Землетрясение в Турции переполошило половину земного шара. Учёных встревожили нехарактерные условия и особенности катастрофы. Земная кора в этом регионе Турции была почти неподвижна больше ста лет. И вдруг разразилась сильнейшим толчком в 7,8 балла и афтершоком в 6,6 балла спустя 11 минут. А потом, через 9 часов, произошёл новый мощный толчок в 7,5 балла. Эхо сейсмособытия ощутили больше 10 стран. Оно докатилось даже до Казахстана. 7 февраля там произошло землетрясение в 3,4 балла. А 7 февраля произошло самое сильное за всю историю наблюдений землетрясение в Нью-Йорке — не менее четырёх толчков. Что же происходит? Как возникла ситуация, когда дома рушатся при семибалльных толчках, ведь большая часть застройки в турецких городах — новая.
Недостаточный расчёт при строительстве
Доктор физико-математических наук Алексей Завьялов уверен: землетрясение в Турции стало результатом взаимодействия сразу четырёх тектонических плит: Африканской, Евро-Азиатской, Аравийской, Индостанской и Анатолийского блока. Эти образования перемещаются относительно друг друга и создают напряжение в глубинах земной коры, которое и разряжается толчками. Нынешнее землетрясение случилось на восточной ветви Анатолийского разлома. Эта ветвь уже 130–150 лет не давала сильных землетрясений. Учёный считает, что турецкие исследователи недооценили опасность на этой ветви разлома и поэтому большая часть зданий была построена с расчётом землетрясения в 3–4 балла.
Люди, склонные объяснять всё влиянием планет и звёзд, считают, что виной всему — микролуние, которое является противоположностью суперлуния, но тоже может иметь разрушительную силу. В это время спутник Земли находится на максимальном расстоянии от неё. Некоторые учёные считают, что микролуние, которое состоялось 5 февраля в 21:29 по московскому времени, как и суперлуние могут вызывать землетрясения и будить вулканы. Например, во время суперлуния 2004 года случились землетрясение и страшное цунами, смывшее побережье Юго-Восточной Азии, когда погибло до полумиллиона человек.
Землетрясение в Турции, которая стала для Запада неудобным партнёром, случилось очень вовремя и прошло по провинциям с самой сложной этнической обстановкой. Оно наверняка надолго отвлечёт Турцию от внешнеполитических вопросов и уже вовсю используется турецкой оппозицией, которая «раскачивает лодку» не без помощи заокеанских друзей, мечтающих заменить Эродогана кем-нибудь посговорчивее. Всё это происходит незадолго до президентских выборов.
Накануне катастрофы в Турции заявили о своём закрытии дипломатические представительства Канады, Франции, Британии, Германии, Голландии и Швеции. Официально они объяснили этот поступок «угрозой терактов».
В том, что против Турции применили тектоническое оружие, уверен иранский журналист Хаяла Муаззин. Он отметил, что катастрофа случилась почти сразу после того, как глава МВД Турции Сулейман Сойлу потребовал, чтоб американцы «убрали свои грязные руки» от его страны.
Учёные отмечают, что это теоретически возможно. Но! Для этого нужно где-то взорвать как минимум ядерную бомбу, что уже совершенно точно не ускользнёт от внимания исследователей всего мира. Правда, они почему-то умалчивают о том, что для провокации землетрясения бомба не обязательна. Для этого можно использовать магнитогидродинамический (МГД) генератор, который устанавливается на грузовой автомобиль и посылает в земную кору сильнейшие электромагнитные импульсы, способные вызвать землетрясения.
Подобные установки были разработаны ещё в 1970-х годах, и сейчас только секретные службы знают, как далеко вперёд шагнули технологии. Это вполне объяснило бы землетрясение в Нью-Йорке, произошедшее на следующий день после катастрофы в Турции — 7 февраля. Возможно, оно стало эхом воздействия МГД-генератора на земную «подкорку».
Тот же Алексей Завьялов в интервью отмечал, что вызвать землетрясение искусственно возможно, но сделать это можно только в тех регионах, в которых уже существует напряжение земной коры. Старший научный сотрудник Академии военных наук РФ Владимир Прохватилов тоже уверен, что землетрясение в Турции — дело рук Запада.
- Комментариев
- Николай Шапиро «Коммерсантъ Наука» №24 (3), сентябрь 2020
- Константин Кислов, кандидат физико-математических наук, Валентин Гравиров, кандидат физико-математических наук, Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН «Наука и жизнь» № 3, 2020
- Первые шаги
- Датчики, индикаторы и нейронные сети
Комментариев
Для комментирования авторизуйтесь!
Николай Шапиро
«Коммерсантъ Наука» №24 (3), сентябрь 2020
Сейсмология как современная научная дисциплина началась на рубеже XIX–XX веков, когда были сконструированы и начали устанавливаться первые сейсмографы. Одним из важнейших прорывов на раннем этапе сейсмологии было изобретение электромагнитного сейсмографа русским ученым, князем Борисом Борисовичем Голицыным в 1906 году. Данные, регистрируемые этими сейсмографами, накапливались в течение десятилетий, и их анализ привел к таким фундаментальным научным открытиям, как понимание внутреннего строения Земли и физического механизма, приводящего к землетрясениям, а также был важнейшим вкладом в формирование концепции тектоники плит — современной геодинамической теории, объясняющей движения и деформации верхней оболочки Земли и происхождение сейсмичности и вулканизма.
Внедрение современных цифровых и коммуникационных технологий, начатое в 1990-х годах XX века, полностью преобразило сейсмологию. За счет быстрой передачи данных и применения эффективных компьютерных алгоритмов сейсмический мониторинг в реальном времени стал по-настоящему возможен. В дополнение к этому значительно улучшилось качество сейсмических записей и увеличилось их количество. На сегодняшний день во всем мире установлены тысячи высококачественных сейсмографов, которые записывают данные в непрерывном режиме и передают их в реальном времени в центры обработки и хранения данных, основные из которых находятся в США, Европе и Японии. Приборы мировой сейсмологической сети регистрируют более 200 тыс. землетрясений в год. К счастью, подавляющее большинство этих сейсмических событий не ощущаются на поверхности Земли и могут быть записаны только очень чувствительными сейсмографами.
