Предсказать землетрясение

Когда происходят крупные землетрясения, новости пестрят словами, которые не всем понятны: «магнитуда», «сейсмическая активность», «рои» и тому подобное. Объясняем термины, и разбираемся можно ли предсказать землетрясения

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.

Почему происходят землетрясения

Земная кора разбита на несколько больших тектонических плит, которые плавают на полужидкой мантии под ними. В основном землетрясения происходят в результате движения этих плит. Когда они движутся друг на друга, возникает огромное давление. В какой-то момент плиты соскальзывают, высвобождая энергию в виде сейсмических волн, которые мы воспринимаем как землетрясение.

Во время землетрясения движение тектонических плит может колебаться от всего нескольких миллиметров до метров. Магнитуда землетрясения определяется величиной смещения, которое происходит вдоль разлома, причем более крупные землетрясения соответствуют большему скольжению. Однако даже небольшие перемещения могут нанести значительный ущерб, если землетрясение происходит в густонаселенном районе и/или условия грунта усиливают сейсмические волны.

Почему происходят землетрясения?

В центре Земли находится ядро, окруженное жидкой раскаленной мантией. Самый верхний слой -кора, состоит из литосферных плит. На данный момент ученым известно о крупных, десятках средних и огромном количестве маленьких плит. Они не стоят на месте, а постоянно двигаются, врезаясь друг в друга.

Когда одна плита напирает и давит на другую, между ними скапливается колоссальное напряжение. Но вечно оно копиться не может: происходит сдвиг и «разрядка» напряжения — землетрясение.

Большинство очагов землетрясений возникает на глубине 30-40 км под поверхностью Земли.

Наиболее активные зоны — Тихоокеанский пояс, проходящий вдоль почти всего побережья Тихого океана (примерно 90 % всех землетрясений), и Альпийский пояс — от Индонезии до Средиземного моря (5-6 % всех землетрясений).

Сейсмически активной считается 20% территории России: Камчатка, Сахалин, Курильские острова, Прибайкалье, Иркутская область, Бурятская Республика, Якутия, Кавказ, побережья Черного и Каспийского морей.

Около 5 процентов этих районов являются крайне опасными — там часто происходят толчки, приводящие к 8-10-балльным землетрясениям. В опасных зонах проживает около 20 миллионов человек.

Самое разрушительное землетрясение в России за последние 100 лет произошло на острове Сахалин в 1995 году. В одном из поселков с населением 3197 человек, подземный толчок магнитудой 7,6 унес 2040 жизни.

6 февраля в Турции и Сирии произошло землетрясение магнитудой 7,7. Возможность предсказать подземные толчки за несколько часов означала бы спасение десятков тысяч жизней. Но у ученых есть большие сомнения в выполнимости этой задачи. При этом есть надежда, что мы научимся определять, что земная кора в том или ином районе перешла в критическое состояние, считает научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев. Это позволит если не эвакуировать конкретный город, то хотя бы перевести экстренные службы в режим повышенной готовности

Утром 6 февраля в Турции и Сирии произошло землетрясение магнитудой 7,7. Через несколько часов последовало новое мощное землетрясение. Погибли более 18 000 человек в Турции и более 1300 — в Сирии и, вероятно, эти цифры не окончательные. Но они уже практически сравнялись с общим числом погибших в 200 землетрясениях за 2015-2022 годы, попавших в базу данных EM-DAT (около 21 800 человек). Материальный ущерб от этих двухсот землетрясений составил $96 млрд. Ущерб от стихийного бедствия в Турции и Сирии еще не подсчитан, но, вероятно, он будет не меньше, а то и больше.

Почему стихия за сутки нанесла такой же удар, как за предыдущие семь лет? Дело не только в том, что землетрясение было мощным. Магнитуда 7,7 (эта величина характеризует энергию землетрясения) велика, но отнюдь не рекордна. На Земле ежегодно случается несколько таких же сотрясений. Далеко не все из них приводят к большим жертвам и разрушениям.

Но в этот раз подземные толчки пришлись на густонаселенные районы. К тому же они начались в 4:15 по местному времени, когда большинство людей находилось в своих домах. И, вероятно, далеко не все эти дома были выстроены по современным стандартам сейсмостойкости. При этом очаг первого землетрясения находился всего в 18 км от поверхности земли, а второго — и вовсе в 10 км. Местный не слишком прочный грунт тоже сыграл свою роль. Все это вместе взятое и привело к огромному числу жертв.

Столь страшный итог можно было бы предотвратить, если бы власти узнали о приближении катастрофы за несколько суток или хотя бы часов и вывели людей из зданий. Но им неоткуда было об этом узнать. Несмотря на десятилетия напряженных исследований, ученые все еще не в состоянии вычислить день и час предстоящего землетрясения.

Предсказывать землетрясения можно. И российские ученые это делают, но прогнозы краткосрочные, без точных координат и времени подземных толчков, рассказала в беседе с «Известиями» 6 февраля кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Земли физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, сейсмолог Анна Люсина. Она уверена, что России последствия турецкого землетрясения не грозят.

«Это в центральных областях Турции произошло. У нас могла бы быть угроза, если б это была акватория Черного моря. Возможно, это как-то могло бы сказаться. Черноморская плита могла бы среагировать на это землетрясение. Но пока нет никаких данных, что это может случиться в России», — рассказала она.

