечение ее горюче-смазочными материалами; о своевременное обеспечение личного состава спасательных служб сменным обмундированием, средствами индивидуальной защиты, необходимым инструментами и оборудованием; о обеспечение жизнедеятельности личного состава спасательных служб, размещение, организация питания, банно-прачечного и медицинского обслуживания, работы почтовой связи.

По обеспечению жизнедеятельности населения пострадавших городов и населенных пунктов:

· временное отселение из пострадавших районов нетрудоспособного населения, в первую очередь женщин и детей, в непострадавшие районы и области;

· обеспечение пострадавшего населения теплыми вещами и предметами первой необходимости, организация питания и обеспечение во­дой, временное размещение в палатках, домиках и сохранившихся сейсмоустойчивых зданиях; профилактика и предупреждение возникновения инфекционных заболеваний среди населения, своевременное выявление и изоляция заболевших;

· проведение комплекса мероприятий по ликвидации психологических травм и шоковых состояний, организация справочно-информационной службы о местах и времени захоронения погибших, размещении пострадавших в лечебных учреждениях и местах расселения эвакуированного населения.

Этап 2. При ликвидации последствий землетрясений развертываются работы по экономическому и социальному восстановлению пострадавших районов: возобновление производственной деятельности промышленности и объектов инфраструктуры, обеспечение жизнедеятельности населения в пострадавших районах.

Параллельно со строительно-монтажными работами выполняются следующие работы:

· разборка завалов и вывоз поврежденных конструкций и строительного мусора в отвалы;

· санитарная очистка городов и населенных пунктов; доставка вагон-домиков со станций разгрузки в назначенные места;

· сбор и сдача металлолома;

· другие работы в интересах обеспечения жизнедеятельности населения.

По заключению ученых, сейсмическая активность Земли в ближайшие годы будет нарастать.

Вулканы

Вулканическая деятельность возникает в результате постоянных активных процессов, происходящих в глубинах Земли. Вулканические извержения угрожают тем жителям Земли, которым грозят и землетрясения. Около 200 млн человек проживают в опасной близости к действующим вулканам.

Вулканы (по имени бога огня Вулкана) представляют геологические образования, возникающие над каналами и трещинами в земной коре, по которым извергается на земную поверхность магма. Обычно вулканы - это отдельные горы, сложенные из продуктов извержений. Магматические очаги находятся в мантии на глубине 50-70 км или в глубине земной коры.

К наиболее опасным явлениям, сопровождающим извержения вулканов, относятся лавовые потоки, выпадения тефры, вулканические грязевые потоки, вулканические наводнения, палящая вулканическая туча и вулканические газы.

Лавовые потоки состоят из лавы - расплава горных пород, разогретых до 900-1000°С. В зависимости от состава горных пород лава может быть жидкой или вязкой. При извержении вулкана лава изливается из трещин в склоне вулкана либо переливается через край кратера вулкана и стекает к его подножию. Лавовый поток передвигается тем быстрее, чем мощнее сам лавовый поток, больше уклон конуса вулкана и жиже лава. Диапазон скоростей лавовых потоков достаточно широк: от нескольких сантиметров в час до не­скольких десятков километров в час. В отдельных, наиболее опасных случаях скорость лавовых потоков может достигать 100 км в час. Чаще всего она не превышает 1 км в час.

Лавовые потоки при смертоносных температурах представляют опасность лишь тогда, когда на их пути оказываются населенные пункты. Однако и в этом случае остается время на эвакуацию населения и проведение различных защитных мероприятий.

Тефра состоит из обломков застывшей лавы, более древних подповерхностных горных пород и раздробленного вулканического материала, образующего конус вулкана. Тефра образуется при вулканическом взрыве, сопровождающем извержение вулкана. Наиболее крупные обломки тефры называются вулканическими бомбами.

Вулканические бомбы отлетают на несколько километров от кратера. Выпадение тефры приводит к уничтожению животных, растений, возможна гибель людей. Вероятность выпадения тефры на населенный пункт в значительной степени зависит от направления ветра.

