Заведующий лабораторией физики колебаний пробных масс, Алексей Любушин, в пятницу 7 февраля рассказал «ТАСС» о разработке метода прогноза незаметных для сейсмостанций «тихих» землетрясений.
Причиной землетрясений является движение тектонической энергии, накопленной в земной коре: подобно воздуху в шаре, эти процессы могут привести к взрыву или менее очевидным последствиям – «тихим» землетрясениям, которые считаются безопасными, но могут проявляться в неожиданном обрушении зданий и мостов месяцы и годы спустя. Сценарий таких событий нельзя предсказать, так как механизмы «тихих» землетрясений мало изучены.
«Сейчас можно лишь определить, что конкретная область на карте переходит в опасное состояние из-за накопления тектонической энергии. Поэтому важно найти критерий, который смог бы нам подсказать, по какому сценарию эта накопленная энергия будет израсходована. У нас есть основания предполагать, что сценарий «тихих» землетрясений можно будет определить по тому, какие частоты колебаний геофизической среды доминируют по отношению друг к другу», – пояснил Алексей Любушин.
С полным текстом интервью вы можете ознакомиться на сайте:
«Информационного агентства России ТАСС»: https://nauka.tass.ru/nauka/7706521
Турция начала расследование в связи с масштабными разрушениями после землетрясений. Власти предполагают, что при возведении зданий строители допустили нарушения. На данный момент около 130 человек проходят в качестве подозреваемых. Мощные подземные толчки на юго-востоке Турции и в Сирии произошли утром 6 февраля. В эпицентре зафиксировали землетрясение магнитудой 7,8. Тысячи домов были разрушены. Погибли более 28 тыс. человек. В Управлении по чрезвычайным ситуациям Турции сравнили мощность толчков со взрывом 500 атомных бомб. Вместе с тем в СМИ продолжаются споры о том, почему не удалось избежать столь масштабного ущерба и можно ли было спрогнозировать разрушительные землетрясения. Какие звучат теории? И что говорят ученые? Об этом — Александр Рассохин.
В числе главных вопросов, которыми многие в мире задались после землетрясения: почему Турция, находящаяся в сейсмоопасной зоне, оказалась к нему не готова? В стране рухнули тысячи зданий, которые должны были строить с учетом риска сильных подземных толчков. Объяснение нашлось — как сообщает телеканал Al Jazeera, почти все развалившиеся дома возвели до 2000 года, когда требования к сеймостойкости в стране еще не ужесточили.
Кроме того, во многих разрушенных зданиях обнаружились дефекты конструкции. При этом о высокой вероятности подобного бедствия сейсмологи предупреждали. Еще 17 лет назад профессор Окан Туйсуз из Стамбульского университета заверял в интервью газете The Guardian, что землетрясение в стране неизбежно случится в регионе до 2030 года.
Почему население Турции недовольно действиями властей
Сенсацией для специалистов произошедшее действительно не стало, отметил главный научный сотрудник Института физики Земли РАН Алексей Любушин: «Сильные землетрясения происходят редко. Согласно закону повторяемости, такое же стихийное бедствие в Турции случилось в 1939-м. За это время численность населения увеличилась, пустынная местность теперь застроена.
Происходит раз в 100 лет такое землетрясение, но пока никто не может сказать точно, когда оно случится.
Естественно, человек хочет найти что-нибудь интересное, связать эти случаи. Вот в период с 1965 года по 2004-й, когда произошло землетрясение на Суматре, во всем мире не было подобных явлений с магнитудой выше 8,5. Потом они пошли один за другим, и люди нафантазировали, что в те годы производили подземные ядерные испытания в Соединенных Штатах и Советском Союзе, и якобы взрывы разряжали сейсмическую энергию, поэтому крупных землетрясений и не было».
Впрочем, есть немало других версий, которые появились в сети сразу после трагедии. Связать землетрясение в Турции попытались и с недавним открытием исследователей из Техасского университета, которые заявили, что обнаружили прежде неизвестный слой земной мантии. В некоторых СМИ вспомнили, что в конце января ученые из Китая сообщили, что ядро планеты замедлило и, вероятно, изменило вектор вращения.