Люсина пояснила, что Турция расположена на одном из крупнейших разломов, где крупные землетрясения в среднем происходят раз в 30 лет. Афтершоки, как правило, бывают слабее первого толчка, поэтому считать дневное землетрясение в Турции афтершоком неверно, отметила сейсмолог.

По ее мнению, причиной сильных разрушений в Турции и Сирии стал тот факт, что глубина эпицентра — не более 2 км, это практически на поверхности.

«Поэтому разрушения такие обширные наблюдаются. Насколько трудные будут еще события, пока что трудно сказать. Но по идее должно уже начать затухать. Если вся энергия сбросилась, то магнитуда будет затухать. Но пока это трудно предположить. Ученые этим занимаются», — добавила она.

Люсина отметила, что прогнозировать землетрясения сложно, однако наши ученые это делали. Нечто подобное, что произошло в Турции и Сирии, по ее словам, наши ученые ожидали — с магнитудой восемь, только немного в другом регионе.

«Я слышала, нидерландский ученый тоже прогнозировал эти события. Но очень трудно предсказать время, координаты и силу толчков», — заключила она.

В ночь на 6 февраля сейсмологи зафиксировали землетрясение магнитудой 7,7 неподалеку от турецкого города Газиантеп, расположенного рядом с сирийской границей. После произошло несколько десятков афтершоков. Днем произошло еще одно землетрясение магнитудой 7,6.

По последним данным, в результате землетрясения на юго-востоке Турции число погибших составило 2921. Количество пострадавших оценивается в 15 834 человека. Сирийские провинции также пострадали в результате этого стихийного бедствия. Жертвами трагедии стали 656 человек, пострадали более 1,4 тыс.

Турецкий ученый-геофизик Ахмет Эрджан сравнил мощность землетрясения на юго-востоке страны со взрывом 130 атомных бомб.

Президент Турции Реджеп Тайип Эрдоган объявил общенациональный траур до 12 февраля включительно.

Ученым удалось открыть способ, который сможет заранее сообщить о надвигающемся землетрясении. Надо признать, что наука пока плохо справляется с предсказанием этого катаклизма. Что на первый взгляд странно. Принципиальная прогнозируемость подземных толчков долгие годы сомнений не вызывала. Ведь из недр Земли выделяется огромная энергия, вызывая различные аномалии природные, которые должны фиксироваться приборами.

Но сегодня, увы, ученые способны предсказывать сейсмокатастрофы за срок от нескольких месяцев до нескольких лет, но не могут дать точный краткосрочный прогноз. Специалисты признают, что хотя известно уже более 600 предвестников землетрясений, они не гарантируют точность прогноза подземного удара. Уверенно указать место, время, мощность катаклизма не удается. А потому наука продолжает упорно искать «верняки», которые смогут повысить точность краткосрочного прогноза.

Одна из таких работ выполнена группой российских ученых совместно со специалистами из Киргизии и Германии. Они изучали спутниковые данные, полученные в периоды землетрясений в Узбекистане 26 мая 2013 года, в Киргизии 8 января 2007 года и в Казахстане 28 января 2013 года. Ученые обратили внимание на поведение так называемых внутренних гравитационных волн. А по сути, это колебания воздушных масс.

— Такие волны в атмосфере — явление довольно распространенное, — сказал корреспонденту «РГ» один из авторов исследования, доктор физ.-мат. наук из Института космических исследований РАН Сергей Попель. — Причины их появления самые разные, в том числе и сейсмика. Нам удалось исследовать именно те волны, которые связаны с сейсмической активностью. А затем стали смотреть, как они себя вели в разные периоды времени перед землетрясением.

И тут выявилась неожиданная картина. За 4-5 дней до землетрясения с амплитудой и длиной волны вдруг происходят аномалии. Скажем, амплитуда начинает резко расти, достигая максимума за два дня до толчка, и резко падает за сутки перед событием. Важно, что подобные аномалии наблюдались для всех трех землетрясений, которые анализировали ученые. Может ли это быть надежным методом краткосрочного прогноза?

— Пока, мы не можем дать такой гарантии, — говорит Сергей Попель. — Трех землетрясений очень мало, чтобы утверждать, что метод надежно работает. Нужно набирать статистику. Если она будет успешной, тогда можно проводить спутниковый мониторинг опасных по сейсмике районов Земли, по состоянию внутренних гравитационных волн оценивать, есть ли повод насторожиться или нет.

Сейсмологи прогнозируют в Турции еще одно сокрушительное землетрясение. На сей раз оно может произойти в Стамбуле. Специалисты уверены, что мощные подземные толчки в начале февраля запустили цепную реакцию. Вадим Заводченков разбирался, что сейчас происходит с основными геологическими разломами планеты и ждать ли новых катастроф наподобие турецкой.

Турция является одним из самых сейсмоопасных районов в мире. Ежегодно специалисты регистрируют здесь не менее 15 тысяч подземных толчков.

Страна находится на Анатолийской плите. Вдоль ее северной границы и на юго-востоке протянулись два разлома. Регион зажат между крупными тектоническими плитами: на севере — Евразийской, на юге – Аравийской и Африканской.

