Российские сейсмологи знали о высоких рисках мощного землетрясения на территории Турции и Сирии благодаря собственной системе прогнозов подземных толчков, однако не могли указать его точное место. Об этом «Известиям» заявил директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шебалин. В эксклюзивном интервью он также рассказал, какой будет сейсмическая обстановка в регионе, переживающем сильнейшее стихийное бедствие в ХХI веке, влияют ли на события у поверхности Земли процессы в ее ядре и может ли одно землетрясение спровоцировать другое в отдаленной части света.
Ученые ожидали, что в Турции случится сильное землетрясение, и даже предсказывали, что его магнитуда будет достигать 8 баллов, выяснили «Известия». В частности, в последнем среднесрочном прогнозе, обнародованном в январе Институтом теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, был точно указан эпицентр нынешнего землетрясения. Прислушиваться к прогнозам ученых мешает недостаточная коммуникация между специалистами и властями разных стран, считают эксперты. Между тем в ближайшие дни в зоне землетрясения в Турции и Сирии могут произойти повторные сильные толчки, рассказали «Известиям» российские сейсмологи. А менее ощутимые толчки будут продолжаться в течение нескольких месяцев.
Сейсмология как наука не может развиваться без многосторонней информации, получаемой во время землетрясения с помощью приборов.
Приборы, регистрирующие движения земной поверхности при землетрясениях, называются сейсмографами. Сейсмографы записывают перемещения (смещения) грунта. Впервые они появились лишь в 80-90-е годы XIX века и поэтому записи землетрясений имеются начиная с этого времени. Записи сейсмографов, показывающие изменение смещения почвы во времени, называются сейсмограммами. Смещения почвы обычно измеряются миллиметрами, а время — секундами. Все сейсмографы состоят из трех основных элементов — упругого маятника, регистра и записывающего устройства (пера). Регистр (рис. 1.18) — это обыкновенный барабан с фоточувствительной бумагой, завернутой на его внешней поверхности. Барабан вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью.
Записывающее устройство — этo перо, которое под прямым углом касается поверхности барабана, после каждого оборота которого сдвигается вперед с постоянным шагом. Если ист землетрясения, перо оставляет на бумаге барабана прямые линии с постоянным расстоянием между ними. Раньше бумаги делали из закопченного листа, на которой запись прочерчивало специальное острое перо. В дальнейшем начали использовать фоточувствительную бумагу или фотопленку, а в качестве пера — резко сфокусированного светового зайчика. Поэтому запись должна производиться в темном помещении либо в светонепроницаемом футляре. Сейсмограммы записываются также с помощью обычного пера и чернил или разогретым пером на химически обработанной бумаге, как при записи кардиограмм. Скорость вращения барабана обычно принимается от 7 до 60 мм/мин. Зная скорость вращения барабана и длину его диаметра, можно найти величину временного отрезка каждого сантиметра бумаги (в секундах). Так как величины смещений при реальных землетрясениях, особенно слабых, очень малы, в сейсмографах применяются различные механические и оптические приспособления для увеличения результатов записей. В современных сейсмографах коэффициенты увеличения достигают до 100000. Обычно сейсмографы с большим коэффициентом увеличения используются для записи слишком дальних сильных и местных очень слабых землетрясений. В настоящее время разработаны и широко применяются сейсмографы с записью на магнитной ленте (в том числе и цифровые), которые не только экономят бумагу, но и позволяют также результаты записи непосредственно обрабатывать и хранить на компьютерах. Движение любой точки грунта при землетрясениях происходит в трех направлениях. Поэтому каждый сейсмограф состоит из трех маятников (сейсмометров), движущихся в трех (двух горизонтальных и одном вертикальном) взаимоперпендикулярных направлениях, позволяющих получать соответствующие три сейсмограммы. В обычных условиях измерение колебаний производятся относительно некоторого зафиксированного основания, прочно закрепленного в грунте. Землетрясение же за очень короткое время воздействует на обширную территорию Земли, и мы лишаемся возможности зафиксированной опоры. Поэтому в сейсмологии для измерения кинематических параметров грунта (смещение, скорость, ускорение) пользуются принципом инерции, суть которого заключается в следующем: если резко сдвинуть подвес упруго висячего маятника, то в первый момент он останется в покое и прикрепленное к нему (маятнику) перо может оставить след на бумаге, отражающий относительное движение грунта. Конечно, маятник, отклонившись, сразу начинает качаться, но упругость подвески возвращает маятник в его нормальное положение относительно грунта.
