» » Прогнозирование землетрясений

Прогнозирование землетрясений

15.08.2016

Прогноз землетрясений всегда является одной из актуальных проблем науки о Земле. Предсказание землетрясений представляет собой не только решение комплексной научной проблемы естествознания, но имеет и огромное социально-экономическое значение, так как связано с безопасностью жизни сотни тысяч людей и сохранностью неисчислимого количества материальных ценностей. В сейсмологии прогноз землетрясений по своей значимости делится на три вида: долгосрочный (несколько лет), который дает возможность планировать вопросы землеиспользования и застройки городов и населенных пунктов в сейсмоопасных районах; среднесрочный (несколько месяцев), позволяющий привести в готовность аварийно-спасательные службы и обеспечить накопление продовольственно-медикаментных товаров; краткосрочный (дни и часы) - для принятия неотложных мер по эвакуации населения, приостановки химико-бактериологически опасных производств, подготовки спасательных бригад, отрядов медицинской помощи и защите национальных духовно-культурных ценностей.
Начало широкомасштабных исследований по предсказанию землетрясений относится к 60-м годам XX столетия. Эти исследования были сосредоточены в основном в Японии, бывшем СССР, США и Китае. Заинтересованность великих держав к разрешению проблемы предсказания землетрясений в эти годы, по-видимому, была обусловлена также разработкой основных положений договора о запрещении подземных испытаний атомного оружия. Дело в том, что ряд экспертов считают, что на больших расстояниях во время атомных взрывов записи колебания грунта нельзя однозначно различить от записей реальных слабых землетрясений. Поэтому считалось, что разрешение проблемы предсказании землетрясения поможет сближению точек зрения но идентификации подземных взрынов (атомным взрывам, и отличие от землетрясений, не предшествуют предвестники). Были разработаны и внедрены обширные национальные научно-исследовательские программы с участием крупных специалистов и была большая уверенность в положительном разрешении проблемы прогноза. И на самом деле в 1969 году впервые китайские сейсмологи 18 июля 1969 года утром но необычным поведениям животных местного зоопарка сообщили администрации г. Тяньцзинь о предстоящей землетрясении. В полдень произошло сильное землетрясение с магнитудой М=7.4 в Бохайванезаливе к востоку от Тяньцзиня. В 1975 году в г. Хайчене китайские сейсмологи осуществили самый удачный прогноз сильного землетрясения. В течение длительного периода времени территория города находилась в центре внимания сейсмологов. Были установлены приборы для регистрации наклонов земной поверхности, изменения магнитного поля, электросопротивления грунтов, уровня грунтовых вод в колодцах, а также наблюдения за поведением животных. Было зарегистрировано большое количество слабых землетрясений. На основании анализа всех этих явлений было решено объявить о предстоящем землетрясении. Через пять с половиной часов после объявления общей тревоги в 7 часов 36 минут вечера 4 февраля 1975 года произошло сильное землетрясение с магнитудой 7.3. Были разрушены сотни домов и фабрик, но поскольку жители города с 100-тысячным населением заранее эвакуировались из зданий, число жертв было небольшим. В дальнейшем в 1976 году в Китае были еще три удачных прогноза по землетрясениям: 29 мая в провинции Юньнань, 16 августа в провинции Сычуань и 7 ноября на границе Сычуань и Юньнань, в основном по признакам увеличения числа слабых землетрясений. Удачные прогнозы землетрясений имели место также в США - в августе 1973 года на севере штата Нью-Йорк, в январе 1976 года в Сан-Хосе, в России в ноябре 1978 года, в 150 км восточнее Гарма, спустя 6 часов после оповещения.
Детальная программа по предсказанию землетрясений была составлена в Японии. В 1962 г. Исследовательская группа в составе Т.Цубои, К.Вадати и Т.Хагивары составила отчет под названием “Прогноз землетрясений: достигнутый прогресс и планы дальнейшего развития”. В последующие годы по некоторым землетрясениям на территории Японии, таким, как землетрясения в Немуро-Ханто-оки 1973г. (М=7.4) в Миягикен-оки 1978 г. (М=7.4), перед землетрясением были накоплены достаточные предвестниковые данные для предсказания их силы и места, но определенная дата их возникновения не была установлена. Поэтому К.Моги в своей известной монографий отмечает: “До сих пор в Японии не было ни одного примера успешного предсказания землетрясения в практическом смысле».