По словам Вадима Заводченкова, февральские мощные землетрясения произошли из-за того, что пришла в движение Аравийская плита. По оценкам геологов, смещение одного блока земной коры относительно другого составило три метра. Высвободилось огромное количество энергии, которая копилась долгие годы с момента последнего сильного землетрясения.

«Сильное землетрясение довольно заметно меняет поле напряжений в окрестностях очага. Этим частично объясняется и возникновение афтершоков. Нужно ожидать сильных землетрясений именно в структурах, которые достаточно тесно связаны с системой Восточно-Анатолийских разломов», – сообщил заместитель директора Института физики Земли РАН по инженерной сейсмологии Рубен Татевосян.

След внутренних повреждений земной коры проявился на поверхности в виде гигантских трещин. Турецкие СМИ опубликовали кадры, снятые с дрона в Хатае. В одной из оливковых рощ образовался тектонический разлом глубиной 30 метров и шириной около 200.

Снимок, на котором виден тектонический разлом, возникший после землетрясения на юго-востоке Турции, также опубликовал Роскосмос. В ходе сопоставления фотографий, сделанных 28 января и 9 февраля, специалисты выявили крупномасштабную деформацию между городами Кахраманмараш и Антакья.

В настоящее время сирийско-турецкая трагедия порождает массу домыслов, слухов, конспирологических теорий, а также предсказаний приближающейся глобальной катастрофы.

«Ну как это объяснить? Вот вы включили, скажем, лампочку. Как вы думаете, на Камчатке стало светлее? Есть такое понятие, как «релаксация напряжений». С расстоянием они, эти изменения, поглощаются средой», – пояснил доктор физико-математических наук Рубен Татевосян.

Так что землетрясения в Турции вряд ли запустят цепную реакцию катаклизмов. Несмотря на разрушения и огромное число жертв, с точки зрения геологии, – это явление рядовое. Даже Суматро-Андаманское землетрясение 2004 года или землетрясение Тохоку 2011 года с магнитудами более 9 баллов не вызвали ни вселенского потопа, ни ледникового периода, ни смещения полюсов.

Однако сейчас можно сказать со стопроцентной уверенностью, что турецкое землетрясение точно не последнее! Литосферные плиты продолжают движение в среднем со скоростью от одного до шести сантиметров в год. И этот процесс никогда не прекратится. Более того, в будущем он приведет к образованию нового суперконтинента.

Как установили ученые, подобное происходит с определенной цикличностью. Каждые 600 миллионов лет континентальные блоки проходят стадию сверхматерика. Приблизительно 200-300 миллионов лет назад современные материки составляли сверхконтинет Пангею. Текущая геологическая эпоха принадлежит фазе раздробленности. Но в далекой перспективе, примерно через 250 миллионов лет, – все снова сольется воедино. При этом очертания будущего суперконтинента разнятся: геологи рассматривают четыре основных сценария развития событий.

Согласно одной из моделей, все плиты продолжат дрейфовать на север, и в конце концов встретятся у Северного полюса. Образуется так называемая Амазия. В Южном полушарии останутся только Антарктида и бескрайний океан. Другой вариант сверхматерика – Аурика: в ее центре окажется дрейфующая на север Австралия. Атлантический и Тихий океаны закроются. Им на смену придет новый океанический бассейн на месте паназиатского раскола по линии Западная Индия – Арктика.

Если же Атлантический океан замедлит расширение, то Европа, Америка и Африка соединятся в один континент под названием Пангея Ультима. И последний, наиболее вероятный сценарий, – Новопангея: Атлантический океан продолжит расширяться, как он делает это сейчас, а Тихий, напротив, будет закрываться. В результате Америка столкнется с Антарктидой. К ним присоединятся Африка и Евразия. Австралия окажется зажатой посредине.

Естественно, такие глобальные геологические преобразования приведут к кардинальным изменениям климата на Земле. Огромный суперконтинент станет не лучшим местом для жизни. Большую его часть покроют пустыни. А суточная температура будет характеризоваться высокими перепадами: ночью – холод, а днем – невыносимая жара.

Ужасное землетрясение, унесшее в Турции и Сирии десятки тысяч человеческих жизней (по данным на утро пятницы, количество жертв перевалило за 21 тысячу), вызывает много вопросов. Например, о том, почему так трудно предсказать подобные бедствия?

Поверхность Земли состоит из километров твердых пород, разбитых на головоломку из движущихся частей, называемых тектоническими плитами, которые покоятся на море горячей жидкой породы, которая катится по мере остывания, толкая плиты вокруг. Землетрясения и извержения вулканов происходят на поверхности, где они встречаются, рассказывает в своем материале о трудностях предсказания подземных катаклизмов канал «Аль-Джазира».

Технически плиты всегда находятся в движении, но обычно сцеплены друг с другом, создавая напряжение до тех пор, пока что-то под землей не лопнет, освобождая их для скольжения по известным линиям трещиноватой породы, называемым разломами, которые могут простираться на километры. Когда давление внезапно ослабевает и плита перемещается, энергия вырывается в окружающую породу.

