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.
Российские ученые на примере данных с Камчатки доказали: сейсмическая активность не полностью хаотична и имеет свои закономерности. Если рассматривать магнитуды множества очагов, можно обнаружить в них свойства фрактала — объекта, который идентичен своим составным частям. Благодаря этому можно предсказывать возникновения сильных толчков за полгода. По словам экспертов, о том, что в сейсмических процессах прослеживается определенный порядок, известно давно. Однако он имеет статистическое, а не конкретное значение, поэтому такие предсказания сбываются редко. В случае если результаты работы ученых будут подтверждены практикой, метод поможет избежать трагедии, подобной крупнейшему землетрясению в Турции, произошедшему в феврале 2023 года.
Новые подземные толчки в Турции и Сирии, случившиеся 20 февраля, были аномально сильными и являются «неприятным симптомом» того, что сейсмическая активность в этом регионе будет долгой, рассказали «Известиям» ученые. Причем в опасности, по их мнению, находятся и другие страны, расположенные в сейсмоопасных зонах Средиземноморья, — Италия, Греция, Кипр, Испания, Португалия. Необычно долгая подземная активность обусловлена тем, что в прибрежных зонах движение литосферных плит происходит чаще и ощущается сильнее, чем на материке. Также исследователи отмечают, что триггером землетрясения могло стать максимальное за 992 года сближение Луны и Земли, которое произошло 21 января. Оно вызвало дополнительное смещение плит, что и привело к серии сильных подземных толчков.
Опасная поломка
События в Турции и Сирии развиваются не совсем по тому сценарию, который прогнозировало большинство ученых. После крупного землетрясения магнитудой 7,7, случившегося 6 февраля, сейсмологи говорили, что толчки продолжатся еще некоторое время, однако их сила будет заметно снижаться. Вопреки этому, 20 февраля на границе двух стран произошли новые землетрясения магнитудой 6,4 и 5,8. Эксперты Европейского средиземноморского сейсмологического центра сообщили, что это девятое сильное землетрясение в регионе за последние трое суток. А всего за две недели с 6 февраля в Турции и Сирии зафиксировано около 6 тыс. подземных толчков.
— Последний толчок был действительно аномально сильным, и это неприятный симптом, — сообщил «Известиям» профессор кафедры физики Земли СПбГУ Владимир Троян. — До этого наблюдалась тенденция к снижению интенсивности афтершоков. Теперь в данном регионе они, скорее всего, будут продолжаться. Не исключены ощутимые подземные толчки и в сейсмоопасных зонах вблизи Турции — это относится к Италии, Греции, Кипру, Испании, Португалии и другим странам, связанным со Средиземноморским регионом. В других частях мира катастрофического землетрясения не предвидится.
В очаговой зоне последнего землетрясения, которая простирается на несколько сотен километров, наверняка будут другие ощутимые толчки, считает заместитель директора Института физики Земли РАН по инженерной сейсмологии и оценке сейсмической опасности, заведующий лабораторией сильных землетрясений и сейсмометрии Рубен Татевосян.
— События 20 февраля произошли в одной зоне с событиями 6 февраля, — отметил специалист. — Сильное землетрясение сопровождается последующими толчками, которые определяются магнитудой главного удара. Если она была большая, то серия длится дольше и в ней бывают более мощные толчки. В случае с этим неординарным по своей магнитуде 7,8 ударом они могут продолжаться месяцы.
Земля, Луна и гравитация
В прибрежных зонах подземная активность выше, чем в континентальных областях. Это обусловлено строением Земли. В ее центре расположено внутреннее ядро с радиусом около 1250 км, далее идет внешнее ядро с толщиной около 2200 км. Над ним лежат 2900 км вязкой мантии, а еще выше — довольно твердая кора толщиной около 40 км.