Теперь рассмотрим закономерности движения маятника сейсмографа во время землетрясения. Допустим, что фунт, па котором жестко прикреплен сейсмограф, переместился па расстояние у0(t) (рис. 1.20). Гак как инертная масса m маятника покоится на пружине с жесткостью к (сила необходимая для единичного сжатия или растяжения пружины), и присоединена к специальному устройству, тормозящему движение маятника (принимяем, что сила торможения пропорциональна скорости движения маятника u), это благодаря свойству инерции, если относительное перемещение маятника обозначить через и, то его абсолютное перемещение будет у0 — и (рис. 1.20). Следовательно, на массу m будут действовать: инерционная сила -m(yo-u)”, направленная против движения грунта, восстанавливающая (упругая) сила пружины ku и тормозящая сила (сила затухания) cu’, где с — параметр затухания. Обе эти силы стараются массу m возвратить в ее первоначальное положение и противоположное силе инерции. Условие равновесия всех сил, действующих на массу m, в любой момент движения даст:
где ω2 = k/m — круговая частота свободных колебаний маятника, 2h=c/mω — коэффициент критического затухания сейсмографа, Tc=2π/ω — период свободных колебаний маятника сейсмографа. Если в уравнении (1.1) принимать уо=0, получим уравнение свободных колебаний маятника, решении которого будет иметь вид:
где А и X- постоянные интегрирования и определяются из начальных условий. С учетом начальных условий (1.2) примет вид:
где u0 и u0′ соответственно начальное перемещение и скорость массы маятника. Решение (1.2) имеет колебательный характер только при h≤1. При h≥1 маятник, отклоняясь в одну сторону, возвращается в положение равновесия, но дальше не пойдет, в этом случае говорят, что прибор перезагашен. Предельный случай h=l называется критическим затуханием. В этом случае уравнение свободных колебаний приобретает особую форму
Теперь допустим, что колебание грунта во время землетрясения имеет простой гармонический характер:
где р — круговая частота колебания грунта, Т0=2π/р — период вынужденных колебаний грунта и у0 — амплитуда этих колебаний. В сущности предназначение сейсмографа для воспроизведения записи этих колебаний в определенном масштабе. Решение дифференциального уравнения (1.1) в этом случае представляется в виде:
Первый член уравнения (1.4), благодаря затуханию h, быстро стремится к нулю, поэтому общее решение (1.4) в дальнейшем можно представить в виде:
Что касается постоянных В и b, то, подставляя (1,4а) и основное уравнение (1.1) и приравнивая коэффициенты при функциях sinpt и cospt и правых и левых частях уравнения, получим два уравнения относительно неизвестных В и b:
Таким образом, при гармоническом движении грунта с амплитудой у0 и с частотой р запись сейсмографа также будет гармоническое колебание с амплитудой В согласно (1.5) с той же частотой р, но со сдвигом фаз b относительно колебания грунта, значение которого вычисляется по формуле (1.5). Отношение В/у0, показывающее, насколько записанная сейсмографом амплитуда отличается от реальной амплитуды грунта, называется коэффициентом динамического увеличения. Если р=ω(резонанс), то
Следовательно, если значение h очень большое, то коэффициент увеличения будет небольшим. Поэтому в первоначальном периоде производства сейсмографов их сознательно сконструировали с меньшим коэффициентом затухания h, но в этом случае записи (сейсмограммы) получились сильно искаженными (влияние первого члена уравнения (1.4) оказалось заметным).
На рис. 1.21 построены зависимости В/у0 и b от отношения периодов колебания грунта Т0 и собственного колебания сейсмографа Tc (Т0</Тc или со/p) для различных значений h, которые соответственно называются амплитудно-частотными и фазовыми характеристиками сейсмографа. Таким образом, сейсмограф имеет следующие основные параметры: период свободных колебаний маятника
постоянная затухания h или отношение двух противоположно направленных соседних амплитуд при свободных колебаниях маятника
коэффициент статического увеличения v, который вводится при конструировании сейсмографа. Это значит, что если отклонить маятник на величину и и оставить его в таком положении, то перо или луч света на записи (сейсмограмме) отклонится на величину uv. Следовательнo, если в грунте происходят простые гармонические колебания с амплитудой у0 и периодом T0, то колебание маятника будет происходить с тем же периодом Т0 и амплитудой В, а запись на сейсмограмме — с периодом T0 и амплитудой vB. Так как сейсмограф предназначен для записи любого землетрясения, независимо от амплитуды и периода колебаний грунта, коэффициенты его статического и динамического увеличения должны быть постоянными независимо от параметров колебания грунта у0 и T0. В частности, из уравнения (1.5) при h=0, имеем:
Следовательно, чем больше период свободных колебаний маятника Tс, тем лучше, так как в этом случае
т.е. запись сейсмографа будет пропорциональна перемещению грунта у0. Для случаев h≠0, исходя из рис. 1.21, можно отделить то максимальное значение Tc, при котором можно будет записать колебания грунта с разными T0, Ho одинаковым динамическим коэффициентам В/у0. Как видно из рис. 1.21, при h=0,707 отношение В/у0 почти равно 1 до значения Т0/Тс ≤ 0.5сек. Это означает, что если период свободных колебаний сейсмографа Тс=1сек, то для землетрясений с периодом колебания грунта T0 до То=0,5*1=0,5сек и меньше все отношения В/у0 будет одинаковыми. Если же сейсмограф имеет период Тс=5сек, то он будет идентичным для всех землетрясений с периодом колебания грунта Т0=0.5-5=2.5сек и ниже. Таким образом, для данного параметра затухания h чем больше период свободных колебаний T0, тем сейсмограф обладает идентичностью для записи землетрясений с большим диапазоном периодов колебания грунта. Землетрясение не простое гармоническое движение типа