Для измерения силы землетрясений ученые используют сейсмографы, которые раньше представляли собой шевелящиеся иглы, регистрирующие сотрясения земли, но теперь все оборудование цифровое. Существует глобальная сеть из них, а также локальные и региональные сети, и большая часть данных с открытым исходным кодом и подключается автоматически. Комбинируя по крайней мере три измерения, системы могут с точностью отобразить местоположение, продолжительность и размер землетрясения. Наконец, существует несколько различных измерений землетрясений, но наиболее широко используемая магнитуда относится к общему размеру, и каждый шаг в 10 раз больше, чем шаг ниже.

В дополнение к сейсмометрам у геологов и сейсмологов есть множество инструментов для сбора данных о движениях земной коры. Датчики, подключенные к GPS, размещаются вблизи сейсмически активных участков для измерения движения на поверхности. Спутниковые фотографии, сделанные до и после события, можно сравнить попиксельно. Спутниковый радар InSAR служит одним из важнейших инструментов для определения изменений земной поверхности: он отражает лучи радиоволн с орбиты над участками Земли, а процесс, называемый интерферометрией, регистрирует изменения высоты поверхности с точностью до миллиметров. Спутник проходит дважды, чтобы увидеть, что изменилось на земле. Методы машинного обучения также в настоящее время опробуются на больших наборах данных, чтобы находить сигналы быстрее, чем это может сделать человек.

Хотя известно, что одни землетрясения вызывают другие землетрясения, вопрос о том, как это происходит, является предметом ожесточенных дискуссий среди ученых. Землетрясения обнажают два парадокса в том, как люди понимают мир природы: они происходят на промежутках времени, превышающих человеческий опыт, и происходят на глубинах, намного превосходящих возможности людей наблюдать непосредственно.

Ученые справляются с этим, создавая модели и вычисляя вероятности. После землетрясения ученые изучают данные, чтобы лучше понять, что может произойти в дальнейшем. «Мы должны приложить стетоскоп к Земле, — рассказывает Гарольд Тобин, профессор наук о Земле в Вашингтонском университете, — чтобы определить, что там происходит внизу».

Ученых постоянно спрашивают, возможно ли предсказать землетрясение. “Мы и близко не подошли к краткосрочному прогнозу”, — признает Тим Райт. Геологическая служба Соединенных Штатов, которая документирует глобальные сейсмические события, ведет веб-страницу, посвященную развенчанию мифов о предсказаниях.

После сильного землетрясения необходимо собрать и расшифровать огромное количество данных, и некоторые из них сразу же оказываются полезными. ”Мы можем произвести расчеты относительно мест, в которых с большей или меньшей вероятностью произойдут землетрясения в результате другого землетрясения”, — рассказывает Райт.

Ученый ждет данных InSAR с европейского спутника, который впервые пройдет над южной Турцией после серии землетрясений высокой магнитуды, произошедших 6 февраля. Его команда и другие используют эти инструменты для измерения того, как накапливается деформация при известных неисправностях. Они могут со значительной точностью смоделировать общее количество энергии, которое может в конечном итоге высвободиться при землетрясении в определенном районе, и скорость, с которой оно будет высвобождаться.

“Но мы просто не знаем, когда это произойдет, — сказал он. – Мы не знаем, могло ли это быть одно землетрясение магнитудой 8 или десять землетрясений магнитудой 7”.

Как рассказывает «Аль-Джазира», уникальная лаборатория в северной части штата Нью-Йорк имитирует землетрясения круглый год. Лаборатория строительной инженерии и моделирования землетрясений Университета Буффало в Нью-Йорке (SEESL) располагает двумя гигантскими вибростолами размером 7 × 7 метров, каждый из которых оборудован для удержания небольших зданий, фрагментов мостов или других объектов инфраструктуры. Мишель Бруно из SEESL говорит: “Возможно построить сооружения, которые смогут пережить это”, имея в виду землетрясение магнитудой 7,8.

“Вы можете спроектировать конструкцию таким образом, чтобы ущерб был локализован и жильцы могли спастись”, — добавил он, даже для зданий, построенных из железобетона, материала, используемого во всем мире.

Инженеры могут спроектировать точки отказа в конструкции, переместив их подальше от колонн, на которых держится здание, и разместив в менее критичных зонах. Следующим шагом, по словам Бруно, является “идея сейсмостойкости” – здания, которые восстанавливаются. В лаборатории они разрабатывают технологии для конструкций со сменными деталями, которые концентрируют повреждения, ломаются, а затем быстро заменяются, сохраняя функциональность здания или моста.

Джудит Хаббард — приглашенный доцент Корнелльской школы наук о Земле и атмосфере, и она изучает разломы по всему миру. “Цель состоит в том, чтобы выяснить, какие части разлома соскользнули и на сколько”, — сказала она, потому что это поможет смоделировать, может ли произойти срабатывание на другой части разлома, когда напряжение смещается в следующее уязвимое положение.

Для моделирования катаклизма требуется как можно больше информации за как можно более длительный период времени. Сопоставление почв и радиоуглеродное датирование местности относятся к области палеосейсмологии, картографирования древних событий, которые влияют на будущие. Даже химические записи с коралловых рифов на границах плит помогают дополнить историю.