Собираемые в мировых центрах данные передаются в реальном времени в службы, занимающиеся мониторингом землетрясений. Естественно, их важнейшей задачей является быстрое определение параметров наиболее крупных землетрясений, представляющих потенциальную опасность для населения и экономики. Результаты такого мониторинга, получаемые почти в реальном времени, используются в системах быстрого оповещения и предупреждения цунами. В то же время другой очень важной задачей является наиболее полное изучение всех землетрясений, включая самые слабые. Это необходимо для детального изучения тектонической активности нашей планеты и разработки вероятностных моделей сейсмической опасности. На их основе строятся карты сейсмического районирования и разрабатываются нормы сейсмостойкого строительства.
Еще одним важным практическим применением сейсмологии является мониторинг вулканов. Ученые насчитывают на Земле более 1,5 тыс. потенциально активных вулканов. Каждый год по крайней мере 50 из них извергаются. К счастью, как и в случае землетрясений, большинство вулканических извержений не представляют непосредственной опасности как слишком слабые или происходящие в ненаселенных районах. Но, как и в случае землетрясений, наиболее полное изучение всех извержений, даже самых слабых, необходимо для детального изучения вулканической активности и разработки вероятностных моделей вулканической опасности и методов прогнозирования возможных катастрофических событий.
Возникновение большого количества слабых землетрясений под вулканами является одним из основных признаков их активизации и предвестников будущих извержений. При этом если учесть, что очень часто из-за плохих метеоусловий визуальное или спутниковое наблюдение вулканов бывает недоступно (а для подводных вулканов никогда), то становится понятно, что сейсмологические наблюдения — это единственный способ следить за состоянием вулканов в непрерывном режиме.
Сейсмологические данные также имеют огромное значение для фундаментальной науки. Сейсмические волны, распространяющиеся через глубинные слои Земли, содержат уникальную информацию о ее строении. Так, основные слои нашей планеты — твердые кора и мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро — были открыты в первой половине XX века на основе анализа записей землетрясений. Начиная с 1970-х годов XX века широкое развитие получила сейсмическая томография — «просвечивание» Земли на основе волн, генерируемых землетрясениями, для получения трехмерных изображений внутреннего строения Земли.
Сейсмология традиционно известна как наука о землетрясениях. Но в последние два десятилетия в ней возникла совершенно новая парадигма. На основе анализа цифровых сейсмических данных с применением современных компьютерных технологий было показано, что сейсмические записи содержат огромное количество информации помимо землетрясений.
Одним из важнейших открытий было наблюдение так называемых тектонических треморов — очень слабых сигналов, возникающих при медленном проскальзывании тектонических плит в периоды между землетрясениями. Ожидается, что систематический анализ такого рода треморов позволит отслеживать процессы, происходящие в сейсмических разломах и вулканических системах в те интервалы времени, которые раньше считались полностью «спокойными» и, таким образом, приведет к разработке принципиально новых методов мониторинга.
Другим важнейшим открытием было переосмысление так называемого сейсмического шума — сигналов, записываемых сейсмографами в отсутствие тектонической и вулканической активности (и составляющих больше 90% имеющихся сейсмологических данных). Этот «шум» в основном вызван активностью Мирового океана. Относительно быстрые вариации давления колонки воды на океаническое дно приводят к возникновению сейсмических волн. Таким образом, возникает волновое поле, генерируемое источниками, неоднородно распределенными по поверхности Земли, и соответствующие сигналы на первый взгляд совершенно случайны. Но с использованием записей современных очень чувствительных сейсмографов и соответствующих математических методов эти сигналы удалось «расшифровать» и извлечь из них информацию, с одной стороны, об их источниках, а с другой стороны, о строении Земли на участках между этими источниками и записывающими приборами. В итоге возникли сразу два принципиально новых направления в сейсмологии: (1) использование сейсмических записей для мониторинга активности океана и атмосферы (и других поверхностных процессов) и (2) «шумовая сейсмическая томография».
Новую парадигму можно охарактеризовать как «тотальную сейсмологию». Ее основной принцип — это то, что каждый бит сейсмических записей содержит полезную информацию о внутреннем строении Земли и о динамических процессах, происходящих в ее глубине или на поверхности. Задача сейсмологов — «расшифровать» имеющиеся данные, чтобы по возможности максимально извлечь эту информацию и использовать ее для мониторинга и научных исследований. Таким образом, современная сейсмология — это высокотехнологичная и активно развивающаяся во всем мире область знаний, вовлеченная наравне со многими передовыми научными направлениями в технологическую революцию больших данных.
Успешное развитие сейсмологии требует совместных усилий большого числа ученых и инженерно-технического персонала, необходимых для поддержания и развития систем сейсмологических наблюдений и сбора данных и для разработки новых методов их анализа с привлечением самых современных компьютерных технологий и ресурсов. Помимо чисто количественного развития (увеличения числа станций и объема анализируемых данных), мировое сейсмологическое сообщество находится в постоянном поиске новых технологий и концепций.
На повестке дня стоит создание нового поколения «оптических» сейсмографов с использованием интерференции лазерных лучей в оптических волокнах. Ожидается, что применение такого подхода позволит существенно увеличить плотность покрытия сейсмическими наблюдениями.
Другое важное направление — это развитие разнообразных протоколов и средств передачи больших объемов данных, чтобы связать отдельные центры данных в единую мировую информационную систему и предоставить быстрый и эффективный доступ максимальному числу пользователей — индивидуальных ученых и организаций, занимающихся мониторингом. Одну из передовых ролей в этом направлении играет центр данных IRIS, который регулярно предоставляет обновленные способы доступа к данным, адаптированные под новые методы анализа и оптимизированные в соответствии с последними компьютерными и сетевыми технологиями. В итоге у современных сейсмологов есть возможность эффективно анализировать данные, записанные тысячами сейсмографов в разных частях Земли, не выходя из своего кабинета, а у преподавателей университетов — использовать самые свежие данные в обучающих программах и лабораторных работах по геофизике.