В общем случае, согласно теореме Фурье, любое сложное движение грунта можно представить в виде суммы множества таких простых гармонических движений:
Так как сейсмограф все гармоники записывает одновременно и их суммирует, то при соблюдении вышеуказанных условий равенства коэффициентов динамического и статического увеличения для всех вероятных гармоник движения грунта в нем (сейсмографе) автоматически осуществляется гармонический анализ и суперпозиция движений. Как видим, запись землетрясения довольно сложное дело. Они еще не достигло своего полного совершенства и требует постоянного внимания, чтобы для каждого прибора были правильно определены его параметры Тс, h и V. Кроме этого, силы затухания должны быть строго пропорциональны скорости движения маятника и, что тоже нелегкая техническая задачам. Поэтому постоянное регулирование работы сейсмографа и его таррировка являются первоочередной задачей работников сейсмических станций. Современные сеймографы имеют большую чувствительность. Коэффициенты их увеличения доходят до 100000 раз. Они могут записывать землетрясения, происходящие на сколь угодно большом расстоянии от места регистрации. Все сейсмографы настроены на непрерывный режим работы. Однако они «зашкаливают» при близких сильных землетрясениях из-за больших перемещений грунта до нескольких сантиметров; запись выходит за пределы допустимого и становится неразборчивой. Таким образом, сейсмографы в основном предназначены для записи перемещений грунта (сейсмограмма) при слабых местных и сильных дальних землетрясениях. В сейсмологии, как видим дальше, сейсмограммы играют огромную роль. Они используются для определения основных параметров землетрясения: положение гипоцентра и эпицентрального расстояния, продолжительности толчков, величины магнитуды и изучения механики очага.
Инженеров-проектировщиков и строителей больше интересует, как ведут себя здания и сооружения, которые подвергаются воздействию сильных колебаний грунта при близких землетрясениях, т.е. такие сотрясения грунта, которые причиняют им повреждения. В зданиях и сооружениях во время землетрясения генерируются инерционные силы, значения которых зависят как от их массы и динамических характеристик, так и от ускорения их основания (грунта). Приборы, способные измерять не смещение грунта, а ее ускорение называются акселерографами (рис. 1.22). Полученная запись называется акселерограммой, которая, несмотря на то, что внешне похожа на сейсмограмму, имеет другие кинематические характеристики и в действительности является ее второй производной. Акселерографы предназначены для записи близких сильных землетрясений. Они не реагируют на местные слабые и дальние сильные землетрясения. В отличие от сейсмографов акселерографы работают не в непрерывном, а в так называемом «ждущем» режиме. Они включаются автоматически от самого землетрясения и питаются от аккумуляторных батарей, поскольку при сильных землетрясениях источник электрического тока может отключиться. В отличие от сейсмографов коэффициент увеличения (чувствительности) невелик и находится в пределах 1-20. Кроме того, они при помощи специального устройства (реле) автоматически срабатывают при сравнительно сильных толчках и производят непрерывную регистрацию ускорения грунта в течение 40-50 сек. При последующих сильных ударах они вновь включаются. Акселерографы устанавливаются не только на свободной поверхности грунта, но и на разных уровнях зданий, мостов, плотин, атомных станций, на других ответственных сооружениях. Акселерографы, работающие в «ждущем» режиме, имеют ряд неудобств и недостатков, главными из которых являются:• отсутствие записи начальной фазы сотрясения грунта и вследствие этого отсутствие возможности фиксации времени начала землетрясения (в некоторых случаях для фиксации времени начала землетрясения для группы акселерографов в одном участке параллельно можно установить один недорогой контрольный сейсмограф с непрерывной записью);• если порог интенсивности включения очень чувствительный, акселерограф может включаться в работу не только от землетрясения, но и от случайных или искусственных источников сотрясения грунта, вследствие чего ресурсы акселерографа (бумага) во время настоящего толчка могут быть исчерпаны;• при регистрации ускорений грунта и разных уровней сооружения на одной ленте (бумаге) возникает ряд неудобств, так как их амплитуды перекрывают друг друга;• часто до землетрясения нарушается нулевое положение записывающего пера и величина коэффициента увеличения прибора. Поэтому они подлежат систематической таррировке на специальных вибростендах. Сеть регистрации ускорений грунта или, как принято у специалистов, «сеть сильных движений» была основана в начале 30-х годов в США начиная от записи ускорения грунта при землетрясении в Лонг-Биче. В настоящее время во всем мире установлены более чем 8000 акселерографов (большая часть из них в США и Японии). Они позволяют при одном землетрясении иметь одновременные записи ускорений в более 300 участках грунтов с различными инженерногеологическими условиями и на разных уровнях зданий и сооружений с радиусом более 200 км от эпицентра землетрясения. Для инженеров-строителей такие записи представляют огромную ценность. Они способствуют совершенствованию методов расчета сооружений на сейсмические воздействия и нормативных документов по сейсмостойкому строительству.