“Что дьявольски сложно, так это то, что время накопления стресса такое длительное – десятилетия, тысячелетия, а выброс землетрясения составляет 30 секунд или одну или две минуты, настолько велика разница между этими временными шкалами, — говорит профессор Гарольд Тобин из Вашингтонского университета. – Кто-то мог бы сказать, что в разломе не было сильного землетрясения за 100 лет. Я, как геолог, сказал бы, что мы знаем, что этот период времени является нормальным. Это не говорит о том, что неисправность просрочена; это говорит о том, что у нее есть условия, подходящие для того, чтобы вызвать землетрясение”.

Как предсказать землетрясение

В настоящее время ученые не в состоянии точно предсказывать землетрясения. Существуют методы обнаружения изменения сейсмической активности и деформаций в земной коре, которые могут указывать на повышенную вероятность землетрясения, но на основе этих методов нельзя сказать его точное время или место.

Основное внимание в настоящее время во всем мире уделяется совершенствованию систем раннего предупреждения, а также подготовке и повышению осведомленности населения. Системы раннего предупреждения используют сети сейсмического мониторинга для обнаружения начала землетрясения и быстрой выдачи предупреждений тем, кто находится в пострадавшем районе, позволяя им принять защитные меры до начала сильного сотрясения.

В качестве инструмента для прогнозирования землетрясений и систем раннего предупреждения сейчас активно рассматривают (но пока широко не используют) нейросети. Алгоритмы искусственного интеллекта, такие как машинное и глубокое обучение, можно обучить на исторических сейсмических данных для выявления закономерностей и составления прогнозов о будущих землетрясениях. Эти алгоритмы также можно использовать для анализа сейсмических данных в реальном времени. Однако точность прогнозирования землетрясений на основе ИИ все еще ограничена. Множество факторов усложняют прогнозирование землетрясений, включая ограниченный набор данных, доступных для обучения, нелинейный и хаотический характер землетрясений и влияние человеческой деятельности на измерения.

«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.

Как измеряют землетрясения в баллах

В разных странах принято по-разному оценивать интенсивность землетрясения.

• В России и некоторых других странах принята 12-балльная шкала Медведева — Шпонхойера — Карника.
• В Европе — 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала.
• В США — 12-балльная модифицированная шкала Меркалли.
• В Японии — семибалльная шкала Японского метеорологического агентства.

Шкала Рихтера

Первую шкалу магнитуды землетрясений предложил американский сейсмолог Чарльз Рихтер в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера. Шкала представляет собой логарифмическую шкалу, которая измеряет магнитуду землетрясений на основе амплитуды движения грунта, регистрируемой сейсмографами. Величина выражается в виде числа, причем каждое увеличение на единицу соответствует десятикратному увеличению движения грунта.

Сейсмограф — прибор, используемый для определения силы и направления и измерения землетрясения. Он состоит из сейсмометра — датчика, измеряющего движение грунта, — и устройства, которое записывает сигнал, производимый сейсмометром.

Проще говоря, сейсмограф подобен диктофону, который прослушивает землю и ведет запись. С той лишь разницей, что сейсмограф создает графический след волн землетрясения. Этот след затем можно проанализировать и определить величину и местоположение землетрясения.

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64) — это способ измерения интенсивности землетрясения, который представляет собой описание последствий подземных толчков на поверхности Земли и на искусственных сооружениях. Шкала была разработана в 1970-х годах советскими геологами и используется в основном на территории бывшего Советского Союза и Восточной Европы.

Шкала варьируется от 1 до 12, при этом каждое увеличение на одну единицу соответствует увеличению интенсивности землетрясения. Каждый из уровней описывает количество повреждений зданий и степень движения грунта. Информация, полученная с помощью этой шкалы, используется агентствами по управлению стихийными бедствиями для планирования мер реагирования и восстановления, а также для оценки потенциального воздействия землетрясения.

Как баллы MSK-64 соответствуют разрушениям на поверхности

• Не ощущается. Регистрируется только сейсмическими приборами.
• Очень слабые толчки. Замечают только некоторые люди, находящиеся в полном покое на верхних этажах зданий, и домашними животными.
• Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение земли от проезжающего трамвая.
• Интенсивное. Большинство людей замечает такое землетрясение. Можно наблюдать легкое колебание или дребезжание предметов быта, оконных стекол. Могут скрипеть двери и/или стены.
• Довольно сильное. Ощущают многие даже вне зданий, а внутри — все. Шатается мебель, маятники часов останавливаются, могут появиться трещины в окнах и штукатурке.
• Сильное. Ощущается всеми. Предметы падают с полок, а картины — со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
• Очень сильное. Появляются трещины в стенах домов, есть видимые повреждения.
• Разрушительное. Образуются видимые трещины на крутых склонах и в сырой почве. Памятники сдвигаются, фабричные трубы не выдерживают и падают. Дома сильно повреждаются.
• Опустошительное. Сильно повреждаются или рушатся каменные и кирпичные постройки. У деревянных домов нарушается геометрия.
• Уничтожающее. Трещины в земле достигают ширины в метр. Возникают оползни и обвалы со склонов. Каменные здания рушатся. Ж/д рельсы искривляются.
• Катастрофа. Появляются большие трещины в поверхностных слоях земли. Возникают многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома и мосты почти полностью разрушаются.
• Сильная катастрофа. Огромные изменения в земной коре: многочисленные трещины, обвалы, оползни. Меняется рельеф: возникают водопады, запруды, течение рек отклоняется. Ни одно сооружение не выдерживает.