Благодаря такому эффективному доступу к большому количеству данных в последние несколько лет у сейсмологов появилась возможность, в дополнение к «традиционным» методам анализа данных, использовать концепции машинного обучения и искусственного интеллекта. Большинство ведущих ученых ожидают, что сочетание таких подходов с описанными выше идеями «тотальной сейсмологии» приведет к новым прорывам и научным открытиям в ближайшие десятилетия.
Над развитием передовых методов и технологий в сейсмологии традиционно работают научные группы ведущих университетов и научных организаций в США, Европе и Японии. В последние годы на лидирующие позиции выходят также ученые Китая и Сингапура. В XX веке Россия тоже играла в этой области ведущую роль, однако в последние два десятилетия в силу целого ряда причин эти позиции постепенно утрачиваются.
Геофизический (в первую очередь сейсмологический) мониторинг территории России осуществляется Единой геофизической службой Российской академии наук (ЕГС РАН). 12 региональных филиалов этой организации поддерживают систему сейсмологических наблюдений, состоящую более чем из 330 современных цифровых станций и регистрирующую порядка 10 тыс. землетрясений каждый год. В ЕГС РАН были разработаны и действуют оперативные системы мониторинга активных вулканов Камчатки и Курильских островов и цунамигенных землетрясений Тихого океана. Результаты этого мониторинга передаются в системы обеспечения безопасности авиаполетов и предупреждения цунами. Также собираемые ЕГС РАН данные используются для научных исследований, проводимых ее внутренними подразделениями и учеными из профильных институтов РАН и геофизических факультетов и отделений российских университетов.
К сожалению, в последние годы ЕГС РАН финансируется на уровне, едва достаточном (а часто и недостаточном) для поддержания базовых функций, и не имеет средств и возможностей для существенного развития. Эта ситуация, естественно, связана с общим недофинансированием российской науки, но в дополнение к этому ЕГС РАН страдает от недостаточно гибкого использования наукометрических показателей для планирования финансирования. Так, бюджет ЕГС РАН определяется на основе тех же принципов, что и для «обычных» институтов РАН, и этот подход полностью игнорирует специфику геофизических наблюдений, а именно необходимость развивать и поддерживать соответствующую дорогостоящую инфраструктуру (сети станций, центры данных и т. д.) и содержать в штате большое количество инженерно-технических специалистов, занимающихся этой работой. Надо отметить, что с похожими структурными проблемами в финансировании сталкиваются многие профильные институты РАН и отделения университетов.
В итоге отставание российской системы сейсмологических наблюдений от ведущих мировых стран носит структурный и многоуровневый характер. Во-первых, общее количество постоянных станций сильно уступает сегодняшнему уровню в США, Евросоюзе, Японии и Китае — несколько сотен против нескольких тысяч (и это для страны с самой большой территорией в мире). Во-вторых, в последние годы в России проводится очень мало широкомасштабных временных сейсмологических экспериментов. В-третьих, очень сильно отстало информационно-технологическое обеспечение. Так, в России на сегодняшний день отсутствует единый центр сейсмологических данных. Большая часть собираемых наблюдений хранится в региональных филиалах и остается недоступной для потенциальных пользователей.
Структурные проблемы в системе наблюдений оказывают негативное влияние на российскую сейсмологическую науку в целом. Из-за неэффективного доступа к данным количество ученых, интересующихся сейсмологическими исследованиями на территории России, и, соответственно, количество публикаций на эту тему в ведущих международных журналах сокращается. Даже для российских сейсмологов часто оказывается проще работать с данными, (легко) получаемыми из-за рубежа, чем изучать территорию своей страны. В итоге о применении идей «тотальной сейсмологии» и современных методов анализа к российским данным почти никто не задумывается. И еще раз, все это происходит в самой большой стране в мире, на территории которой находятся многие уникальные природные и геологические объекты. Недостаточное развитие науки также приводит к слабому возобновлению кадров за счет формирования и привлечения новых поколений молодых специалистов.
Переломить негативную тенденцию в российской сейсмологии — задача не из легких. Мы рассчитываем, что наш мегагрант «Геофизические исследования, мониторинг и прогноз активных геодинамических процессов в зонах субдукции» поможет внести в нее определенный вклад. В рамках этого проекта, финансируемого Минобрнауки, на базе Института физики Земли (ИФЗ РАН, г. Москва) создана новая лаборатория, которая работает в тесном взаимодействии с камчатским филиалом ЕГС РАН и Институтом вулканологии и сейсмологии (ИВиС, г. Петропавловск-Камчатский) ДВО РАН. Также в работу вовлечены преподаватели, студенты и магистранты Московского государственного университета.
Камчатка с ее многочисленными землетрясениями и очень активными вулканами и с большим количеством уже собранных данных — идеальный район для отработки новых методов и концепций в сейсмологии, и мы надеемся, что объединение опыта и ресурсов различных академических и образовательных организаций создаст благоприятные условия для проведения научных исследований на самом высоком международном уровне и будет способствовать формированию нового поколения российских геофизиков мирового уровня.
Проект начался в 2018 году, и за два с небольшим года было проведено два полевых эксперимента на Камчатке (третий должен состояться осенью 2020 года), многочисленные семинары и школы для студентов и аспирантов. По результатам исследований участниками проекта опубликовано и подготовлено к печати более 30 статей в российских и международных рецензируемых журналах. Один из последних примеров этого — статья в престижном журнале Nature Communications, представляющая новую теорию возникновения глубоких землетрясений под вулканами. Также радует, что в работе участвуют много молодых ученых. В качестве практических приложений проводимых научных работ внедряются новые методы мониторинга вулканов в практику камчатского филиала ЕГС РАН.