В сейсмологии кроме сейсмографов и алселерографов применяются также приборы, записывающие скорости движения грунтов во время землетрясения. Такие приборы называются велисографами, а их запись — велисограмма землетрясения. Велисограммы землетрясения в основном используются для уточнения интенсивности (в баллах) землетрясения и его энергетической характеристики. Все современные электромагнитные сейсмографы, велисографы и алселерографы, предназначенные для записи горизонтальных и вертикальных перемещений, скоростей и ycкоренный грунта, состоят из трех основных элементов: мощного постоянного магнита, инертной массы, закрепленной на пластинчатой пружине и из индукционной катушки вокруг массы. Во время землетрясения масса двигается относительно магнита, в катушке генерируется электрический ток, сила которой пропорциональна скорости движения инертной массы. Если этот ток вынудить пройти через гальванометр, то можно осуществить его фотозапись с помощью зеркальца гальванометра. Первый сейсмограф, основанный на этом принципе, был разработан Б. Б. Голицыным в 1906 году.
Отличительные параметры приборов.
Tеперь рассмотрим следующую виртуальную задачу: какими параметрами должен обладать такой прибор, чтоб он служил в качестве сейсмографа, велисографа или акселерофафа. Для этого обратимся к выражению (1.5) общего решения уравнения движения маятника прибора (1.4), заменим в нем частоты ω и р через периоды Tс и T0:
где у0, V0, а0 и T0 соответственно перемещение, скорость, ускорение и период колебания фунта, то уравнение (1.7) можно переписать и в следующих видах:
Формулы (1.7), (1.8) и (1.9) позволяют ответить на поставленный вопрос. Как было отмечено выше, единственное условие для идентичности прибора это постоянство правых частей уравнений (1.7), (1.8) и (1.9) для землетрясений с различными периодами колебания грунта T0. Основные параметры при конструировании прибора — это период свободных колебаний маятника Tc и коэффициента затухания h. Следовательно, для того, чтобы прибор служил сейсмографом, значения Tc и h необходимо так выбирать, чтобы правая часть уравнения (1.7) при всех ожидаемых значениях периода колебания грунта T0 была постоянна. Рассуждая аналогичным образом, можно констатировать, что для того чтобы прибор служил в качестве велисографа или акселерографа правые части уравнений (1.8) и (1.9) при всех ожидаемых T0 должны быть постоянными величинами. В табл. 1.2 приведены значения правых частей уравнений (1.7), (1.8) и (1.9) при различных значениях коэффициента затухания h и ожидаемых периодах колебания грунта T0 в диапазоне от 0.05 до 2.0 сек, а на рис.1.23 показаны их графические зависимости. Как видно из таблицы и графиков, чтобы регистрирующий прибор служил в качестве сейсмографа для записи землетрясений с периодами колебания грунта в диапазоне 0<Т0≤2.0 сек период свободных колебаний его маятника Tc должен быть равным 5.0 сек и больше, а коэффициент затухания около h=0.5. А для велисографа оптимальными являются Тс≥0.5 сек, h=2.0. Что касается акселерографа, то, как видно из таблицы и графиков, для идентичной записи ускорения грунта с периодами 0.05<То<2 период его собственных колебаний должен быть меньше, чем 0.1 сек, a h=0.25. Таким образом, чем больше период свободных колебаний маятника прибора, тем лучше он пригоден в качестве сейсмографа, и, наоборот, акселерограф должен иметь период собственных колебаний маятника не более чем 0.1 сек.
Период свободных колебаний современных сейсмографов доходит до Тс=10.0 сек, и они способны регистрировать самые ничтожные колебания грунта с амплитудой до 0.001 мм, а акселерографы имеют период Тс=0.01 сек и могут регистрировать очень мощные землетрясения с ускорением колебания грунта до 2g. Созданные для обработки записей землетрясений электронные измерительно-вычислительные комплексы позволяют при наличии одного вида записи грунта получить искусственные записи двух других видов путем дифференцирования или интегрирования записей. Часто из акселерограммы грунта сильного землетрясения путем интегрирования получают соответствующие искусственные велисограммы и сейсмограммы грунта, так как, как было отмечено выше, при сильных землетрясениях обычным сейсмографом невозможно регистрировать большие перемещения грунта, доходящие до нескольких сантиметров. На рис. 1.24 показана сейсмограмма землетрясения средней интенсивности, а на рис. 1.25 акселерограммы двух сильных землетрясений и полученные от них путем интегрирования искусственные велисограммы и сейсмограммы землетрясений.
Сейсмоскопы, сейсмометры, деформометры
. Кроме выше описанных приборов для записи кинематических параметров грунта при землетрясениях в сейсмологии в разные периоды ее развития принимались более простые приборы (сейсмоскопы, сейсмометры) с меньшими хлопотами, связанными с их обслуживанием и эксплуатацией.