Полноценное предсказание землетрясения означает дать правильную оценку грех параметров: времени, места и силы прогнозируемого землетрясения.
Естественно для предсказания того или иного явления необходимо располагать полноценными представлениями о характере его возникновения. Обычно все происходящие в природе явления обусловливаются предшествующими другими явлениями. В настоящее время сейсмология располагает достаточными сведениями о механизме возникновения землетрясения как в его начальной стадии, так и в стадиях дальнейшего развития и свершения. Мы можем составить уравнения, которые описывают все этапы развития очага землетрясения, включая само возникновение. Возникает вопрос: можно ли на основании этих уравнений произвести точные расчеты и предсказать место, время и силу землетрясения. Ответ многих сейсмологов на этот вопрос пока “нет”. Они говорят: да, мы достаточно хорошо знаем физику землетрясения, но не располагаем точными сведениями о физических свойствах материалов, из которых состоит Земля, о процессах и стадиях их деформирования за длительный период времени. Эти свойства и процессы очень сложны и не постоянны. Особенно сложна связь между напряжениями и большими деформациями, которая в большинстве случаев зависит от истории их геологического развития и от теплового режима внутри Земли. Следовательно, для разработки достоверной теории предсказания необходимо провести, с одной стороны, комплексные теоретические и экспериментальные исследования физико-механических свойств горных породах, находящихся под большим давлением и температурой, а с другой - создать плотную сеть систематических инструментальных наблюдений по выявлению и сопоставлению предвестниковых параметров процессов “созревания” будущих землетрясений.
В научной среде по предсказанию землетрясений существуют две основные противоположные тенденции: крайне пессимистическая, отрицающая какие-либо позитивные результаты, и оптимистическая, надеющаяся на успешный прогноз, основанный на различных физических процессах, наблюдаемых в период подготовки землетрясения. Любопытно, что обе тенденции основаны на механике процесса землетрясения как внезапное (хрупкое) разрушение среды. Сторонники пессимизма считают, что раз землетрясение связано с внезапным разрушением материалов и так как даже у материалов с макрископически совершенно идентичным составом имеются большие различия в значениях прочности (до 30%) и времени, проходящего до момента разрушения (десятки и сотни лет), то сам процесс разрушения проходит без “предупреждения”, как случайное явление, предсказание которого с необходимой точностью (до дня и часа) крайне сложная задача. Однако земная кора не однородный материал, она обладает гетерогенной структурой с множеством ослабленных мест - возражают сторонники оптимизма предсказании. В неоднородной среде перед образованием крупной трещины отмечаются ризличные предваряющие этот процесс явления (предвестники), наблюдая и измеряя которые можно приближаться к пониманию процесса возникновения землетрясения - времени его свершения и его мощи.
Таким образом, сторонники обеих тенденций предсказания землетрясения справедливо обусловливают его главной причиной их возникновения с процессами механического разрушения горных пород. С этой целью рассмотрим современные концепции разрушения материалов и, в частности, горных пород.
Теория дилатансии. Эта теория разрушения горных пород при очень высоких давлениях впервые была выдвинута в 1960 году У. Брейсом и получила дальнейшее развитие со стороны A. Hypa в 1972 году. Дилатансия означает увеличение объема горной породы при ее деформировании. Принимается, что в зацепленных областях между двумя литосферными плитами при их противоположных движениях горные породы подвергаются большим механическим напряжениям. При определенных значениях напряжений в породах образуется множество распространяющихся микроскопических трещин. Они (трещины) меняют физико-механические параметры пород и увеличивают их объем. В дальнейшем вода, проникая в эти трещины, еще увеличивает их объем, что может привести к поднятию (разбуханию) поверхности Земли на эпицентральных зонах. Вследствие этого вода распространяется по всей расширяющейся зоне, повышая поровое давление в трещинах и понижая прочность пород, тем самым вызывая землетрясение. После землетрясения снижается тектоническая напряженность, вода вытекает из пор и породы восстанавливают свои первоначальные свойства. Среда переходит в новое слабонапряженное равновесное состояние. Описанные выше процессы разрушения горных пород известны также как дилатансионно-водо-диффузионная модель разрушения.