В то же время один-единственный проект, даже такой крупный, как мегагрант, совершенно недостаточен, чтобы переломить отставание российской сейсмологии, накапливающееся десятилетиями. Надо понимать, что без системного усилия на самом высоком уровне для улучшения российской системы геофизического мониторинга и образования наш и другие похожие проекты не окажут существенного влияния на ситуацию, поскольку их результаты будет попросту некуда внедрять. Поэтому, проводя наши работы, мы во многом надеемся на то, что в какой-то момент руководством российской науки совместно с научным сообществом будут приняты меры, направленные на структурные изменения в финансировании геофизического мониторинга в России.
И
прежде всего это касается геохимии
подземных вод, так как при землетрясениях
изменяется их химический и газовый
состав.
К
гидрогеохимическим эффектам землетрясений
относится также изменение изотопного
состава подземных вод и растворенных
газов — С, Не, U,
Ar
и др элементов
Это
объясняется действием упругих колебаний,
вызывающих дополнительное выделение
из горных пород химических элементов.
Те химические элементы и их изотопы,
которые наиболее слабо связаны с
горной пор. и крист. решеткой минералов,
переходят в водную фазу в относительно
больших кол-ах. Упр. колебания могут
вызвать и искусственное разделение
изотопов, причем рода обогащается тем
изотопом, который слабее других связан
с кристаллической решеткой минерала.
Изменение
сост. пв может быть связано с подтоком
вод по активизированным водопроводящим
трещинным системам из других, часто
более глубоких водоносных горизонтов,
содержащих более минерализованные
воды.
В
результате землетрясений изменяется
содержание в подземных водах Ra,
He,
углекислоты, Cl,
гидрокарбонат-иона, F,
величин отношения радона к радию,
изотопных отношений в парах элементов
(ЗНё/*Не, *Ar/«Ar,
»»U/»U,
»*С/»С н др.), что связано с изменениями
напряженного состояния среды и разрядкой
напряжений в виде сейсмического
толчка.
Среди
отмеченных изменений состава подземных
вод при землетрясениях важно выделить
(количественно и качественно) те из
них, которые можно использовать в
качестве предвестников землетрясений.
Гг предвестники подразделяются на
гидрогеодинамические и ггх, которые
могут, быть как краткосрочными (часы,
дни), так и долгосрочными (годы)
предвестниками. Гидрогеологические
эффекты заключаются в изменении уровней
и напоров подземных вод непосредственно
перед землетрясением.
Среди
гидрогеохимических предвестников
землетрясений, прежде всего следует
назвать изменение содержания в воде
радона, гелия, углекислоты, хлоридов,
фтора, изотопных отношений.
Билет23.
Особенности
формирования химического и газового
состава термальных вод вулканических
областей
Обычно
под термальными
водами понимают
воды с температурой более 20 «С.
Существует несколько классификаций
подземных вод по температуре.
Химический
и газовый состав термальных вод очень
сложен, что обусловлено взаимодействием
в системе «вода — порода — газ (пар)»
при повышенных температурах.
В
вулканических районах выделение паров
й газов достигает иногда грандиозных
размеров.
Существует
несколько классификаций термальных
вод по их газовому и химическому составу.
Ниже
приводится характеристика геохимических
типов термальных вод по данным В. И.
Кононова
Углекисло-водородные
парогидротермы
встречены в океанических рифтах и
в
зонах их примыкания к континентальным
структурам. Помимо Н2,
присутствуют С02,
HaS,
N2
и другие С02-Н2
термы, заключенные в базальтах
океанической коры. На континенте—
это маломинерализованные (<1
г/л), слабощелочные воды с повышенным
содержанием Si02
и преобладанием S04,
HCOs
и Na.
Углекислые
парогидротермы.
t
от 180 до 350 °С и
М
ниже 1 г/л; НСОз или SO4-НСОз
состав. Там, где развиты эвапоритовые
толщи (Солтон-Си в Калифорнии) минерализация
высокотермальных углекислых вод
достигает 305 г/кг.
Азотно-углекислые
парогидротермы и гидротермы.
Это щелочные воды с Eh
от 0 до 250 мЕ. Парогидротермы с
t=180—200ºформируются
в зонах глубоких тектонических
нарушений, имеют HCOs-Na
или S04-Na
состав с М
до
1,5 г/л и рН=9. В районах совр.вулканизма
Cl-Na
состав с М
1—6
г/л (Долина Гейзеров и Паужетка на
Камчатке). Азотно-углекислые гидротермы
с температурой на выходе от 30 до 100 º
имеют небольшую (менее 3 г/л) минерализацию
и пестрый анионный состав, а среди
катионов преобладает Na.
Азотные
термы,
в основном щелочные (рН 8— 10), на глубине
~2
км имеют температуру до 150º. По хим.
составу,— пестрые (HCOa,
S04
или О). Типичным представителем азотных
НСОз-Na
вод являются маломинерализованные (<1
г/л)
щелочные (рН л*8) гидротермы. На Камчатке
примерами азотных терм служат
Паратунские,. Начикинские и другие
источники. Азотные Cl-Na
термы по сравнению с SO*
и НСОз водами распространены менее
широко. Их минерализация может
достигать 35 г/кг.
Метановые
и азотно-метановые терм. воды.
развиты в молодых краевых и
внутренних
прогибах. Их распространение
подчиняется общей гидрогеохимической
и
газовой
зональности: в периферических и верхних
частях артезианских бассейнов термальные
воды, как правило, пресные или солоноватые
(до 10 г/л), азотные (иногда с примесью С02
и
H2S),
S04-HCOrNa
и
НСОз-Na
состава. В глубоких частях артезианских
бассейнов встречаются N2-CH4
и
СН* воды Cl-Na
и Cl-Na-Ca
типа с повышенным содержанием Т, Вг и
других
ценных микрокомпокентов. Температура
этих вод на глубине их залегания
изменяется от менее 50 до более 200 *С,
рН=*5—9, Eh
= от —250 до 0 мВ.