— Из жидкой части ядра время от времени поднимаются сгустки, которые возникают в связи с происходящими там реакциями, — пояснил директор НИЦ прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф КубГУ Владимир Бабешко. — Они поднимаются вверх, потому что они легче, и выходят наружу через вулканы. Для компенсации давления что-то должно втянуться в кору Земли. Больше всего для этого подходят океанические литосферные плиты, так как они значительно мягче, чем материковые. Турция находится именно в прибрежной зоне, возможно, поэтому недавнее землетрясение имеет такую силу и длится так долго.
У ученых есть теория о том, что триггером землетрясений может быть расстояние от Земли до Луны. 21 января Луна была ближе всего к Земле за последние 992 года, расстояние до нее составляло 356 568 км. Гравитация Луны тесно связана с приливными процессами, а они в свою очередь могли послужить причиной сдвига тектонических плит.
— Не исключено, что близость спутника к нашей планете стала той самой последней соломинкой, — считает Владимир Троян. — Напряжение горных пород было уже сильным, но Луна могла стать неким спусковым механизмом.
Специалисты отмечают, что, несмотря на имеющиеся технологии и возможности для расчетов, предсказать даты и силу дальнейших землетрясений пока невозможно. Хотя масштабная работа в данном направлении ведется, ведь их катастрофичность, как наглядно показали события последних двух недель, невероятно высока.
— Технологии искусственного интеллекта, включая алгоритмы машинного обучения, вычислительные ресурсы суперкомпьютеров, а также возможность хранить и работать с гораздо большими объемами данных могут сформировать условия для прорыва в данной области за счет имитации землетрясений и моделирования, — считает эксперт Центра компетенций НТИ на базе МГТУ им. Н.Э. Баумана Дмитрий Евсюков. — Данные подходы позволяют получать огромные массивы измерений, а далее фильтровать их для поиска закономерностей, которые надежно сигнализируют, когда произойдет «искусственное» землетрясение. Подтверждение гипотез производится наложением цифровых двойников землетрясений на сейсмические данные от реальных зафиксированных толчков.
По последним данным, число погибших при землетрясении в Турции, случившемся 6 февраля, достигло 41 156 человек, в Сирии погибло более 5800 человек. При толчках 20 февраля в Турции и Сирии погибло по меньшей мере 6 человек, более 730 пострадало. По оценке Всемирной организации здравоохранения, стихийное бедствие тем или иным образом затронуло 23 млн человек.
Турецкий синдром
Два наиболее мощных и разрушительных землетрясения за последние годы произошло 6 февраля 2023 года на территории Турции. Первый толчок был магнитудой 7,8, второй — 7,5 балла. В результате погибло около 60 тыс. человек, 1,5 млн остались без жилья. Страна находится в одном из самых сейсмоопасных регионов мира, на пересечении трех тектонических плит: Анатолийской, Аравийской и Африканской. Их движение и создает давление в зонах разломов, которое регулярно приводит к катаклизмам.
Ранее один из ведущих сейсмологов Турции Наджи Герюр спрогнозировал, что в период с 1999 по 2029 год в Стамбуле произойдет землетрясение магнитудой 7 и более баллов. По его мнению, вероятность этого событие превышает 60%.
— 30-летний период, в течение которого в районе Стамбула прогнозируется новое землетрясение магнитудой 7,0 и более, подходит к концу. Мы ранее неоднократно предупреждали, что до 2029-го ожидаем в регионе землетрясение не меньшей силы, чем 17 августа 1999 года (сильное землетрясение, произошедшее в районе Мраморного моря. — «Известия»). Его вероятность составляет не менее 64%, и Стамбул к такому катаклизму не готов, — сказал Наджи Герюр.
Скорее всего, со стороны турецкого сейсмолога это просто способ прославиться — если делать много прогнозов, то какой-нибудь из них обязательно оправдается, заметил директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шебалин.
— Вероятность того, что в районе Стамбула произойдут толчки такой силы, существует. Она не нулевая и составляет около 5% для такого срока. А утверждение, что катаклизм произойдет с вероятностью 64%, проверить невозможно, — сказал он.