Мощные слои пепла на склонах вулкана находятся в неустойчивом положении. Когда на них ложатся новые порции пепла, они соскальзывают со склона вулкана. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Скорость грязевых потоков может достигать нескольких десятков километров в час. Такие потоки обладают значительной плотностью и мо­гут во время своего движения увлекать крупные глыбы, что увеличивает их опасность. Из-за большой скорости движения грязевых потоков затрудняются проведение спасательных работ и эвакуации населения.

При таянии ледников во время вулканических извержений может сразу образоваться огромное количество воды, что приводит к вулканическим наводнениям . Точно подсчитать, какое количество воды спустил ледник, трудно, хотя это весьма важно для планирования мер защиты от вулканического наводнения. Это объясняется тем, что ледники имеют много внутренних полостей, заполненных водой, которая добавляется к воде, возникающей при таянии ледников во время вулканического извержения.

Палящая вулканическая туча представляет собой смесь раскаленных газов и тефры. Поражающее действие палящей тучи обусловлено образующейся при ее возникновении ударной волной (ветром у краев тучи), распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара (до 1000°С). Кроме того, сама туча может передвигаться с большой скоростью (90-200 км/ч).

Вулканическое извержение всегда сопровождается выделением вулканических газов и смеси с водяными парами.

Вулканические газы представляют собой смесь сернистого и серного окислов, сероводорода, хлористоводородной и фтористоводородной кислот в газообразном состоянии, а также углекислого и угарного газов в больших концентрациях, смертельно опасных для человека. Выделение вулканиче­ских газов может продолжаться десятки миллионов лет даже после того, как вулкан перестал выбрасывать лаву и пепел.

В 1983 г. по инициативе ЮНЕСКО была разработана классификация, согласно которой выделено 89 вулканов с высокой степенью риска. В настоящее время не существует единой методики оценки вулканической опасности. Наиболее полное исследование по этому вопросу, имеющее более чем двухсотлетнюю историю, изложено в руководстве по составлению карты вулканической опасности геологической службы Японии. Из него следует, что оценка вулканической опасности индивидуальна не только для каждого вулканического района, но и для отдельного вулкана.

В зависимости от положения вулканов по отношению к населенным пунктам - расстояния, рельефа местности, а также от наличия на вулканах или рядом с ними ледников, от толщины снежного покрова, времени года, когда может про­изойти извержение, и метеорологических условий каждый из действующих вулканов Курило-Камчатского региона представляет определенную степень опасности. Различия в факторах опасности усугубляются индивидуальными особенностями вулканов.

Вулканы подразделяются на действующие, уснувшие и потухшие .

До сих пор среди ученых нет единого мнения по поводу определения действующего вулкана. Многие потухшие вулканы могут стать действующими, как это произошло с вулканами Мон-Пеле, Везувием или Безымянным, который неожиданно начал извергаться в 1955 г., а до этого времени молчал больше тысячи лет.

Извержения вулканов бывают длительными и крат­ковременными. Продукты извержения (газообразные, жидкие, твердые) выбрасываются на высоту 1-5 км и переносятся на большие расстояния. Концентрация вулканического пепла бывает настолько большой, что возникает темнота, подобная ночной. Объем излившейся лавы достигает десятков кубических километров. Извержение вулкана Везу­вия полностью уничтожило Помпею. Толщина слоя вулканического пепла, покрывшего этот город, достигла 8 м.

Существует три главных типа извержений: эффузивный (гавайский), смешанный (стромболианский), экструзивный (купольный).

Замечена взаимозависимость вулканической деятельностью и землетрясений. Сейсмические толчки, как правило, обозначают начало извержения. При этом опасность представляют лавовые фонтаны, потоки горячей лавы, раскаленные газы. Взрывы вулканов могут инициировать оползни, обвалы, лавины, а на морях и в океанах - цунами.

Для обоснованной картины вулканической опасности необходимы фундаментальные работы: оценка масштаба вулканических извержений в доисторическое и историческое время (анализ катастрофических извержений в прошлом); анализ катастрофических извержений аналогичных вулка­нов в других частях Земли; оценка масштаба современных извержений, их максимальной мощности. Только изучив тенденцию в развитии вулкана, можно определить степень его опасности в настоящее время.