Процессы
формирования состава термальных вод
имеют некоторые особенности, связанные
с температурным фактором. Одна из них
заключается в фазовых переходах подземных
вод, происходящих обычно в приповерхностных
зонах разгрузки гидротерм.Вторая
особенность заключается в активном
тепловом воздействии на вмещающие
породы (термометаморфизм), при котором
происходит глубокая переработка пород
и переход в раствор газов, макро- и
микрокомпонентов. Вскипание
высокотемпературных вод, сопровождающееся
парообразованием и дегазацией, происходит
лишь в приповерхностных условиях при
снижении давления и сохранении высокой
температуры.При этом компоненты
вещественного состава гидротерм
перераспределяются между паровой и
жидкой фазами; в последней возрастает
концентрация солей. Конденсат пара
имеет низкую минерализацию и HCOa-Na
или SO^-Na
состав.
Понятие
о гидрогеохимическом моделировании и
прогнозированииГидрогеохимический
прогноз
в
гидрогеологии—это вероятностное
предсказание изменений химического
состава подземных вод, происходящих во
времени и пространстве под влиянием
естественных и искусственных факторов.
Особое значение гидрогеохимические
прогнозы приобретают в настоящее время,
когда качество подземных вод
хозяйственно-питьевого назначения
может быстро изменяться под влиянием
различных загрязняющих веществ и
нерационального эксплуатационного
водоотбора.
Прогнозы
имеют исключительно важное значение
для своевременной разработки и
проектирования водоохранных
мероприятий, сохранения и улучшения
качества воды, управления этим
качеством; они необходимы для обеспечения
оптимального функционирования
эксплуатационных водозаборов.
К
формализованным методам относят:
а)
методы
экстраполяции и интерполяции, основанные
на статистическом изучении гидрогеохимических
явлений и б) методы
моделирования, основанные
на построении и изучении вспомогательных
созданных нами искусственных систем,
называемых моделями.
Все
методы прогнозирования делятся на два
основных типа: интуитивные и
формализованные.
К числу интуитивных
методов относят
широко распространенный метод экспертных
оценок, который
представляет собой индивидуальные или
коллективные суждения специалистов
о дальнейшем развитии обът екта. Такие
суждения выполняются на основе мобилизации
профессионального опыта. Методы
экспертных оценок используются при
анализе объектов, развитие которых не
поддается формализации на основе методов
точных наук
Пути
и методы гидрогеохимического
прогнозирования зависят от конкретных
задач прогноза, стадии гидрогеологических
забот, гидрогеологических и
гидрогеохимическнх ситуаций,
возможностей приложения к ним существующих
расчетных средств, степени обеспеченности
таких расчетных средств необходимой
информацией о происходящих процессах
и
т.
д.
Моделирование—это
метод изучения объекта или процесса, в
ходе которого исследуется не сам объект,
а некоторая вспомогательная, созданная
нами система, называемая моделью.
В ггх существуют различные виды моделей.
К первым из них относятся так называемые
портретные—или
фотографические
модели,
фиксирующие какие-то определенные
гидрогеохимические качества
гидрогеологической структуры. К таким
моделям относятся гндрогеохимические
карты, гидрогеохимические разрезы
н т. д. Эти модели могут быть использованы
только для качественного прогноза
гидрогеохимических явлений.
Второй
тип моделей — генетические,
которые
дают возможность рассчитывать
гидрогеохимические явления и
прогнозировать их. Такие модели
выражаются различными количественными
зависимостями н формулами. В основе
этих моделей лежат принципы точных
фундаментальных наук
Примерами
являются модель комплексообразования
элементов в подземных водах, основанная
на принципах химической термодинамики;
Используя
такие модели, н, варьируя граничными
условиями, можно определять и вычислять
результат различных процессов,
происходящих в гидрогеологических
структурах. Именно в этом заключается
прогностическая сила и смысл генетических
моделей.
Исходя
из общей теории моделирования и
управления, сформулируем общие требования
к прогностическим моделям:
- модель
должна соответствовать современному
научному уровню знаний о процессах,
происходящих в гидрогеохимических
системах; - модель
должна находиться в определенном
соответствии с самим познаваемым
объектом в отношении некоторых заданных
критериев, т. е. должна обладать свойством
адекватности; - в
ходе познания и прогнозирования модель
должна быть способной замещать по
определенным критериям сам объект и
реакции
модели на внешние возмущения должны
быть подобны реальным природным
реакциям, т. е. модель должна обладать
свойством адаптивности.
Важнейшим
вопросом является оптимальный предел
факторов, учитываемых в модели,
обеспечивающий ее максимальную
адекватность реальности.
Это
воздействие выходных величин какой-то
определенной системы на входные величины
этой системы. На основе обратной связи
и решают эти обратные задачи. Типичный
пример решения обратной задачи в
гидрогеохимии—это установление условий
и параметров формирования химического
состава подземных вод по его конечному
естественному или заданному состоянию.
Компьютерный
вычислительный эксперимент при
правильном выборе модели и определении
граничных условий часто оказывается
более эффективным, чем прямой эксперимент,
поскольку существует возможность
вычислительного определения геохимических
эффектов любых процессов при любых
граничных условиях и параметрах их
протекания.
Другие
важные возможности ЭВМ связаны с
решениями так называемых обратных
задач.
При
моделировании гидрогеохимических
явлений и процессов важно знать, что
ЭВМ
Соседние файлы в папке Ответы на билеты
Военный эксперт, биотехнолог, экс-член комиссии ООН по биологическому и химическому оружию Игорь Никулин назвал возможные причины землетрясений на Ближнем Востоке.
«Землетрясение могут вызвать всякие ситуации. Скажем, подземный ядерный взрыв. Если бы Израиль его осуществил, то, конечно, это могло бы вызвать серьезное землетрясение в окрестностях. Подозревать такое вполне можно, учитывая, что были угрозы со стороны Вашингтона о том, что Иран и Турция сильно пожалеют о своей поддержке России. Это все слышали», — сказал эксперт в интервью ОСН.