Прогнозирование землетрясений

Сотрудниками Института физики Земли (Москва) В.И. Мячкиным, Б.В. Костровым, Т.А. Соболевым и О.Г. Шаминой была предложена аналогичная схема подготовки землетрясений под названием лавиннонеустойчивая модель разрушения, которая основывается на современных представлениях разрушения твердых тел. Согласно этой схеме или модели ИФЗ, которая исключает роль воды, дилатансия способствует развитию хаосообразно распространенных в породах старых трещин и появлению новых (рис. 1.57а). Когда число трещин достигает определенной величины, их взаимосвязь существенно осложняется. Крупная трещина препятствует росту малых трещин, если они расположены на определенной стороне от него, и, наоборот, быстро развиваются те малые трещины, которые расположены по траектории роста крупной трещины.
Нa последней стадии пот процесс принимает лавинообразный характер, образуя огромную магистральную (главную) трещину, внезапный разрыв противоположных бортов которой и становится причиной землетрясения. В дальнейшем, варианты этой модели разрушения, которую в отличие от первой "влажной модели” называют также "сухой моделью'', были предложены Б. Брейди, К. Моги и В. Стюарт.
Основанием для разработки обеих моделей служили не только теоретические предпосылки механики разрушения твердых тел, но и исследования по измерению напряжений вблизи области очага и модельные испытания образцов горных пород в лабораторных условиях, близких к реальным условиям в Земле. Иллюстрация модели дилатансии, полученная экспериментально на гранитных образцах под действием всесторонних сжимающих напряжений, заимствованная из, показана на рис. 1.57б. Теперь рассмотрим те физические явления и данные наблюдений, которые используются для стратегии предсказания землетрясений.
Статистический прогноз. Самым старейшим и обычным способом предсказания землетрясений является статистический, основанный на анализе исторических сейсмологических событий данной территории. Принимая, что сейсмическая активность данной территории со временем имеет статистически неменяющийся характер, мы можем по числу, силе, повторяемости прошлых землетрясений оценить вероятность времени возникновения будущих землетрясений, их мощи и масштабов последствий. Этот метод предсказания наиболее эффективен для тех стран и территорий, которые располагают содержательными историческими сведениями о прошлых землетрясениях за довольно длительный период (сотни лет) времени. Te страны, у которых отсутствуют такие сведения или они очень скудны, часто пользуются методами современной палеосейсмологии (заложение шурфов поперек разлома и изучение расположение вскрытых слоев) для выявления неотмеченных историками сильных землетрясений или для уточнения интенсивности и магнитуды известных прошлых землетрясений. В частности, такой положительный опыт имеется для территории Калифорнии, где этим методом установлено, что в течение последних 1200 лет здесь произошло восемь крупных землетрясений со средним интервалом между ними 140 лет.
Несмотря на то, что статистический метод не дает возможности предсказать конкретное место и конкретное время землетрясения, он имеет огромное значение для оценки уровня сейсмического воздействия на существующие и вновь проектируемые здания и сооружения в течение срока (50-100) их эксплуатации.
Действительно, карты сейсмического районирования (рис. 1.14), используемые в нормах сейсмостойкого строительства всех сейсмоактивных стран, составлены н основном на принципах статистического прогноза землетрясений. Изучение результатов статистического анализа прошлых землетрясений дает возможность также выделить у активных разломов так называемые зоны “сейсмического затишья”, которые в действительности являются наиболее вероятными “кандидатами” мест будущих землетрясений.
Тектоническое прогнозирования, которое последует статистическому, в первую очередь преследует цель - оценки величины магнитуды будущего землетрясения по накопленным деформациям (подвижкам) и напряжениям в окрестностях разломов разной степени активности. Так, согласно нормам сейсмостойкого строительства США, активные разломы на территории США по сейсмической опасности разделяются на три типа - А, В, С с максимальной скоростью подвижки по разлому 5 и более мм/год и ожидаемым магнитудами 7 и более (тип А), и минимальной скоростью подвижки по разлому менее 2 мм/год, и ожидаемой магнитудой меньше чем 6.5 (тип С). В зависимости от типа активного разлома и расстояния от него сейсмическая опасность строительной площадки (воздействия на сооружения) может увеличиться от 1.2 до 2 раз.