Для прогноза места и времени вулканических извержений требуется мониторинг с применением инструментальных геофизических, геохимических и визуальных методов.

В Курило-Камчатском регионе наиболее опасны вулканы, располагающиеся в непосредственной близости от крупных населенных пунктов: г. Петропавловска-Камчатского и г. Ели- ово (Авачинская группа вулканов); г. Ключи (Ключевская группа вулканов и вулкан Шивелуч); г. Северо-Курильск, Северные Курилы - вулкан Эбеко.

Районирование областей вулканической опасности предполагает выделение районов разной степени опасности от последствий вулканических извержений: вулканических бомб, выпадения тефры, лавовых потоков, пирокластических потоков (палящих туч), обломочных лавин и обрушений склонов вулканов, направленных взрывов, грязевых потоков, вулканических землетрясений, вулканических газов, заражения питьевой воды. Необходимо также выделение районов, наименее опасных от вулканических извержений.

В результате вулканического районирования могут быть построены несколько типов карт вулканической опасности:

· вулканологическая карта, отображающая физические эффекты исто­рических и доисторических вулканических извержений;

· информационная карта для нужд администрации населенных пунктов;

· информационная карта для населения.

Похожая информация.

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

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.

Ни одно стихийное бедствие не происходит так неожиданно, как землетрясение. Своеобразной его особенностью является то, что оно разрушает в основном искусственные постройки, возведенные рукой человека. Конечно, во время сильных землетрясений происходят горные обвалы, оползни, иногда запруживаются реки, но такие явления относительно редки, ограничены небольшими по площади зонами и обычно приурочены к крутым склонам гор, где нет человеческих жилищ.

Степень опасности землетрясения существенно менялась в зависимости от уровня и условий развития человеческого общества. Когда первобытный человек добывал себе пищу охотой, он не строил постоянных жилищ, поэтому землетрясения не были для него угрозой. Не страшны землетрясения и скотоводам: их переносные войлочные юрты выдерживали любую сейсмическую катастрофу,

Издавна на Земле существовала определенная зональность в распределении той опасности, которую таило для людей землетрясение. Эта зональность контролировалась в первую очередь климатической зональностью.

В тропическом поясе, где люди круглый год живут в бамбуковой или тростниковой хижине, землетрясения не страшны. Чумы и яранги жителей приполярных стран, построенные с помощью жердей и звериных шкур, не реагируют на подземные толчки. Несильно влияют подземные удары и на постройки умеренной лесной зоны планеты. Рубленые деревянные дома очень устойчивы и разрушаются (но не обваливаются) лишь при очень сильных землетрясениях.

Только один климатический пояс Земли - область пригодных для пахоты степей и оазисы орошаемого земледелия во всю меру ощущают ужас сейсмических катастроф. Земляные постройки и здания из кирпича, которые преобладают в этом поясе, больше всего подвержены сейсмическим ударам. Даже толчки средней силы разрушают стены каменных зданий, что приводит к гибели находящихся в доме людей. Только в течение последних 100-120 лет в связи с бурным ростом городов во всех климатических поясах произошли такие землетрясения, как Лиссабонское (1755), Сан-Францисское (1906), Мессинское (1908), Токийское (1923), Ашхабадское (1948), подобных которым, за исключением территории Восточного Китая, в античное время и в средние века почти не было.

Случись Сан-Францисское землетрясение на 100 лет раньше, оно почти не причинило бы разрушений. На месте этого города в 1806 г. располагались лишь деревянные строения небольшой русской колонии.

В ближайшем будущем рост старых городов и строительство новых будут идти еще интенсивнее. Значит ли это, что пропорционально возрастет и опасность землетрясений? Отнюдь нет. Землетрясения будут все менее и менее страшны, ибо технические средства уже сейчас позволяют возводить жилые здания любой этажности и строить промышленные сооружения любых размеров которым не угрожают сильнейшие землетрясения. Сейчас от землетрясения страдают главным образом давно построенные здания, возведенные без применения специальных антисейсмических поясов и других усиливающих прочность конструкций.