Они часто с помощью механических приспособлений регистрировали какой-нибудь параметр характеризующий наибольший эффект землетрясения, без отметки времени начала землетрясения и его конца. Показания таких сейсмоскопов значительно способствуют усилиям специалистов по оценке интенсивности происшедшего землетрясения и уровня его воздействия на сооружения. В последние десятилетия в связи с широким проникновением в измерительную науку методов компьютерной и электронной техники производство и применение сейсмоскопов сильно снизилось, однако для полного представления истории развития методов регистрации землетрясения приведем краткую хронологию создания сейсмоскопов. Еще в древности людей интересовал вопрос, как регистрировать землетрясение. Первый прибор для регистрации землетрясения изобрел китаец Чжан Хен в 132 г. Он представлял из себя бочкообразный сосуд с художественными орнаментами с диаметром около 90см (рис, 1.26а). На внешней поверхности сосуда прикреплены 8 символических головок дракона, и полостях ртов которых установлены по одному шарику. Напротив головок драконов вокруг сосуда расположены 8 ля1ушек с открытыми ртами. Принцип действия прибора показан на рисунке. При сейсмическом толчке маятник отклонялся в сторону, приводил в действие один из рычагов, верхняя челюсть дракона поднималась и шарик выпадал прямо в раскрытый рот одной из лягушек, размещенных вокруг сосуда. Автор прибора полагал, что эпицентр сейсмических толчков находился в той стороне, откуда выпадал шарик.
В 1703 году француз Жан Отфей изготовил новый сейсмоскоп, который представлял собой наполненный ртутью сосуд, на поверхности которого имелись 8 отверстий. Во время землетрясения сосуд наклонялся и ртуть через отверстия попадала в стакан, расположенный напротив отверстия. По расположению отверстия на поверхности сосуда и по количеству вылитой ртути можно было судить о направлении места расположения эпицентра землетрясения и его силе. С аналогичным принципом работал и сейсмоскоп итальянца Каччиатори. В 1853 году Луиджи Пальмери совершенствовал эти сейсмоскопы, дополняя их часовым механизмом, который эвтоматически включался в начале и отключался в конце землетрясения, тем самым создавал возможность установить продолжительность землетрясения. В дальнейшем уже создавались маятниковые сейсмометры с большим периодом свободных колебаний (Милн, Омори, Вихерт), которые сыграли большую роль в деле изучения прошлых землетрясений. Из созданных в 50-х годах 20-го века сейсмометров следует выделить сейсмометр С. В. Медведева и многомаятниковый сейсмометр А. Г. Назарова. Сейсмометр С. В. Медведева — СБМ (сейсмометр балльности Медведева) представляет собой правильную трехгранную усеченную пирамиду высотой 62 см и стороной основания 44 см (рис. 1.26б). Главным элементом прибора является сферический упругий маятник, совершающий горизонтальные колебания при движении грунта во время землетрясения. Период свободных колебаний маятника Тс=0.25, коэффициент затухания — логарифмический декремент затухания 0.5 (h=0.08). Прибор устанавливается непосредственно на свободном грунте или на грунте подвального этажа здания. Показания СБМ являются косвенными критериями для оценки интенсивности землетрясения по шкале MSK-64 (см. 1.13, табл.1.5). Аналогичный американский сейсмоскоп Вилмота имеет период свободных колебаний Тс=0.75 сек (рис.1.26г). А.Г. Назаровым совместно со своими сотрудниками были разработаны многомаятниковые сейсмометры АИС (Армянский институт сооружений) и ИГИС для непосредственного построения спектра реакции землетрясения без использования его акселерограммы (рис. 1.26в).
Сейсмометр снабжен серией упругих сферических горизонтальных и вертикальных маятников с различными периодами свободных колебаний от 0.05 до 1.2 сек, которые во время землетрясения совершают горизонтальные и вертикальные колебания. Как и сейсмометр СБМ и сейсмометр АИС устанавливается на свободной поверхности грунта и в подвальном помещении здания. На рис.1.27 показаны примеры записи, полученные с помощью сейсмоскопов АИС, СБМ и Вилмота. В конце 20-го века Э. Е. Хачияном, А. М. Хачяном и М. Г. Мелкумяном был предложен новый экспресс-сейсмоскоп для установления величины максимального ускорения грунта при землетрясении в диапазоне 25-400см/сек2. Сейсмоскоп состоит из горизонтальной плиты (рис. 1.26д), на которой свободно, изолированно друг от друга, стоят 12 металлических цилиндрических стержней разной высоты (h) и радиуса (г). Прибор жестко закрепляется на грунте или на грунте подвального помещения. Исходя из условия опрокидывания стержня:
где а — максимальное ускорение грунта, γ — плотность стержня. Отношения высот к радиусу стержней подобраны таким образом, чтоб они отклонялись от вертикального положения при землетрясениях с ускорением грунта равным 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300 и 400 см/сек2 (отношение hr = 40, 20, 123, 10, 66, 5, 3.33, 2.5). Если, например, после землетрясения будут опрокинуты 4 стержня, это означает, что максимальное ускорение грунта было не больше чем 150 см/сек2. При землетрясениях с максимальным ускорением грунта больше чем 400 см/сек2 все 12 стержней отклоняются от вертикального положения. Для экспериментального изучения поведения грунтов и сейсмостойкости сооружения наличие вышеприведенных приборов еще недостаточно. Необходимы также различные деформометры для определения относительного перемещения двух участков грунта и соседних этажей зданий (перекос), остаточных деформаций в грунтах и в сооружениях, а также специальные приборы, определяющие давление подземных грунтовых вод и вод водохранилищ и плотин. И наконец, отметим, что вышеуказанная вся сейсмологическая и инженерно-сейсмологическая аппаратура нуждается в систематической таррировке на специальных вибростендах, роль которых в деле обеспечения достоверности регистрации землетрясения нельзя недооценивать. Один из вариантов такого портативного вибростенда, разработанный АрмНИИ сейсмостойкого строительства и установленного во многих инженерносейсмометрических станциях бывшего СССР, показан на рис. 1.28.