Теорий появляется множество, но большинство из них ученые не могут ни подтвердить, ни опровергнуть, ведь данных для этого недостаточно, объяснил кандидат геолого-минералогических наук Александр Жигалин: «Разрез от поверхности до ядра, по данным сейсмических наблюдений, составляет 12 км, это максимальная пробуренная скважина. Каждые несколько десятков метров преподносили сюрприз: что-то не то с чередованием пластов, где-то воду нашли, потом где-то и золото увидели.
Мы считаем, что движутся плиты, но появилась еще такая штука: от жидкого ядра отрываются сгустки расплавленного и горячего вещества. И когда оно поднимается наверх, то может проникнуть очень близко к земной коре и разорвать ее. Получается внутриплитовое землетрясение».
В журнале Frontiers in Earth Science вышла статья зав. лабораторией физики колебаний пробных масс (602) ИФЗ РАН, д.ф.-м.н., профессора Алексея Александровича Любушина.
В данной работе в результате изучения длительных непрерывных записей низкочастотных сейсмических шумов на сети широкополосных сейсмических станций, охватывающих весь земной шар, удалось установить характерные моменты времени изменения трендов когерентности свойств сейсмических шумов.
Можно выделить два критических интервала времени, когда свойства сейсмического шума существенно изменились. С учетом того, что свойства сейсмического шума оцениваются в скользящих временных окнах длиной 365 суток, критические интервалы времени также определены с точностью 1 год. Первый интервал времени 2002.5-2003.5 относится к изменению тренда средней максимальной когерентности между значениями первых компонент свойств шума в опорных точках. После этого интервала наблюдается систематический рост средней максимальной когерентности, на который накладываются периодические флуктуации с периодом около 1000 суток. Второй критический интервал времени в поведении глобального сейсмического шума относится к 2011-2012 гг. После него начинаются хаотические пульсации с высокой амплитудой изменения числа пар опорных точек и средних расстояний между опорными точками, для которых возникла сильная попарная когерентность, превосходящая порог 0.8.
Наряду с ростом средней когерентности наблюдается увеличение радиуса пространственных максимальных когерентностей свойств шума. Обе эти тенденции сохраняется до конца 2021 г., что интерпретируется как общий признак роста степени критичности состояния планеты и, как следствие, роста глобальной сейсмической опасности. После двух близких по времени мега-землетрясений: 27.02.2010, М=8.8 в Чили и 11.03.2011, M=9.1 в Японии произошло взрывное увеличение пространственных масштабов сильной когерентности параметров шума, что также является признаком роста критического состояния.
Исследован отклик свойств сейсмического шума на вариации длины суток (LOD – length of day). В качестве меры отклика, распределенной по поверхности Земли, использовался максимум спектра когерентности между LOD и ежесуточными значениями свойств шума в сети опорных точек, оцениваемый в скользящем временном окне длиной 1 год. Оценка корреляционной функции между средними значениями отклика на LOD и логарифмом выделившейся сейсмической энергии в скользящем временном окне длиной 1 год указывает на задержку выделения энергии по отношению к максимумам отклика свойств шума на LOD со временем запаздывания около 500 суток. В связи с этим результатом дополнительную интригу вносит экстремальное увеличение среднего значения отклика на LOD в 2021 году.
Оценка мест концентрации сейсмической опасности путем изучения свойств сейсмического шума, согласно используемому методу, сводится к определению мест, где наиболее часто наблюдаются экстремальные значения, то есть к оценке плотностей пространственного распределения минимумов для γ, Δα, и максимума En. Такие оценки показаны на картах в правой колонке рис. 4. Эти цифровые карты сильно коррелированы, и следует обратить внимание на регион на западе и в центре Тихого океана.
Еще одним способом оценки сейсмоопасных мест является оценка плотности распределения максимальных значений средних абсолютных корреляций между шумовыми свойствами, показанными на рисунках 6А,Б. Однако следует иметь в виду малую плотность сейсмических станций, особенно в океанических районах Южного полушария, вследствие чего оценки распределения экстремальных значений шумовых свойств подвержены сильной неопределенности.