Борьба с землетрясением началась давно. Человек столкнулся с двумя проблемами: как сделать здание таким, чтобы оно не разрушалось от подземных ударов, и как установить районы, где происходят землетрясения и где сильных подземных ударов не бывает. Попытка ответить на эти вопросы привела к возникновению сейсмологии - науки, изучающей землетрясения и поведение искусственных сооружений при подземных ударах. Инженеры-строители начали разрабатывать конструкции жилых зданий и промышленных сооружений, способных выдержать сейсмическую катастрофу. В горах Тянь-Шаня, на реке Нарын, построена Токтогульская высотная плотина и гидростанция на 1200 МВт. Гидротехнический узел возведен с таким расчетом, что выдержит даже катастрофические землетрясения.

Чтобы определить сейсмоопасные районы, необходимо точно знать место, где происходят землетрясения. Наиболее полные данные о подземном ударе можно получить, регистрируя приборами упругие волны, появляющиеся в земле при землетрясении. Сейсмологи научились определять координаты происшедшего землетрясения, глубину его очага, силу подземного удара. Это позволило составить карту эпицентров землетрясений, наметить зоны, где возникали подземные толчки той или иной силы. Сопоставляя эпицентры землетрясений с геологическим строением территории, геологи выделили те места, где землетрясений еще не было, но, судя по сходному строению с местами, подвергавшимися подземным ударам, возможны в недалеком будущем. Так родился прогноз места возникновения землетрясений и их максимальной силы. Наша страна - первая в мире, где карта сейсмического районирования, как ее официально называют, была впервые утверждена в качестве документа, обязательного для всех проектирующих и строительных организаций. В сейсмически опасных районах строители должны возводить лишь такие жилые и административные здания и промышленные объекты, которые бы выдержали землетрясение показанной на карте силы. Разумеется, карты прогноза землетрясения не могут считаться совершенными. С течением времени по мере накопления данных они пересматриваются и уточняются. На рис. 30 представлен один из вариантов такой карты, составленной в Институте физики Земли АН СССР.

Карта сейсмического районирования показывает, в каких местах нашей страны и какой максимальной силы возможны землетрясения. Для проектирующих организаций и строителей такая карта служит важным и необходимым документом, по для населения, живущего в сейсмоопасной зоне, куда важнее знать, когда именно произойдет землетрясение. Заметим, что в последние годы этот вопрос все больше и больше интересует и строителей. Кроме того, проектирующим организациям необходимо знать, происходят сильные землетрясения с периодичностью раз в тысячелетие или же в 20 лет. В первом случае усиливающие сооружения антисейсмические конструкции следует применять лишь при строительстве некоторых долговременных объектов (если это, конечно, не жилые помещения). Во втором - для всех построек.

Прогноз времени возникновения землетрясения подразделяется в настоящее время на долгосрочный и на выявление предвестников, за несколько часов или минут предупреждающих о надвигающейся катастрофе.

Долгосрочный прогноз основывается на следующих физических предпосылках. В упрощенной схеме процесс подготовки и проявления землетрясений можно себе представить как накопление и перераспределение в некоторой области земной коры потенциальной энергии - энергии упругих напряжений. В момент землетрясения эта энергия частично или полностью высвобождается. Для того чтобы произошло следующее землетрясение, нужна новая порция энергии; следовательно, должно пройти время, пока энергия накопится. В одних случаях это несколько дней или месяцев, но чаще десятки или даже сотни лет. Как говорилось, в Ашхабаде в 1948 г. была разрушена мечеть Аннау, простоявшая более 600 лет.

На основе детального изучения сейсмичности Курило-Камчатской зоны С.А. Федотов предложил приблизительный долгосрочный прогноз землетрясений по пятилетиям. В прогнозе содержатся вероятностные оценки проявления сильных землетрясений, выделены районы, где в настоящее время возможны катастрофические сотрясения. Позже такой же прогноз был разработан для Калифорнии (США). В частности, было показано, что разрушительные землетрясения с магнитудой 8 могут происходить раз в 100 лет, а более слабые - раз в 20 лет. Хотя такой прогноз не решает проблемы полностью, он помогает составлять карты сейсморайонирования с приблизительной оценкой повторяемости землетрясений.