Модифицированная шкала Меркалли в Европе и США

12-балльная европейская макросейсмическая шкала, также известная как шкала интенсивности Меркалли, была разработана в начале XX века итальянским сейсмологом Джузеппе Меркалли. Шкала также основана на наблюдении за воздействием землетрясения на окружающую среду и созданные человеком сооружения, такие как здания, дороги и мосты.

В то же время, определения различных уровней интенсивности в MSK-64 и Европейской шкалы могут немного отличаться. Например, MSK-64 основывается на количестве повреждений зданий в конкретном районе, в то время как определение того же уровня интенсивности по Европейской макросейсмической шкале учитывает и степень подвижек грунта, и количество повреждений искусственных сооружений.

В США тоже используют модифицированную шкалу Меркалли (Modified Mercalli Intensity, MMI). Она также основана на комбинации инструментальных показаний и наблюдений за воздействием землетрясения на окружающую среду и искусственные сооружения и варьируется от 1 (не ощущается) до 12 баллов (полный ущерб), но была изменена, чтобы лучше отражать последствия землетрясений именно в Соединенных Штатах.

Японская шкала сейсмической интенсивности

Японское метеорологическое агентство (JMA) использует для измерения интенсивности землетрясений собственную шкалу сейсмической интенсивности, также известную как шкала Синдо. Шкала Синдо варьируется от 0 до 7 баллов и учитывает как показания приборов, так и наблюдения за воздействием землетрясения на искусственные сооружения и окружающую среду.

Шкала Синдо была названа в честь японского сейсмолога Кийо Синдо, который разработал шкалу в 1950-х годах. Шкала была разработана для отражения интенсивности землетрясений в Японии, где последствия землетрясений для сооружений могут значительно отличаться из-за уникальной географии страны и стиля строительства.

И снова предвестники

Однако скептики задались простым вопросом: действительно ли земная кора непрерывно находится в критическом состоянии, как та самая куча песка? Быть может, ее состояние то приближается к критическому, то удаляется от него? И если мы не можем предсказать конкретное землетрясение, не удастся ли нам, по крайней мере, уловить признаки нарастающей критичности?

Критическая система должна чутко откликаться на внешние воздействия, даже незначительные. Они могут играть роль песчинки, запускающей лавину, большую или малую. И действительно, тщательные наблюдения показывают, что сила и частота землетрясений зависит от лунных циклов, вызывающих приливы и отливы не только в море, но и в земной коре. Есть данные, что перед сильными подземными толчками литосфера сильнее откликается и на прохождение циклонов.

Ученые снова ищут предвестники, причем с техническими средствами, недоступными в 1970-х. Это GPS-приемники, широкомасштабные спутниковые наблюдения и так далее. Но теперь это уже не признаки землетрясения в конкретном месте в ближайшие сутки-двое, а знаки того, что земная кора в данном районе перешла в критическое состояние. А значит, что-то вот-вот случится. И можно если не эвакуировать город, то хотя бы перевести экстренные службы в режим повышенной готовности.

Но и эти исследования далеки от практических результатов. Пока лучшее, что можно противопоставить дрожи земли — сейсмостойкие здания. Благо самые совершенные из них умеют даже падать, не разрушаясь.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Поиск по приметам

Медики хорошо знают: не обязательно понимать причину заболевания, чтобы распознать его симптомы. Аналогично, если есть надежные внешние признаки приближающегося землетрясения, не нужно знать, как они работают, чтобы эвакуировать людей.

Поиск таких признаков развернулся в 1970-х годах, особенно активно — в СССР, США, Китае и Японии. В США и Японии развернули сеть датчиков на огромных территориях. Советские ученые предпочли как можно тщательнее оснастить несколько небольших полигонов. Исследователи собирали данные не только о движении земной коры, но и о локальной силе тяжести, магнитных полях, грунтовых водах, атмосферных и электрических явлениях. В Китае сделали ставку не на приборы, а на целую армию наблюдателей. Они должны были сообщать о странном поведении животных (некоторые из них слышат инфразвук, недоступный человеческому уху), неожиданных изменениях уровня воды в колодцах и так далее.

В 1975 году благодаря таким наблюдателям китайские ученые предсказали сильное землетрясение, разрушившее город Хайченг. Около 2000 человек все равно погибли, но если бы за несколько часов до катастрофы не была объявлена тревога, жертв было бы в десятки раз больше.

Однако победная эйфория длилась недолго. Как люди-наблюдатели, так и беспристрастные приборы регулярно выдавали ложные тревоги, но далеко не всегда предупреждали о реальных бедствиях. Некоторые явления действительно демонстрировали взаимосвязь с подземными толчками, но лишь статистическую. Аналогия: хорошо известно, что мужчины в среднем выше женщин. Но если следователю известен только рост преступника, невозможно сказать, какого тот пола. Точно так же ни одна из отслеживаемых учеными величин не оказалась надежным предвестником бедствия. Даже если какие-то землетрясения и предсказывались, эффект от успехов не перекрывал ущерба от ложных тревог.

Где чаще случаются землетрясения

В мире есть несколько районов, которые подвержены землетрясениям больше других.