Основной результат статьи заключается в том, что с 2003 года происходит нарастание глобальной сейсмической опасности, причем в процессе этого нарастания следует обратить внимание на явления, характерные для последних годовых временных окон.
Алексей Любушин окончил Московский физико-технический институт, Факультет аэрофизики и космических исследований в 1977 г.В 1977-1984 годах работал в Институте проблем механики АН СССР. В 1981 году защитил кандидатскую диссертацию физ.-мат. наук по численным методам оптимального управления и их приложениям к задачам динамики полета.С 1984 г. по настоящее время работает в Институте физики Земли РАН на должности старшего (1984 г.), ведущего (1997 г.), главного (1998 г.) научного сотрудника и руководителя лаборатории (2013 г.).В 1996 году защитил докторскую диссертацию физ.-мат. наук по использованию многомерной обработки сигналов и математической статистики для анализа данных комплексных систем геофизического мониторинга.Область научных интересов: многомерная обработка сигналов, статистика точечных процессов, геофизический мониторинг, прогноз землетрясений, оценка сейсмической опасности, мониторинг больших данных временных рядов.
Главное научное достижение А.А. Любушина — разработка и реализация нового метода оценки сейсмической опасности, основанного на построении в скользящем временном окне карт мультифрактальных свойств низкочастотного сейсмического шума по данным широкополосных сейсмических станций. сети, охватывающие сейсмически активный регион. Эти методы после применения к данным из сети F-net в Японии правильно выделили область мега-землетрясения 11 марта 2011 г. Прогноз катастрофы, сначала только с оценкой магнитуды (середина 2008 г.), а затем с более низкой оценкой времени (середина 2010 г.) был предварительно опубликован в серии статей и тезисов на российских и международных конференциях (общее количество — 10).
Впоследствии, на основе более детального развития этих представлений, был разработан общий метод динамической оценки сейсмической опасности, основанный на построении в скользящем временном окне карт распределения по пространству статистических и мульти-фрактальных свойств низкочастотного сейсмического шума по данным от сетей широкополосных сейсмических станций, покрывающих сейсмоактивный регион. В качестве статистик, выделяющих регионы с повышенной опасностью, предложено использовать ширину носителя спектра сингулярности, минимальную нормализованную энтропию распределения квадратов ортогональных вейвлет-коэффициентов, индекс гладкости (число обнуляемых моментов оптимального ортогонального вейвлета), индекс линейной предсказуемости волновых форм сейсмического шума, а также карты линейных комбинаций этих характеристик шума.
Любушин продолжает развитие и разработку уникального комплекса многомерных алгоритмов, являющегося эффективным инструментом обнаружения скрытых связей между геофизическими полями и процессами, в том числе различной физической природы и структуры. Целью этих алгоритмов является обнаружение очень слабых нестационарных сигналов общего происхождения, имеющих как гармоническое колебательное поведение, так и резко нестационарный характер, в многомерных временных рядах мониторинга с определением их характерных периодов и временных масштабов. Разработанная Любушиным программа поиска периодических составляющих в интенсивности точечных процессов по приращениям логарифмической функции правдоподобия нашла широкое применение в геофизических исследованиях.
А.А. Любушин создал программу для оценки карт параметров байесовской сейсмической опасности: максимальных значений магнитуд и пиковых ускорений грунта и параметров их распределения на будущем временном интервале заданной длины, включая карты квантилей и стандартных отклонений. Такой подход позволяет наиболее естественно учесть неопределенности значений магнитуд и законов затухания сейсмических волн.
Применение методов анализа временных рядов, разработанных А.А. Любушина климатическим временным рядам позволил выявить статистически значимую 60-летнюю периодическую составляющую естественных вариаций климата и на ее основе составить краткосрочный прогноз изменения глобальной температуры.
Разработаны методы синхронной обработки большого числа (до нескольких тысяч) временных рядов геофизического мониторинга с целью построения карт двумерных плотностей вероятности пространственного распределения экстремальных значений статистик и спектральных мер когерентности случайных флуктуаций геофизических полей. Целью построения таких карт является выделение аномальных областей с повышенной сейсмической опасностью. Карты могут быть построены как по всей имеющейся выборке данных, так и в скользящем временном окне. В последнем случае разработанная методика представляет собой новый способ оценки текущей сейсмической опасности. Методика была применена к данным тремора земной поверхности, измеряемого средствами GPS, на территориях США и Японии. Для Японии эта же методика была применена к данным измерения низкочастотного сейсмического шума.