Грузоподъемность стенда до 25 кг, площадь стола 40×40 см, диапазон свободных колебаний стола, регулируемых путем фиксации длин 4-х тонких металлических пластин от 0.05 до 2.0 сек. Стенд может возбуждать гармонические и квазигармонические колебания амплитудой до 2 см и свободные колебания при помощи ударного приспособления. Главными производителями сейсмологической и инженерносейсмологической аппаратуры в мире являются американские фирмы Kinemetrics, Tehdyne Geotech, ряд японских фирм, Объединенный институт физики Земли Российской академии наук, Гюмрийский специальный конструкторо-технологический институт Академии наук Армении.
«Землетрясение в Турции произошло внутри района, рассчитанного по алгоритму М8»
— Как устроена коммуникация между специалистами по землетрясениям и людьми, которые принимают решения и должны предпринимать необходимые меры?
— Практически во всех странах ликвидацией последствий занимаются силовые структуры. Естественно, что там есть определенная степень защиты информации. Понятно, что объявлять о потенциальном землетрясении в СМИ нельзя из-за возможной паники. Она может вызвать больший отрицательный эффект, чем сама катастрофа. В советский период было хорошее взаимодействие между силовыми ведомствами и академией наук, но, к сожалению, эти связи существенно сократились. Сообщать о потенциальной опасности в нашей стране должен экспертный совет по прогнозу землетрясений, но его члены сегодня — уже очень пожилые люди и его активность сильно упала. Взаимодействие с МЧС ведется очень формально. Сейчас мы стараемся возобновить контакты, чтобы восстановить взаимодействие ученых и специалистов МЧС.
— Кроме алгоритма М8 в институте есть модель, которая уточняет местоположение предполагаемых землетрясений. Можете рассказать об этом?
— Да, в этих расчетах также используется информация о более слабых землетрясениях. В рамках той зоны, где ожидаются толчки магнитудой 7,5–8, мы выделяем территорию, которая в десятки раз сокращает потенциально опасный район, где может произойти сейсмическое событие. Но проблема в том, что когда мы уменьшаем эту зону, мы сокращаем и вероятность правильного прогноза. Землетрясение в Турции произошло внутри района, рассчитанного по алгоритму М8, но вне уточненной дополнительно территории.
— В конце января появилась работа китайских ученых, посвященная изменениям в ядре Земли. Якобы оно меняет скорость и даже направление вращения. Могло ли землетрясение в Турции быть связано с этими процессами?
— Я не могу сказать ни да, ни нет, потому что китайские ученые не подтвердили факты, а только выдвинули гипотезу на основе анализа данных. Объяснять гипотезой какой-то факт довольно странно. Она должна формулироваться из фактов, а не наоборот.
— Есть также версия, что землетрясения могут вызываться толчками в других уголках планеты, которые служат их триггерами.
— Землетрясения происходят там, где накопилось большое напряжение. Чтобы началась какая-то подвижка по разлому, ее должно что-то подтолкнуть. Нужен «спусковой крючок», который запустит процесс. Иногда таким крючком могут быть волны от удаленного землетрясения. Но сказать, что одно землетрясение спровоцировало другие, более отдаленные, нельзя, так как слишком много иных факторов, которые могут повлиять на это.
Прогноз на годы
Специалисты ожидали подобных событий в зоне нынешнего землетрясения и даже предсказывали, что его магнитуда будет достигать 8 баллов, пояснила Анна Люсина. Однако из-за отсутствия налаженной коммуникации между специалистами и властями предупреждения ученых не дошли до тех, кто принимает решения.
По словам Владимира Кособокова, всегда существует возможность подготовиться к такого рода событиям. За несколько месяцев перед землетрясением сейсмологи не фиксировали ничего необычного в регионе. Однако более долгосрочные оценки по некоторым сейсмологическим индикаторам говорили, что территория входит в опасное состояние.
Существует Кодекс этики прогнозирования землетрясений, он был принят в Страсбурге в 1991 году на конференции под эгидой Совета Европы, рассказал в интервью «Известиям» заведующий лабораторией сейсмической опасности Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Алексей Завьялов.
— Это не юридически обязывающий документ, а некий призыв к ученым. Его суть в том, что если у конкретного ученого появляются данные, что где-то произойдет сильное землетрясение, то он должен не сообщать об этом в СМИ, а обсудить их в своей организации. И если научное сообщество в этой организации решит, что эта информация заслуживает внимания, то данные уходят дальше — в министерства. А уже там решают, обратиться ли к руководству той страны, на территории которой прогнозируется сильное сейсмическое событие, — объяснил эксперт.
В России этой проблемой занимается специализированный совет, в который стекаются прогнозы ученых, в частности, Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, где ведут среднесрочный прогноз сейсмологической ситуации во всем мире. Результаты их расчетов рассылаются каждые полгода ведущим геофизикам мира. Последняя рассылка была отправлена в январе — в ней в качестве потенциально опасной зоны был указан и эпицентр нынешнего землетрясения.