Никулин напомнил, что теоретические разработки велись в конце 80-х и начале 90-х годов и в с СССР, и в США. Существовали разные подходы к проблематике провоцирования искусственных землетрясений, в том числе и с помощью мощных электромагнитных излучений, однако неизвестно, насколько продвинулись разработки.
«С 1977 года существует конвенция о запрете на использование климатического оружия во враждебных целях. Однако стоило бы проверить работу станции HAARP на Аляске. Это американский научно-исследовательский проект по изучению взаимодействия ионосферы с мощным электромагнитным излучением. Если в дни землетрясения она работала на полную мощность, это стало бы основанием для подозрения и расследования», — пояснил эксперт.
Он также добавил, что если воздействовать электромагнитным излучением на земную кору в точке разлома, то теоретически это может вызвать искусственное землетрясение. При этом Никулин подчеркнул, что Ближний Восток и без того является сейсмически опасным регионом, поэтому ничего необычного в происходящих событиях нет.
Как ранее сообщала «СП», в Сети распространяют видео чудовищных последствий землетрясения в Турции.
Заместитель директора Таврического информационно-аналитического центра РИСИ
Почему землетрясения в Турции были такими сильными? Как долго будут продолжаться афтершоки? Не спровоцируют ли они сейсмические события в других точках земного шара? Обо всем этом, а также о новом, разработанном в Сибири, способе обнаружения предвестников землетрясений рассказали ученые Института земной коры СО РАН (Иркутск).
6 февраля 2023 года на территории Центральной Турции произошла серия мощных землетрясений. Они сопровождались масштабными разрушениями, деформациями земной поверхности и ощущались на территориях соседних стран. Район, где случилась катастрофа, располагается в зоне сочленения трех тектонических плит: Африканской, Аравийской и Анатолийской, и относится к числу одного из наиболее сейсмически активных регионов мира. И хотя за последние 20 лет на Земле неоднократно происходили даже более сильные землетрясения (например, Суматранское в 2004 году с магнитудой 9,3 или землетрясение Тохоку в 2011 году с магнитудой 9,0), они были локализованы в акваториях и имели менее разрушительные последствия.
Турецкое землетрясение началось 6 февраля в 01:17 (время UTS) на Восточно-Анатолийском разломе с сильнейшего толчка магнитудой 1,4–7,8. Оно сопровождалось большим количеством афтершоков, сильнейший из которых имел магнитуду 6,7. Через девять часов после первого толчка в 100 километрах к северу, в зоне субширотных разломов, произошло второе сильнейшее землетрясение с магнитудой 7,4–7,6. После этого события также последовало множество афтершоков, поле которых локализовалось вдоль широтной системы разломов. Всего, по данным Европейско-Средиземноморского сейсмологического центра, с 6 по 14 февраля в регионе было зарегистрировано около 2 000 землетрясений с магнитудами более 2,5, а поле эпицентров с севера дошло до зоны Северо-Анатолийского разлома.
«Два сильных землетрясения в одной области, произошедшие за короткий период времени, в сейсмологии называются дублетом. Наиболее интересным в этой активизации является последовательное возбуждение двух разломных зон. Механизмы очагов главных толчков, по данным Геологической службы США, представляют собой сдвиги, согласующиеся с разломами: первое землетрясение – левосторонний сдвиг, второе – сдвиг со взбросовой компонентой по широтной плоскости», – рассказывает ученый секретарь ИЗК СО РАН кандидат физико-математических наук Анна Александровна Добрынина.
На текущий момент сейсмическая активность в регионе начинает спадать. Однако, по мнению некоторых специалистов, афтершоки после этих землетрясений могут продолжаться еще несколько лет (науке известны такие случаи). Это связано с процессами разрядки напряжений и перестройки среды в очаговой области.
«Сейчас афтершоковая активность в Турции постепенно затихает: если в первые три дня после главного толчка было зарегистрировано более 970 землетрясений с магнитудой М ≥ 2,5, то за последние сутки – порядка 150 землетрясений. Магнитуда афтершоков слабее магнитуды главного толчка, но до полного окончания сейсмической активизации невозможно сказать, было ли землетрясение, произошедшее 6 февраля, сильнейшим в этой последовательности. Известны случаи, когда через несколько дней или недель после сильного события следовало еще более разрушительное землетрясение. Например, Цаганское землетрясение на Байкале (1862 год. – Прим. ред.), во время которого образовался залив Провал, также предварялось достаточно сильными сейсмическими событиями», – говорит директор ИЗК СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Петрович Гладкочуб.
Сегодня многих беспокоит вопрос: не спровоцирует ли смещение Анатолийской и Аравийской плит землетрясения в других точках земного шара? По мнению ученых, такое развитие событий вряд ли возможно, так как во время турецких землетрясений основные смещения произошли по зонам разломов.
«Фигурирующая в СМИ цифра смещения Анатолийской плиты в три метра на самом деле относится не ко всей тектонической плите, а к относительному смещению крыльев разлома. Причем это смещение произошло не на всем протяжении разлома, а на его достаточно локальном участке: длина и ширина очага главного толчка оцениваются в 190 на 25 километров соответственно, – комментирует . – События с магнитудами 7,8 и 7,5 хоть и являются сильными землетрясениями, но спровоцировать ощутимую сейсмическую активность в других региона мира они не могут».
Интересно и следующее: являются ли землетрясение в Грузии, цунами в Средиземном море и затопления в Греции и Италии последствиями землетрясения в Турции? По словам геологов, землетрясения в Грузии могут быть отголоском турецких событий, а вот затопления в Греции и Италии связаны с аномальным количеством атмосферных осадков. Не вызвали турецкие землетрясения и цунами.
«После первого турецкого землетрясения было объявлено предупреждение об угрозе цунами на побережье Средиземного моря, но его зафиксировано не было. Цунами порождаются резкими вертикальными смещениями дна. В случае же турецких событий землетрясения были локализованы на суше, а не в акватории, и имели сдвиговый тип подвижки по разлому без вертикальной компоненты, – отмечает . – То, что после землетрясений часть прибрежных районов турецкого города Искандерун была погружена под воду Средиземного моря, по-видимому, вызвано смещениями при этих землетрясениях (ведь Искандерун находится в пределах той же разломной системы)».