Исследована когерентность свойств глобального сейсмического фона, что дало возможность выделить время (середина 2003 г.) начала тренда увеличения коррелированности шума, предшествующее увеличению интенсивности сильнейших землетрясений во всем мире. Анализ временного ряда длины дня позволил выдвинуть гипотезу, что триггером этого явления является всплеск нестационарности в режиме вращения Земли. Оценка вариаций когерентности между главными компонентам свойств сейсмического шума в Японии и Калифорнии и временным рядом длины дня независимо подтверждает это предположение.
Автор и соавтор трех монографий по анализу временных рядов систем геофизического мониторинга.
Лауреат премии Международной академической издательской компании «Наука/Интерпериодика» за лучшую научную публикацию — за цикл из 3-х статей «Анализ микросейсмического фона», опубликованных в журнале «Физика Земли» в 2009-2011 гг.
Председатель рабочей группы Европейской сейсмологической комиссии (ESC) “Earthquake physics: Field observations, experimental and numerical modelling and comprehensive analysis”. Член редколлегии журнала «Геофизические исследования».
Руководитель проектов РФФИ:
94-05-16120-а, 1994-1995, «Поиск новых предвестников сильных землетрясений с помощью частотно-временного анализа собственных чисел спектральных матриц потока данных от систем низкочастотного геофизического мониторинга»
97-05-64170-а, 1997-1998, «Исследование эффектов коллективного поведения геофизических процессов по результатам комплексных наблюдений систем мониторинга»
99-05-65175-а, 1999-2001, «Метод агрегированных сигналов в анализе фоновых геофизических процессов в земной коре»
06-05-64625-а, 2006-2008, «Масштабно-зависимые сценарии коллективного поведения геофизических процессов перед сильными землетрясениями»
09-05-00134-а, 2009-2011, «Тренды, ритмы и синхронизация мультифрактальных параметров шумов геофизических процессов»
12-05-00146-а, 2012-2014, «Глобальное поле низкочастотных сейсмических шумов: эффекты синхронизации и предвестники»
15-05-00414-а, 2015-2017, «Новые методы динамической оценки сейсмической опасности на основе анализа случайных флуктуаций геофизических полей»
18-05-00133-а, 2018-2020, «Оценка флуктуаций сейсмической опасности на основе комплексного анализа собственного шума Земли»
Основные последние публикации:
Любушин А.А. (2009) Тренды и ритмы синхронизации мультифрактальных параметров поля низкочастотных микросейсм // Физика Земли, 2009, № 5, стр. 15-28.
Любушин А.А. (2010) Статистики временных фрагментов низкочастотных микросейсм: их тренды и синхронизация // Физика Земли, 2010, № 6, стр. 86-96.
Lyubushin A. (2010), Multifractal Parameters of Low-Frequency Microseisms // V. de Rubeis et al. (eds.), Synchronization and Triggering: from Fracture to Earthquake Processes, GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences 1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010, 388p., Chapter 15, pp.253-272. http://dx.doi.org/10.1007%2F978-3-642-12300-9_15
Любушин А.А. (2011) Кластерный анализ свойств низкочастотного микросейсмического шума // Физика Земли, 2011, № 6, с.26-34.