По данным на 20:00 6 февраля, число погибших в Турции достигло 1541 человека, еще 9733 ранены. В Сирии, согласно данным минздрава страны, жертвами трагедии стали 538 человек, пострадало еще 1353. Подземные толчки ощущались в Ливии, Израиле, Армении, Ираке, были зафиксированы даже в Гренландии. Десятки стран объявили о помощи и отправке спасателей в Сирию и Турцию. В ближайшее время туда вылетят и российские спасатели.
Может затянуться
В районе землетрясения в Турции и Сирии в ближайшие дни следует ожидать новых толчков, рассказали «Известиям» российские специалисты. Причем они могут быть как более сильными, чем предыдущие, так и ослабевать, подчеркнул старший научный сотрудник лаборатории сейсмометрии Института геофизики Уральского отделения РАН Александр Гуляев.
Землетрясение магнитудой 7,7 балла началось ночью 6 февраля в турецкой провинции Кахраманмараш. За первым толчком последовал второй, аналогичный по силе первому. На языке науки это называется роем землетрясений — вид сейсмической активности, при которой за короткое время в одном месте происходит несколько полноценных толчков, пояснила «Известиям» доцент кафедры физики МГУ, сейсмолог Анна Люсина.
— В ближайшее время стоит ждать новых толчков, могут быть еще и афтершоки — повторные толчки меньшей силы, чем основной, — отметила эксперт.
Происходящее, по словам ученых, объясняется тем фактом, что по территории Турции и Греции проходит Северо-Анатолийский разлом. Именно он и делает регион очень опасным — примерно каждые 30 лет там происходят крупные сейсмические события. Землетрясения случаются на разломе плит, которые постоянно движутся и трутся друг о друга. Когда плиты ломаются, и происходят сильные разрушительные толчки, рассказал заведующий кафедрой физики Земли Владимир Смирнов.
Величина колебания при одинаковом расстоянии от очага зависит от типа грунта. Если дом стоит на рыхлой почве, шататься он будет больше, если на твердом каменном основании, например скале, — меньше. Землетрясение в Турции произошло на глубине около 10 км, фактически около самой поверхности, поэтому у него такие сильные последствия, заключил эксперт.
Повторные толчки слабой силы в зоне бедствия будут продолжаться многие дни, если не месяцы, потому что система разломов и блоков земной коры должна каким-то образом себя адаптировать к новой ситуации, уверен старший научный сотрудник Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Владимир Кособоков.
— Землетрясение, которое произошло, — одно из сильнейших в мире. В год таких происходят единицы. Магнитуда по шкале Рихтера (служит для измерения силы землетрясений.—«Известия») была от 7,7 до 8 баллов. При этом по шкале интенсивности землетрясений Меркалли (определяет интенсивность землетрясения на основе данных о разрушениях. — «Известия») его сила была 11 баллов из 12 возможных, — сказал Владимир Кособоков.
В семи провинциях на юго-востоке Турции произошло разрушительное землетрясение силой 7,6 балла. Есть жертвы среди населения, ведутся спасательные работы. Подробности — в фотогалерее «Известий»
Очаг землетрясения залегал на глубине 10 км, эпицентр находился в 27 км от турецкого города Газиантеп с населением более 1 млн человек
По интенсивности сотрясений в эпицентре сейсмособытие оценили как «уничтожающее»
В результате происшествия оказались разрушены десятки домов
Счет жертв идет на сотни. Спасатели и добровольцы продолжают разбирать завалы
В Турции объявлен самый высокий уровень тревоги
По предварительным данным, почти три тысячи человек получили различные травмы
Подземные толчки ощущались в других странах, в том числе в Ливане и на армяно-грузинской границе. Кроме того, сообщается о погибших и пострадавших, а также о многочисленных разрушениях в сирийских городах
Министр внутренних дел Турции Сулейман Сойлу заявил, что пострадали 10 городов — Газиантеп, Кахраманмарас, Хатай, Османие, Адыяман, Малатья, Шанлыурфа, Адана, Диярбакыр и Килис
Многие здания рухнули, спасатели ищут выживших под завалами. Ожидается, что число пострадавших и погибших в ближайшие часы может резко возрасти
Российские ученые доказали возможность предсказывать землетрясения за полгода
Читать iz.ru в
Ученые университета МИСИС доказали, что в сейсмической активности земной коры есть определенные закономерности и за счет них можно за шесть месяцев спрогнозировать сильные толчки. В характеристиках природных катаклизмов на графиках видны свойства самоподобия, когда часть идентична целой картине.
Анализируя пиковые значения толчков в их связи с пространственно-временными показателями, можно делать достоверные предсказания.
«Сложный процесс сейсмической активности внешне кажется хаотическим. Однако при рассмотрении множества очагов землетрясений с учетом значений их магнитуд можно увидеть, что они образуют мультифрактал, который может быть изучен методами фрактальной геометрии. Такие исследования ведутся нашими студентами уже на протяжении нескольких лет. Было доказано, что в процессе сейсмической активности присутствуют детерминированные (взаимно обусловленные) составляющие. В частности, установлена связь между возникновением землетрясений с большими магнитудами и скачками таких характеристик множества очагов землетрясений», — рассказала руководитель исследования, доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС Валерия Шихеева.