По территории Турции проходят тектонические разломы, в местах которых регулярно происходят землетрясения. Ранее они происходили и в Стамбуле, подчеркивает доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ Алексей Остапчук.
— В местах, где могут быть сильные землетрясения, они рано или поздно происходят. За 30 лет это, вероятно, может случиться. Вопрос только, когда именно. Верный прогноз — это когда мы точно знаем силу, место и время события. И время — самый сложный показатель, — считает эксперт.
За три десятилетия, которые прошли с момента предсказания Наджи Герюра, методы прогнозирования шагнули далеко вперед и их точность заметно выросла, поэтому лучше ориентироваться на более актуальные оценки, резюмировал специалист.
Прогноз нормальный
Научная работа показала, что наступление землетрясения может быть предсказано заблаговременно до наступления основного толчка. Так как в этом случае происходит аномальное падение значения фрактальной размерности, то есть количественной оценки сложности фрактальной структуры.
— Характеристики самоподобия сейсмических процессов, полученные методами фрактальной геометрии, позволяют выявлять устойчивые закономерности рядов сейсмических событий и помогают повысить уровень достоверности прогнозов, — подчеркнула Валерия Шихеева.
Фрактальная структура — это статистическое понятие, а не конкретное, поэтому говорить о предсказании с ее помощью землетрясений слишком смело, уверен директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шебалин. По его словам, о том, что сейсмичность имеет мультифрактальную структуру, известно давно, хотя иногда это подвергается сомнению. Однако однозначно доказать это по данным с Камчатки также невозможно.
— Какие-то землетрясения они могут увидеть заранее, но, скорее всего, речь идет о подгонке под данные. В любом случае все методы прогноза требуют проверки путем предсказаний вперед, даже тогда, когда назад всё хорошо работает. Но сейсмическая система очень сложная, многопараметрическая, доля подгонки в ней очень большая и предсказания работают очень плохо, поэтому я не думаю, что этот метод может дать результат при прогнозе вперед, — считает Петр Шебалин.
«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.
«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.
Часть целого
Специалисты университета МИСИС доказали, что в процессе активности земной коры существуют закономерности, с помощью которых можно за полгода предсказывать сильные толчки. У динамики природных катаклизмов на графиках прослеживаются характеристики самоподобия, когда фрагмент идентичен целой картине. Это свойство позволяет делать прогнозы. Для этого необходимо проанализировать пики сейсмической активности в их зависимости от пространственно-временных характеристик.
— Сложный процесс сейсмической активности внешне кажется хаотическим. Однако при рассмотрении множества очагов землетрясений с учетом значений их магнитуд можно увидеть, что они образуют мультифрактал, который может быть изучен методами фрактальной геометрии. Такие исследования ведутся нашими студентами уже на протяжении нескольких лет. Было доказано, что в процессе сейсмической активности присутствуют детерминированные (взаимно обусловленные) составляющие. В частности, установлена связь между возникновением землетрясений с большими магнитудами и скачками таких характеристик множества очагов землетрясений, — рассказала руководитель исследования, доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС Валерия Шихеева.
Мультифрактал — одна из разновидностей фракталов, то есть объектов, которые совпадают с частью самого себя. Их целое имеет ту же форму, что и составные части. Такие структуры часто встречаются в природе. Например, в строении растений. Мультифрактал может состоять сразу из нескольких повторяющихся элементов.
Чтобы выявить закономерности в процессах, происходящих в земной коре, ученые исследовали сейсмическую активность полуострова Камчатка и территории Японских островов. Они находятся в области так называемого Тихоокеанского огненного пояса. Там расположено большое количество вулканов, которые часто вызывают природные катаклизмы.
— Сейсмический процесс проявляет характерные свойства иерархической самоподобной системы в распределении землетрясений во времени, пространстве и по энергии — эти свойства проявляются в законе Гутенберга – Рихтера, описывающем зависимость между магнитудой и общим числом землетрясений для любого заданного промежутка времени, — уточнила автор исследования Алена Королева.