Еще важнее обнаружить предвестников землетрясения, непосредственно извещающих о приближающейся сейсмической катастрофе. Давно замечено, что животные чувствуют приближение подземного удара. За несколько минут до землетрясения домашний скот, собаки, кошки, крысы проявляют беспокойство, стараясь выбраться из закрытых помещений. Перед землетрясением в Неаполе покинули свои жилища муравьи. За два дня до землетрясения в прибрежных районах Японских островов неоднократно появлялась необычная рыба шестиметровой длины - усатая треска, живущая на больших глубинах. По японской мифологии, виновницей землетрясений является огромная рыба «намадзу», которая якобы щекочет своими усами морское дно. Изображения ее издавна наклеивались на окна как заклятие от подземных толчков. Японские ученые считают, что это суеверие было порождено появлением у берега легендарной рыбы накануне крупных землетрясений.

Все эти факты свидетельствуют о том, что подземному толчку предшествуют какие-то физические явления. По если их чувствуют животные, то они могут быть зафиксированы и приборами. Предполагается, что в области будущего очага землетрясения происходит изменение физических параметров среды. В результате деформируется земная поверхность, изменяются упругие, магнитные, электрические свойства пород и т.д. Успех эксперимента зависит прежде всего от того, насколько близко будут расположены приборы от эпицентра прогнозируемого землетрясения, поскольку величины, характеризующие возможные параметры, убывают пропорционально квадрату расстояния от очага. Поэтому для решения задачи прогноза необходимо находить места, где землетрясения происходят достаточно часто.

Поиски предвестников землетрясения ведутся сейчас в нескольких направлениях. Пожалуй, одной из первых попыток «предсказать» землетрясение было изучение так называемых форшоков - слабых толчков, иногда предшествующих сильному подземному удару.

Частоты колебаний форшоков заметно выше, чем автершоков (толчков, следующих за сильным землетрясением). Длительность проявления этих высокочастотных толчков, возможно, как-то связана с силой готовящегося землетрясения и может помочь установить момент его возникновения. К сожалению, это происходит не всегда. Известно большое число землетрясений, когда сильный удар приходил совершенно неожиданно. Все же не исключено, что для отдельных типов землетрясений изучение характера мельчайших потрескиваний, фиксируемых только очень чувствительными приборами, может дать сведения о приближающейся катастрофе.

Следующий путь обнаружения предвестников землетрясений - исследование медленных движений земной коры - наклонов земной поверхности. Наклономеры различных систем, установленные более 25 лет назад на специальных бетонированных площадках или в штольнях, пробитых в скалах, фиксируют малейшие колебания поверхности Земли. Иногда перед подземным толчком были обнаружены «бури» наклонов. Как будто бы предвестник обнаружен! Однако в большинстве случаев наклономеры молчали. На показания данных приборов влияет множество факторов, в частности изменение атмосферного давления, длительно происходящее проседание фундамента и т.д. Говорить о прогнозе с помощью наклономеров как надежном способе преждевременно, но некоторые результаты все же обнадеживают. Обнаружено изменение наклонов в Токтогульской штольне перед двумя землетрясениями, возникшими вблизи аппаратуры. Одно - очень слабое (эпицентр 2 км) и второе - (эпицентр 5 км) силой до 6 баллов. В обоих случаях четко видно изменение характера наклонов за несколько часов до землетрясения.

В последнее время начал разрабатываться еще один метод прогноза землетрясений. Подземные удары представляют собой разрядку возникающих в земной коре напряжений. Очевидно, перед землетрясением такие напряжения возрастают. Это выражается в изменении скорости распространения упругих волн, отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн и отношения их амплитуд. Эксперименты, проведенные в Гармском районе Памира, позволили получить некоторые обнадеживающие результаты. Наблюдается следующая закономерность: чем сильнее землетрясение, тем дольше длится аномальное состояние.

Наконец, недавно наметилось еще одно перспективное направление - изучение изменений магнитного поля Земли. Постоянное магнитное поле нашей планеты состоит из двух частей. Основная часть поля обусловлена процессами в земном ядре, другая - вызывается горными породами, получившими намагниченность еще за время своего образования. Магнитное поле, создаваемое намагниченностью горных пород, изменяется с изменением тех напряжений, в которых находятся горные породы в земной коре.