С целью найти закономерность в движениях земной коры специалисты московского вуза изучили сейсмическую активность Камчатки и Японских островов, которые находятся в Тихоокеанском огненном поясе. В этой области находится множество вулканов, которые часто становятся причиной природных катаклизмов.
Исследование выявило, что начало землетрясения может быть спрогнозировано заранее, до наступления основного толчка, так как перед ним фиксируется необычное падение значения фрактальной размерности.
Подробнее читайте в эксклюзивном материале «Известий»:
Фрактальная неизбежность: землетрясения смогут предсказывать за полгода
Подпишитесь и получайте новости первыми
«Была накоплена очень большая энергия»
— Что, на ваш взгляд, будет происходить в ближайшее время на месте землетрясения в Турции?
— Мы в нашем институте в рамках проекта Российского научного фонда разработали автоматизированную систему прогноза активности афтершоков. Она самостоятельно собирает информацию о текущих землетрясениях и повторных толчках и по ней оценивает, как будет себя вести последовательность сейсмических событий в дальнейшем.
В день событий в Турции я был очень обеспокоен активностью повторных толчков, так как произошло очень много афтершоков магнитудой 6 и выше. Одно землетрясение через девять часов после ночного имело магнитуду 7,5 или даже чуть больше. Казалось, что афтершоковая активность чрезвычайно высока и есть опасность, что она будет длиться долго. Но информация, которую наша система обработала в автоматическом режиме за первые сутки, показала, что скорость спадания этой активности несколько выше, чем в среднем после землетрясений такой силы.
По-видимому, сильное землетрясение будет продолжаться не в течение месяца, а несколько меньше, в течение двух недель. К этому времени афтершоки магнитудой 6 завершатся, но пока их вероятность остается высокой.
— Насколько эта ситуация типична?
— Каждое землетрясение такой силы индивидуально, поэтому после него поведение земной коры может быть различным. В данном случае при высокой начальной активности афтершоков, по сравнению с усредненными значениями, ее спадание происходит быстрее.
Кроме того, важно отметить, что очаг землетрясения, которое произошло через девять часов после ночного толчка и имело магнитуду 7,5, был расположен не на разломе, а под углом к нему. Тем самым его очаг как бы запер распространение толчков вдоль разлома и ограничил возможность их продвижения дальше на север.
Но ситуация может далее развиваться и по-другому. Два таких сильнейших землетрясения в короткий период времени говорят о том, что была накоплена очень большая энергия и ее перераспределение очень сложно смоделировать.
— Какие методы прогнозирования вы используете и на основе каких данных это делается?
— Те прогнозы, которые дают положительный результат, подтвержденный 30-летним тестом в нашем институте, мы делаем по так называемому алгоритму М8. Он используется для предсказания мощных землетрясений магнитудой от 7,5 и выше. Для этого мы используем данные о более слабых толчках, которые происходят в регионе. Пока мы делаем прогноз на пять лет вперед и для территории с линейным размером порядка 1 тыс. км.
Конечно, сценарии сбываются не всегда. Иногда случается ложная тревога. В этом и проблема прогнозов. Можно сказать, что наши результаты лучше отражают реальность, чем случайный прогноз. Мы очень надеемся, что в будущем привлечение данных спутниковой геодезии приведет к существенному уточнению прогнозов. Но говорить, что есть какие-то сдвиги в этом направлении, пока рано.
Землетрясение в Турции произошло в зоне, где мы ожидали толчки магнитудой 8 в течение пяти лет. Но эта зона охватывает территорию, которая по размеру больше, чем вся Турция. С обывательской точки зрения этот прогноз неточный, так как его нельзя использовать для эвакуации населения или проведения других превентивных мероприятий. Действительно, для отключения электричества, чтобы избежать пожаров, или для остановки транспорта такого прогноза недостаточно.
— То есть прогноз по ситуации в Турции был сделан на слишком большой промежуток времени и не указывал конкретный регион, где возможна катастрофа, поэтому он не мог принести практической пользы?
— Какую-то пользу он мог принести, потому что в этой зоне не всегда тревожная ситуация. Например, в Турции мы далеко не всегда ожидали землетрясения магнитудой 8, такая опасность появилась только в последние годы. Но где конкретно произойдут сильные толчки, сказать было очень сложно.
— А что можно было предпринять? Укрепить уязвимые здания?
— Укрепить здания в такой короткий срок вряд ли возможно. Но реально подготовить население. Напомнить ему, как вести себя при землетрясениях, что делать, если ЧП произошло ночью. Можно провести обучение специальных служб и учения по ликвидации последствий, выпустить необходимые ведомственные инструкции. Если бы это было сделано, то число жертв могло бы быть меньше. Сейчас мы видим, что число пострадавших растет. В понедельник было 1,5 тыс., во вторник уже около 7 тыс. погибших. И эта цифра будет увеличиваться и дальше, так как шансы выжить под завалами с каждым днем сокращаются.