Предвестники землетрясения. Как сказано выше, статистические и тектонические прогнозы не дают ответа на главный вопрос прогнозирования - времени, места и силы землетрясения. Ответ на эти вопросы может дать только физическое или детерминистическое прогнозирования. Как было отмечено выше, процесс “подготовки” землетрясения сопровождается изменениями параметров ряда физических полей. Te физические параметры Земли, величины которых регулярно изменяются перед землетрясениям, называются предвестниками землетрясения, а сами отклонения от нормальных значений -аномалиями. Современные технические возможности измерения параметров физических полей Земли дают возможность с определенной точностью зафиксировать эти аномалии, и в целом вселяют надежду на установление надежной корреляции между величинами аномалий и ожидаемым землетрясением. Кратко рассмотрим принимаемые в настоящее время для предсказания землетрясения физические предвестники.
Сейсмическая активность. Распределение и число регистрированных слабых землетрясений разной магнитуды на данной территории может служить как характеристикой общей сейсмической опасности территории, так и индикатором приближающегося сильного землетрясения. Для такого прогноза необходимо иметь густую сеть сейсмических наблюдений, оснащенную высокочувствительными сейсмографами.
Форшоки. Один из наиболее падежных признаков для предсказания сильного землетрясения считается предварительная регистрация слабых сейсмических толчков - форшоков на данной территории. Физическая природа форшоков все еще не ясна, хотя, в принципе согласно вышеописанным теориям разрушения неоднородной хрупкой среды с множеством мелких трещин такая возможность не может быть исключена. По данным К. Моги, из 1500 землетрясений с магнитудой 4 и более, которые происходили на территории Японии, только в 60 случаях основным толчкам предшествовали форшоки, с интервалом времени между ними от нескольких минут до сотен дней. Кстати, разрушительному Спитакскому землетрясению 7 декабря 1988 года в 11 часов 41 мин. по местному времени в Армении тоже предшествовал форшок 6 декабря в 19 часов 27 мин. Ho, к сожалению, его не приняли за предвестник для прогноза основного толчка и принятия соответствующих мер по безопасности населения. Разделение любого сейсмического события на форшок и основной толчок очень сложный и неопределенный процесс, поэтому предсказание по такому предвестнику не имеет большой достоверности. Видимо, не без основания Ч. Рихтер отмечает, что “форшоки редко позволяют предсказать сильные землетрясения, так как форшоки ничем не отличаются от обычных слабых толчков”. По мнению же KKacaxapa и других, большинству землетрясений, если не всем, предшествуют форшоки. И все же, после любого несильного толчка всегда следует проявлять некоторую озабоченность в смысле последования сильного толчка, особенно на тех территориях, которые длительное время были сейсмически неактивными.
Предсейсмические движения поверхности Земли. Использование этого предвестника для целей предсказания землетрясения связано с организацией систематических геодезических съемок с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли. Эти съемки дают возможность выявить места крупных деформационных изменений земной коры, которые, как уже неоднократно было отмечено, предшествуют сильным землетрясениям. Наиболее надежным предвестником приближающегося землетрясения считается изменение направленности движения, когда подъем поверхности земли сменяется ее опусканием (землетрясения в Ниигата 12.06.1964 г., Ташкент 25.04.1966 г., Сан-Фернандо 9.02.1971 г.). По данным Т. Рикитаки, перед отдельными землетрясениями на территории Японии имел место аномальный морской отлив, из-за локального поднятия земной поверхности относительно уровня моря. В настоящее время такие съемки осуществляются также с помощью искусственных спутников Земли и с использованием лазерных источников света. Очевидно, что влияние этого предвестника потребует внедрения больших финансово-материальных средств и длительных наблюдений, которые не по силам многим сейсмоактивным странам.
Наклоны земной поверхности. Аномалии пою предвестника фиксируются непрерывными наблюдениями с помощью специальных приборов - наклономеров. Они обычно устанавливаются около активных разломов в специальных подземных сооружениях с определенной базой. Большое распространение, в частности, в Японии, получили водотрубные наклономеры длиной в несколько десятков метров, а также скважинные наклономеры с базой от 10 до 100 см. В Гарнийской геофизической обсерватории в Армении установлена автоматическая сейсмонаклоно-мерная станция АСНС. Выявление этого предвестника также связано с установкой большого числа приборов и длительными непрерывными наблюдениями.