На территории России есть районы с высокой сейсмической активностью – это регионы Северного Кавказа, Прибайкалья и Дальнего Востока. Там возможны сейсмические сотрясения с интенсивностью до 8–10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале. На текущем этапе развития сейсмологии прогноз землетрясений со стопроцентной вероятностью невозможен, однако в Институте земной коры СО РАН разработан способ обнаружения предвестников землетрясений.
«Он базируется на совокупном анализе вариаций микросейсмических шумов в низком диапазоне частот (от 0,01 до 0,1 Гц) и деформаций горных пород. Процессы подготовки сильного землетрясения включают в себя перестройку среды и медленные движения в зоне очага будущего землетрясения, которые отражаются в данных деформационного мониторинга: растет кривая деформаций. В поле микросейсмических колебаний они проявляются также в виде увеличения амплитуд в области низких частот по горизонтальным компонентам и в резкой смене ориентации колебаний с направлением на источник возмущений», – рассказывает .
При наличии нескольких станций, расположенных в разных азимутах от эпицентра будущего землетрясения, можно локализовать область очага с точностью до нескольких километров. Так, с помощью этого подхода проводили ретроспективный анализ деформаций и микросейсмических шумов, которые происходили перед Кударинским землетрясением на озере Байкал в 2020 году.
Сейчас этот подход находится на стадии верификации, перед учеными стоит задача проверить его в различных геодинамических условиях. Только после такой проверки можно будет обсуждать вопрос о внедрении метода на практике в широких масштабах. Заявление о государственной регистрации изобретения и выдаче патента подано в Федеральную службу по интеллектуальной собственности («Роспатент»).
Константин Кислов, кандидат физико-математических наук,
Валентин Гравиров, кандидат физико-математических наук,
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН
«Наука и жизнь» № 3, 2020
Землетрясение — наиболее разрушительное природное явление. Благодаря лучшему пониманию физики этого процесса, применению современных вычислительных средств, развитию сейсмометрии и использованию глобальных систем спутниковой навигации сейчас удаётся формировать научно обоснованные прогнозы крупных событий. Тем не менее процессы подготовки и генерации землетрясения чрезвычайно сложны, и любой прогноз даётся с определённой вероятностью. Поэтому неожиданные землетрясения происходят — и неизбежно будут происходить. Однако снизить катастрофические последствия может помочь раннее предупреждение.
Первые шаги
Раннее предупреждение о землетрясении — это прогноз того, какие сотрясения ожидаются в том или ином месте от уже случившегося события. Дело в том, что во время землетрясения от его очага расходятся сейсмические волны, как от камня, брошенного в воду. Эти волны и регистрируются системами раннего предупреждения о землетрясении, для обозначения которых обычно используют аббревиатуру EEWS — Earthquake Early Warning System. EEWS важны для снижения ущерба от землетрясений и быстрой оценки повреждений.
Впервые идею о раннем предупреждении высказал в 1868 году доктор медицины Дж. Д. Купер (J. D. Cooper) в газете San Francisco Daily Evening Bulletin после землетрясения в Калифорнии с магнитудой 7 (напомним, что магнитуда характеризует выделившуюся при землетрясении энергию). Он предложил поставить сейсмические датчики вблизи возможных эпицентров и на основе телеграфа создать автоматизированную систему тревоги, ударяющую в колокол в центре города. К сожалению, эта схема не была реализована.
В 1875 году М. Ривет (M. Rivet), начальник телеграфа в Фор-де-Франс (о. Мартиника, Малые Антильские острова), отметил, что каждому землетрясению предшествует появление паразитных токов в проводах телеграфа. Ривет предположил, что таким образом можно получать предупреждения о землетрясениях.
Первое раннее предупреждение о землетрясении сделал Юсеф (Yusef), телеграфист в городе Керман (Иран). Его изначальные наблюдения относятся к событию 27 мая 1897 года. Через 12 лет, 27 октября 1909 года, увидев на телеграфном аппарате такие же отклонения, он сообщил жителям дома, что надо бежать на улицу. Через шесть секунд произошло землетрясение магнитудой более 5,5. Телеграфист пытался распространить свой опыт и в газете «Новый Иран» (Irān-e Nau) он писал: «Если система подключена к большому звонку, тревога может быть услышана всеми людьми, и их жизни будут спасены».
EEWS появились только в 1960-х годах — в Японии — для торможения скоростных поездов перед землетрясением. Система использует способность электронных устройств обрабатывать и передавать информацию быстрее, чем распространяются сейсмические волны. Кроме того, к наблюдателю сначала приходит быстрая (около 5 км/с), но слабая P-волна (от англ. primary — ‘первичная’), в которой частички грунта движутся вперёд-назад, как в обычной звуковой волне. Примерно в два раза медленнее и гораздо сильнее S-волна (от англ. secondary — ‘вторичная’), при прохождении которой частички грунта колеблются из стороны в сторону. Говорят, что P-волна несёт информацию, а S-волна — разрушения. Следом приходят ещё более сильные поверхностные сейсмические волны.
Как только система мониторинга детектирует P-волну, определяет энергию (магнитуду) землетрясения, координаты гипоцентра и время начала, пользователям рассылаются предупреждения. Если объект находится прямо над очагом мелкого землетрясения, P- и S-волны приходят почти одновременно и предупреждение невозможно. В большинстве действующих EEWS радиус такой мёртвой зоны составляет 20–50 км.
Современные системы сейсмомониторинга, новые программные средства обработки сигнала позволяют анализировать и передавать данные за доли секунды. Однако время для принятия мер всё равно считается на секунды, редко на минуты. Накопленный опыт показывает, что сделать за это время можно многое.