Эти районы подвергаются более высокому риску землетрясений из-за наличия активных линий разломов и границ плит. Однако землетрясения могут произойти в любой точке мира, даже в районах, традиционно не считающихся подверженными высокому риску.

В 2023 году в Турции случилось крупнейшее с 1939 года землетрясение. Страна расположена на границе Африканской и Евразийской плит, которые сталкиваются и вызывают значительную тектоническую активность в регионе. Это приводит к высокой частоте землетрясений, в том числе средней и большой магнитуды. Западные и восточные регионы Турции особенно подвержены риску, а такие города, как Стамбул, Измир и Бурса, уязвимы к последствиям землетрясений. В связи с этим Турция предпринимает шаги по смягчению последствий землетрясений с помощью введения особых строительных норм, сейсмической модернизации зданий и планирования готовности к стихийным бедствиям.

Вероятность землетрясения в России зависит от конкретного региона. Некоторые части России, такие как полуостров Камчатка и острова Сахалин, расположены в сейсмически активных районах и подвержены более высокому риску землетрясений. Другие части России, такие как Северо-Европейская равнина, расположены в регионах с более низкой сейсмической активностью и подвержены меньшему риску.

Общая сейсмическая опасность в России считается от умеренной до высокой. В прошлом страна пережила несколько значительных землетрясений, включая Камчатское землетрясение 1952 года магнитудой 9,0 и Сахалинское землетрясение в Нефтегорске 1995 года магнитудой 7,5.

Причина дрожи

Примитивные сейсмографы появились еще в Древнем Китае около двух тысячелетий назад. Но наука сейсмология родилась вместе с XX веком. Сеть сейсмостанций медленно, но верно охватывала мир. Однако причины землетрясений все еще оставались загадкой. Они начали проясняться только в 1960-е годы, когда накопились свидетельства движения материков, предсказанного в начале XX века Альфредом Вегенером. Коль скоро земная кора состоит из подвижных плит, то плиты могут сцепляться краями, давить друг на друга и так далее. Могучий напор тектонической плиты деформирует геологические пласты, как сильные руки изгибают палку. Но если согнуть палку слишком сильно, она с треском сломается, а ее обломки некоторое время будут дрожать. Землетрясение — это и есть слом очередной «палки» внутри земной коры, со всей полагающейся дрожью и треском.

Эта картина великолепно согласуется с тем фактом, что почти все землетрясения происходят на границах тектонических плит. Вот и недавнее бедствие случилось на стыке Евразийской, Африканской и Анатолийской плит.

Однако дьявол, как известно, кроется в деталях. Прочность пород можно проверить, просто положив образец под пресс. Такие эксперименты показывают, что «сломать палку» может лишь огромное механическое напряжение, много больше ожидаемого в зоне сцепления плит. Еще более загадочны очаги землетрясений в мантии, на глубинах до 700 км. В общем, у геофизиков пока нет удовлетворительной физической модели землетрясения. И как же спрогнозировать событие, если мы плохо понимаем его механизм?

Возможно, новый свет на природу землетрясений прольет Глубинная обсерватория разлома Сан-Андреас (SAFOD), с 2008 года работающая на глубине более трех километров. На Земле есть и гораздо более глубокие скважины, но только эта пробурена в сейсмически активном разломе. Впервые научные приборы установлены в непосредственной близости к очагам землетрясений. Впрочем, никто не знает, сколько таких обсерваторий понадобится, чтобы разобраться в природе этого грозного явления.

Эффект бабочки

В 1990-е годы набрала популярность идея, что точный краткосрочный прогноз землетрясений вообще невозможен. Отчасти этот пессимизм был вызван бесплодностью огромных усилий предыдущих лет. Но у него появилась и солидная теоретическая база.

Сейсмологи давно обнаружили, что количество землетрясений обратно пропорционально их энергии, возведенной в некоторую степень (закон Гутенберга—Рихтера). Математики называют такие законы степенными. Удивительно, но степенная зависимость количества событий от их размаха встречается в самых разных областях, вплоть до колебаний курсов акций. Сама собой напрашивается гипотеза, что за этими разнородными явлениями стоит общий механизм, который можно описать математически. Подобное часто случается в науке.

В конце 1980-х была создана теория самоорганизованной критичности, претендующая на объяснение всех этих явлений. Обычно ее поясняют на примере кучи песка.

Представим себе кучу песка на столе. Мы медленно сыплем на нее сверху новый песок, и куча растет. С другой стороны, на склонах случаются маленькие и большие лавины. Некоторые из них достигают подножия и уносят часть песка за край стола. Рано или поздно размер кучи стабилизируется: падающие сверху песчинки компенсируются упавшими за край стола. Такое состояние кучи называется критическим. В критическом состоянии каждая упавшая песчинка вызывает лавину того или иного масштаба, причем зависимость количества лавин от их размера — степенная.

Критическое состояние возникает независимо от деталей эксперимента: формы стола, точки падения песка на кучу и так далее. Именно поэтому критичность называют самоорганизованной: она возникает сама собой, без тонкой подстройки параметров. А это серьезная заявка на то, что подобный механизм широко распространен в природе.