Lyubushin A.A. (2011) Seismic Catastrophe in Japan on March 11, 2011: Long-Term Prediction on the Basis of Low-Frequency Microseisms // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2011, Vol. 46, No. 8, pp. 904–921. https://doi.org/10.1134/S0001433811080056
Lyubushin A.A. (2014) Dynamic estimate of seismic danger based on multifractal properties of low-frequency seismic noise // Natural Hazards, January 2014, Volume 70, Issue 1, pp 471-483. http://dx.doi.org/10.1007%2Fs11069-013-0823-7
Lyubushin A.A. (2015) Wavelet-based coherence measures of global seismic noise properties // Journal of Seismology, April 2015, Volume 19, No.2, pp 329-340. http://dx.doi.org/10.1007/s10950-014-9468-6
Lyubushin A.A. (2017) Long-range coherence between seismic noise properties in Japan and California before and after Tohoku mega-earthquake // Acta Geodaetica et Geophysica, 2017, 52:467–478, http://dx.doi.org/10.1007/s40328-016-0181-5
Lyubushin A. (2018(a)) Global coherence of GPS-measured high-frequency surface tremor motions. GPS Solutions. October 2018, 22:116. https://doi.org/10.1007/s10291-018-0781-3
Lyubushin A. (2018(b)) Synchronization of Geophysical Fields Fluctuations // Tamaz Chelidze, Luciano Telesca, Filippos Vallianatos (eds.), Complexity of Seismic Time Series: Measurement and Applications, Elsevier 2018, Amsterdam, Oxford, Cambridge. Chapter 6. P.161-197. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813138-1.00006-7
Lyubushin A.A. (2018(c)) Cyclic Properties of Seismic Noise and the Problem of Predictability of the Strongest Earthquakes in Japanese Islands // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, December 2018, Volume 54, Issue 10, pp 1460–1469. https://doi.org/10.1134/S0001433818100067
Lyubushin, A. (2019) Field of coherence of GPS-measured earth tremors. GPS Solutions (2019) 23:120. First Online: 27 September 2019. https://doi.org/10.1007/s10291-019-0909-0
Lyubushin, A. (2020a) Trends of Global Seismic Noise Properties in Connection to Irregularity of Earth’s Rotation // Pure Appl. Geophys. 177, 621–636 (2020). https://doi.org/10.1007/s00024-019-02331-z
Lyubushin, A. (2020b) Connection of Seismic Noise Properties in Japan and California with Irregularity of Earth’s Rotation // Pure Appl. Geophys. (2020). https://doi.org/10.1007/s00024-020-02526-9
Lyubushin A.A. (2020c) Seismic Noise Wavelet-Based Entropy in Southern California // Journal of Seismology, 2020, https://doi.org/10.1007/s10950-020-09950-3
Lyubushin A. (2020d) Global Seismic Noise Entropy // Frontiers in Earth Science, 8:611663. https://doi.org/10.3389/feart.2020.611663
Любушин А.А., Копылова Г.Н., Серафимова Ю.К. (2021) Связь мультифрактальных и энтропийных свойств сейсмического шума на Камчатке с неравномерностью вращения Земли // Физика Земли, 2021, № 2, с. 153-163. https://doi.org/10.31857/S0002333721020046
Scopus ID: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6603827321
Страница в системе ИСТИНА: http://istina.msu.ru/profile/lyubushin/
Ссылка на полный список трудов в хронологической последовательности: http://AlexeyLyubushin.narod.ru/Lyubushin_Spisok_trudov.pdf
Как сильнейшее землетрясение отразится на экономике Турции
В результате стихийного бедствия в Турции, как выяснили в итальянском Национальном институте геофизики и вулканологии, в литосфере образовался 150-километровый разлом, а Аравийская плита сдвинулась на 3 м юго-западнее Анатолийской. Как отмечают ученые, новое положение этих плит еще не закрепилось, поэтому небольшие афтершоки могут продолжаться еще несколько месяцев.
В 2011 году в стране случилось мегаземлетрясение, к счастью, оно произошло в малонаселенном регионе. А если это случится сейчас, то волна цунами может нанести удар по Токио. Число погибших от стихии может достигнуть 300 тыс. человек. Конечно, хорошо было бы иметь какую-нибудь принципиально новую технологию, но пока во всем мире предпочитают вкладывать деньги в более надежные исследования».
Минимум еще одно землетрясение в ближайшие годы исследователи предрекают и Турции. Причем пострадать от стихийного бедствия может 15-миллионный Стамбул. Как следует из доклада, подготовленного мэрией мегаполиса в 2021 году, при толчках магнитудой 7,5 баллов от последствий стихии могут быть разрушены примерно 209 тыс. зданий.
Новости в вашем ритме — Telegram-канал «Ъ FM».