Предельная деформация пород. Систематически измеренные данные о величинах деформации горных пород имеют важное значение для прогноза землетрясения. Для этого бурят скважины и устанавливают в них высокочувствительные деформографы, фиксирующие относительные смещения двух точек среды. В Гарнийской геофизической обсерватории установлены два штанговых деформографа с базисом 47 и 43 м. Как было отмечено выше, горные породы разрушаются при относительной сдвиговой деформации порядка 10в-4. При достижении показаний деформографов к этой величине следует ожидать приближения землетрясения.
Уровень воды в колодцах и скважинах. Наблюдения показывают, что уровень грунтовых вод перед землетрясением поднимается или понижается. Это явление особенно ощутимо должна выражаться в эпицентральной зоне, где механическое напряженное состояние горных пород перед землетрясением существенно изменяется. Фиксация стабильных отклонений от обычных уровней воды может служить предвестником ожидаемого землетрясения. Такой предвестник наблюдался перед землетрясением в Канто (9.05.1974 г.) и в Пржевальском (июнь 1970 г.), перед рядом землетрясений на территории Китая.
На поверхности Земли имеется огромное количество колодцев и скважин для других технических задач. По мнению ряда специалистов, организация телеметрических наблюдений по изменениям уровня воды в них и системная компьютерная обработка данных могут стать мощным средством для обнаружения этого предвестника землетрясений.
Изменение химического состава и температуры подземных вод. Наряду с изменением уровня подземных вод перед землетрясением обнаружено также изменение их температуры и химического состава; изменения дебита источников. Воды в скважинах мутнеют, изменяется их химический состав и особенно содержание радиоактивного газа -радона. Этот предвестник наиболее ярко проявился перед Ташкентским землетрясением 1966г. и при его афтершоках. В дальнейшем этот предвестник был обнаружен при землетрясении в Идзу-Осима-кинкай в 1978 года и Японии. Наряду с чтим на территории Калифорнии в 1981 году, несмотря на существенное возрастание концентрации радона и некоторых скважинах, землетрясения не произошло.
Изменение магнитного и электрического полей Земли. Перед некоторыми землетрясениями обнаружены изменения геомагнитного поля Земли, геоэлектрических токов и электропроводности горных пород. Сообщались даже сведения, что якобы перед землетрясением обычный магнит теряет свою способность притягивать (землетрясение 1855 г. в Токио; за два часа перед землетрясением падение железных предметов, притянутых к подковообразному магниту размером около 1 м, служившему в качестве рекламы у магазина по оптике, что конечно мало вероятно, так как геомагнитное поле Земли гораздо слабее, чем создаваемое магнитом, следовательно, причина падения железных предметов надо искать в другом). Заметные изменения геомагнитного поля как предвестника землетрясений обнаружены при землетрясениях в Мацусиро (1965-1967), Акита (1970), афтершоках землетрясения в Изду-Осима-кинкай (1978), Холлистере (1974), в районах Гарма и Ташкента, Зангезурского землетрясения (Армения) 1968 года. В конце XIX и первой половины XX веков было обнаружено большое количество случаев заметного изменения геомагнитного поля (нормальная напряженность около 0.5 гаус) в связи с землетрясениями. В 1960 годах в связи с применением усовершенствованного высокочувствительного протонного магнитометра уровень этих отклонений существенно снизился до нескольких гамм (1 гамм γ=10в-5 Гc). Поэтому к результатам ранних наблюдений стали относиться скептически. Изменение геоэлектрических потоков наблюдалось при афтершоках землетрясений в Тоттори и Фукуи. В Гармской области Таджикистана обнаружено изменение (падение) электрического сопротивления горных пород, которое интерпретировалось как следствие поступления воды в трещины пород и тем самым подтверждающее принципы дилатантно-диффузионной модели разрушения горных пород. По мнению многих специалистов, из-за сложности строения недр флуктуации магнитных и электрических полей Земли могут быть соизмеримы с их нормальными аномалиями независимо от землетрясения, поэтому затруднительно их принимать как предвестники надвигающегося землетрясения.