Дополнительно EEWS даёт возможность оперативно оценивать разрушения. Информация об интенсивности землетрясения в разных местах предоставляется в виде карт. Так что аварийные службы могут выделять технику и людей своевременно и соответственно разрушениям.
Датчики, индикаторы и нейронные сети
Есть несколько стратегий организации EEWS. При барьерной стратегии сейсмические датчики размещают как можно ближе к возможному эпицентру. Это даёт относительно много времени на реагирование, если эпицентр далеко от охраняемого объекта. Так организованы сейсмические сети в Мексике, Румынии и Турции.
Самая простая стратегия — защита отдельного объекта. В этом случае один или несколько датчиков размещаются непосредственно у объекта. К этой стратегии относится EEWS, если сейсмостанции расположены вдоль железной дороги (примеры — Япония, Италия и др.) или у критических объектов (например, железнодорожный тоннель под Босфором в Турции). Иногда планируется одновременная защита нескольких объектов. Например, в Киргизии система предупреждения рассчитывается для городов Бишкек, Ош, Каракол. Если объект расположен в эпицентральной зоне, эта стратегия даёт некоторое преимущество во времени по сравнению с равномерно распределённой сетью сейсмостанций.
В 2005 году в Японии разработана — и с тех пор неоднократно применялась в разных регионах планеты — мобильная EEWS FREQL (Fast Response Equipment against Quake Load). Она особенно удобна для защиты от афтершоков* во время спасательно-восстановительных работ.
Самая надёжная стратегия — организация плотных сетей сейсмомониторинга. При этом совмещаются предыдущие два подхода. Такая стратегия даёт наибольшее время для реагирования, и вероятность ошибок существенно снижается. Раньше сеть называли плотной, если расстояние между станциями было 40 км; сейчас в эпицентральных областях речь идёт о пяти и даже трёх километрах.
Чтобы рассчитать, когда и какой интенсивности сотрясение придёт в каждую точку, следует определить координаты гипоцентра, магнитуду и время в очаге, то есть время начала землетрясения. Сделать это надо быстро, для расчётов можно использовать только начальную часть P-волны.
На расстояниях, на которых возможны разрушения, период начальной части P-волны отражает магнитуду. Разработаны методы вычисления различных индикаторов, характеризующих этот период. Они используют один и тот же физический принцип, но дают несколько несхожие результаты. Возможно, это связано с разной чувствительностью к шумам.
Амплитуда начальной части P- и S-волн тоже характеризует землетрясение. Однако, поскольку волны затухают со временем, связанные с амплитудой индикаторы зависят от эпицентрального расстояния. Тем не менее с их помощью можно оценить интенсивность землетрясения в той же точке, где они были получены. Это свойство используется при защите отдельных объектов. Наиболее употребимо пиковое смещение Pd (peak displacement), то есть максимальное отклонение грунта от среднего за определённый промежуток времени. На основании Pd получают абсолютную пиковую скорость — максимальную скорость, с которой будут двигаться частички грунта при самом сильном сотрясении.
Координаты гипоцентра наиболее надёжно определяются по пеленгу несколькими станциями. Но можно оценить положение источника землетрясения и по одной станции. Магнитуду землетрясения вычисляют по преобладающему периоду начальной части P-волны. Затем из пикового смещения Pd получают абсолютную пиковую скорость. А по её эмпирическому соотношению с магнитудой рассчитывают эпицентральное расстояние. Направление, откуда пришло землетрясение, можно определить по первому движению трёх компонент сейсмометра, регистрирующих движения грунта по направлениям север-юг — «N–S», запад-восток — «E–W», верх-низ — «Z».
Существуют индикаторы, рассчитываемые по энергетическим характеристикам волн, индикаторы, отражающие скоростные показатели движений грунта и другие. Часто применяют несколько индикаторов одновременно.
Всё чаще используют методы машинного обучения. В этом случае можно обойтись без индикаторов. Глубокие нейронные сети, то есть сети, имеющие много слоёв нейронов и способные выделять практически все свойства сигналов, могут работать прямо с сейсмограммами. Они не используют предполагаемые и упрощённые отношения между величинами, а выявляют в данных особенности, которые точно характеризуют событие.
Обилие методов вовсе не означает, что задача окончательно решена. Все индикаторы хорошо работают с землетрясениями средней силы, до магнитуды 6. При этом размер зоны разрушений сопоставим с мёртвой зоной, где предупреждение невозможно. Эта проблема особенно актуальна для районов умеренной сейсмичности. В них не часто можно встретить сейсмостойкие здания и сооружения. На подобных территориях редко бывает плотная сеть сейсмических станций. Выход — поиск более быстрых алгоритмов, совершенствование методов обработки и передачи данных. Сокращение интервала анализа с трёх до двух секунд (случай единичной станции) уменьшает радиус мёртвой зоны на 5 км.
Обычно оборудование, применяемое в EEWS, рассчитано на десятилетний срок службы, при этом в районах с умеренной сейсмичностью ощутимого землетрясения за десять лет может и не произойти. Чтобы экономически оправдать создание EEWS в таких районах, надо учитывать, что сейсмический мониторинг даёт возможность отслеживать не только землетрясения, но и взрывы, оползни, сели, лавины, карстовые провалы, мерзлотные явления. Установка дополнительных станций для EEWS позволит исследовать маломагнитудные события. К тому же катастрофические землетрясения маловероятны, но они происходят.
Для анализа событий с магнитудой от 6 до 8,5 нужен большой временной отрезок записи. Вспарывание разрыва крупного землетрясения занимает много времени, но можно ли до его окончания определить конечные характеристики землетрясения — вопрос дискуссионный.
Эмпирически найдены длины требующихся для анализа участков сейсмической записи. При этом необходимо учитывать пространственное развитие разрыва. А при более крупных землетрясениях происходит насыщение индикаторов, то есть они перестают изменяться при вариации параметров землетрясения. Из-за этого можно оценить лишь минимальную магнитуду события, например, определить, что она больше 8. Но какая именно — сказать нельзя.