Подготовка землетрясения, как мы уже отмечали, состоит в накапливании напряжений в каком-то участке земной коры, что неизбежно меняет магнитное поле на земной поверхности. Удалось обнаружить резкое изменение локального векового хода магнитного поля после землетрясения. Произведены опытные оценки величины изменения магнитного поля, которое должно произойти в момент землетрясения. Опыты с искусственными взрывами подтвердили правильность этих расчетов.

За последние годы обнаружены и изменения в магнитном поле незадолго до землетрясения. За 1 час. 6 мин. до начала разрушительного землетрясения, происшедшего на Аляске в марте 1964 г., было отмечено возмущение в магнитном поле Земли. Изменение градиента магнитного поля между двумя пунктами, вблизи которых произошел ряд землетрясений, наблюдалось в 1966 г. Эти исключительно интересные результаты нуждаются еще в проверке, которая подтвердила бы связь наблюдаемых явлений именно с землетрясениями.

Ведутся также поиски предвестников землетрясений путем исследования электропроводности горных пород в сейсмических районах. Замечено, что в некоторых местах землетрясения иногда сопровождаются грозовыми разрядами с молниями. Следовательно, сейсмическое напряжение каким-то образом связано с электрическим полем. В Японии, например, существует древняя традиция предсказывать землетрясения по необычному появлению молний при ясном небе.

Наконец, судя по опыту Ташкентского землетрясения, важным индикатором предстоящего сильного толчка является изменение содержания радона в подземных водах. За некоторое время до толчка заметно увеличивается его концентрация. Недавно обнаружена связь между землетрясениями и извержениями гейзеров (периодических извержений горячей воды и пара в некоторых вулканических районах). Оказалось, что в Йеллоустонском национальном парке (США) за 2-4 года перед каждым землетрясением интервалы между извержениями гейзеров уменьшаются, а после подземного толчка снова увеличиваются.

Мы остановились довольно подробно на прогнозе землетрясений, так как это - наиболее неожиданное и сложное природное явление. Опасность других возможных катастроф (гигантских волн цунами, извержений вулканов или падения крупных астероидов) уже сейчас сравнительно невелика и с каждым 10-летием будет резко уменьшаться, поскольку об их приближении мы можем знать заранее. Но в последние годы выяснилось, что человеческая деятельность может вызвать подземный толчок. В США, в штате Колорадо, военное ведомство закачивало на глубину в 3 км воду, в которой были растворены устаревшие отравляющие вещества. Через шесть недель в этом районе произошло первое за 70 лет землетрясение, затем толчки стали повторяться. По-видимому, нагнетаемая под большим давлением вода способствовала сдвигу пород по старым разломам. Когда перестали закачивать воду, землетрясения постепенно прекратились. Этот факт послужил основанием для разработки оригинального метода предотвращения сильного землетрясения. Если обводнение трещин способствует землетрясению, то с помощью поочередной закачки воды в разные участки крупного разлома можно путем серии слабых спровоцированных толчков снять существующие в Земле напряжения и тем самым предупредить катастрофическое землетрясение.

На практике этот метод означает следующее: в избранном месте разлома бурят три скважины на расстоянии примерно 500 м друг от друга. Из крайних скважин выкачиваются подземные воды, чтобы «запереть» сброс в этих двух точках. Затем под давлением закачивается вода в среднюю скважину: происходит «миниземлетрясение», и в глубинных породах снимается напряжение. Когда же выкачивается вода и из средней скважины, весь участок становится безопасным, по крайней мере на определенное время.

Такая обработка крупного разлома потребует бурения около 500 скважин по 5 км глубиной каждая.

Слабые землетрясения возникают и в районах, где незадолго перед этим были созданы крупные водохранилища. Дополнительный вес воды водохранилища оказывает давление на горные породы и тем самым создает условие для возникновения подземных толчков. Возможно, этому способствует также проникновение воды по трещинам на глубину, что облегчает смещение пород по разрывам.