Авторы модели обратили внимание, что с точки зрения математики куча песка работает так же, как и «игрушечная» модель земной коры из пружин и блоков. Роль песчаных лавин играют землетрясения, и закон Гутенберга — Рихтера, который десятилетиями не удавалось объяснить, появляется естественным образом. Сейсмологи заинтересовались этой идеей, и уже к середине 1990-х вышло более сотни научных работ, в которых землетрясения рассматривались как следствие самоорганизованной критичности земной коры.

Но у этой модели есть важное свойство. Предсказать, где и когда случится следующая большая лавина, невозможно. Ведь ее может вызвать случайная песчинка, упавшая в каком угодно месте. Это практически пресловутый эффект бабочки. Принимая теорию самоорганизованной критичности, сейсмологи, казалось, расписывались в бесплодности любых прогнозов.

Как связаны магнитуда и разрушения на поверхности

Хотя магнитуда землетрясения и объем разрушений на поверхности земли коррелируют, будет неверно связывать их напрямую. Важно учитывать глубину очага землетрясения и другие параметры. Например, землетрясение, очаг которого находится на большой глубине, может очень слабо ощущаться на поверхности. Но землетрясение той же магнитуды с неглубоким очагом, может нести разрушительные последствия.

Виды землетрясений

• Тектонические землетрясения — возникают в результате движения и взаимодействия тектонических плит. Они являются наиболее распространенным типом землетрясений и могут произойти в любой точке мира.
• Вулканические землетрясения — происходят в результате вулканической активности, такой как движение магмы или обрушение вулканического конуса. Чаще всего они встречаются вблизи активных или потенциально активных вулканических районов.
• Обвальные землетрясения — случаются в результате обрушения подземных шахт, подземных полостей или других искусственных сооружений.
• Взрывные землетрясения — происходят в результате искусственных взрывов, таких как ядерные испытания или взрывные работы в карьерах.
• Оползневые землетрясения — происходят в результате перемещения больших масс камня, земли или других материалов вниз по склону.
• Рои землетрясений — последовательности землетрясений, которые происходят в определенной области в течение короткого периода времени (1–15 дней). Они часто связаны с вулканической или геотермальной активностью.

«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.

Кто исследует землетрясения

Существует множество компаний и организаций, которые занимаются исследованиями землетрясений — как частные, так и государственные.

• Геологическая служба США (USGS) — научное агентство правительства США, которое предоставляет информацию о землетрясениях и других стихийных бедствиях. Геологическая служба США управляет Передовой национальной сейсмической системой (ANSS), национальной сетью сейсмических приборов, которые отслеживают землетрясения в США.
• Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти — исследовательское подразделение Колумбийского университета, специализирующееся на науках о земле и окружающей среде, включая исследования землетрясений.
• Калифорнийский технологический институт (Калтех) — ведущий исследовательский университет, где находится сейсмологическая лаборатория, которая проводит исследования землетрясений и оценку сейсмической опасности.
• Японское метеорологическое агентство (JMA) — национальное метеорологическое агентство Японии, отвечает за мониторинг землетрясений и их исследования в Японии.
• Научно-геологические компании, такие как Schlumberger, Halliburton и CGG — используют методы сейсмической съемки для изучения подповерхностной структуры Земли.
• Инженерные и консалтинговые компании, такие как Arup, MWH Global и GHD — специализируются на оценке сейсмической опасности и снижении рисков, а также на сейсмостойком проектировании и модернизации зданий.
• Технологические компании, такие как Early Warning Labs, ShakeAlert и MyShake — разрабатывают и внедряют системы раннего предупреждения землетрясений, используя сочетание сенсорных сетей, машинного обучения и других передовых технологий.

В России работают несколько организаций, которые занимаются исследованиями и мониторингом землетрясений.

• Институт физики Земли — ведущий российский научно-исследовательский институт, специализирующийся на геофизике, в том числе на изучении землетрясений.
• Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) — государственное учреждение, ответственное за мониторинг и прогнозирование опасных природных явлений, включая землетрясения.
• Институт динамики геосфер — научно-исследовательский институт РАН, который специализируется на геодинамике, сейсмологии и изучении землетрясений.
• Дальневосточное отделение РАН — филиал Российской академии наук, который проводит исследования в различных областях, включая сейсмологию и изучение землетрясений в Дальневосточном регионе.

Пять самых мощных землетрясений за историю наблюдений

В течение года на планете фиксируют:

1 катастрофическое землетрясение — магнитуда выше 8; 10-20 очень сильных — от 7 до 8; 100-120 сильных — от 6 до 7; 800-1000 умеренных — от 5 до 6; 6000-6200 легких — от 4 до 5; 40-50 тысяч слабых — от 3 до 4. Каждый день 1000-8000 очень слабых — магнитуда меньше 3.

Самые мощные землетрясения зафиксированы в Чили (1960 год, магнитуда 9,5), Индонезии (2004 год, 9,3), США (1964 год, 9,2), Япония (2011 год , 9,1), Курилы (1952 год, 9,0).

Самые страшными за всю историю считаются землетрясения: в 1556 году в Китае погибло 830 тысяч человек, 1976 год, Китай — 242 тысячи, 525 год, Византия — 250 тысяч, 1920 год, Китай — 240 тысяч, 2004 год, Индонезия — 230 тысяч.