Изменения отношений скоростей распространения сейсмических волн. Экспериментальные исследования показывают, что при приложении к образцу горной породы внешние силы скорости распространения в ней упругих продольных и поперечных волн vp и vs меняются. Значения vp и vs меняются также в зависимости от влажности и водонасыщенности образцов. Другими словами, скорости vp и vs в земной коре могут меняться с изменением в ней уровня механических напряжений. Если это так, и так как в процессе подготовки землетрясения в породах очаговой зоны происходит активное нарастание напряжений и проникновение воды в поры пород (“мокрая” дилатансия), то в принципе степень имtнения величин скоростей сейсмических волн vp и vs перед землетрясением могут служить предвестником будущего землетрясения. Эти соображения японские специалисты высказали еще в 40-х годах прошлого столетия. Ho впервые об этом предвестнике достоверные сведения получили советские специалисты в 1960 годах, на основе сейсмологических исследований на территории Таджикистана. При этом в качестве предвестника принимается не изменение абсолютных величин vp и vs а изменение их отношения, т.е. vp/vs. По сейсмограммам сотни слабых землетрясений были вычислены отношения vp/vs. Их статистическая обработка показала, что перед сильным толчком (до 2-3 месяцев) они подвергаются значительным изменениям в пределах 10-15%. Заметим, что такое изменение vp/vs должно быть вызвано существенным изменением — до 30% упругих свойств пород. Причем землетрясение наступает, когда отношение vp/vs снова возвращается к номинальной (обычной) величине 1.73 (от нескольких дней до месяцев), как это показано на рис. 1,58. Продолжительность аномалии (отклонения от 1.73) зависит от силы прогнозируемого землетрясения, но се величина не зависит от силы землетрясения. При этом, изменение отношения vp/vs происходит в основном за счет изменения vp.
В 1960-1980 годах с этим предвестником прогнозирования связали большие надежды. И так как отношения vp/vs можно определить не только по сейсмограмме слабого землетрясения, но и при помощи обработки сейсмограммам немощных, специально организованных взрывов на прогнозируемой территории, этому методу уделялось большое внимание в смысле его практического воплощения. Однако выяснилось, что относительно этого предвестника среди специалистов имеются большие разногласия. Оказалось, что не всегда перед землетрясениями с магнитудой М=4/5 отношения vp/vs подвергаются изменению. Такие изменения vp/vs не обнаружены также при обработке сотни сейсмограмм, полученных в течение 10 лет во время взрывных работ на рудниках в центральной Калифорнии. Поэтому многие американские сейсмолога считают, что этот предвестник не приемлем для территории Калифорнии, где землетрясения в основном имеют сдвиговый характер в отличие от землетрясений на территории Таджикистана, где землетрясения имеют взбросовый (сбросовый) характер.
Прогнозирование землетрясений

Кроме того, некоторые исследования показывают, что значительные изменение отношения vp/vs обнаруживаются в породах в перпендикулярном к трещине направлении, чем в параллельном к трещине направлении (рис. 1,57б). Поэтому сейсмические волны, генерированные из глубин Земли при реальных землетрясениях, более чувствительны относительно пути их распространения со множеством трещин, чем генерированные из приповерхностных слоев Земли во время подземных взрывов.
С другой стороны, этот предвестник хорошо обнаруживался во время многих землетрясений на территориях бывшего СССР, США и Японии, в том числе при очень сильном (М=7.4) Ниигатском землетрясении 1964 года. Таким образом, несмотря на более или менее физическую обоснованность, практическое применение предвестника отношения vp/vs, связанное со множеством неопределенностей аналогично другим предвестникам, тоже не обеспечивает должную надежность прогноза.
И еще одно важное замечание по применению этого предвестника. Чтобы измерения vp/vs при специальных взрывах имели практическое значение для прогноза, необходимо выяснить, где для данного региона следует их систематически произвести (на одном и том же месте) и с каким интервалом времени в течение скольких лет, так как землетрясения могут повторяться с 20, 50 или 100-летними интервалами. А это непомерно большие финансовые и материальные затраты сейсмоактивных стран с большими сейсмоопасными территориями.
Биологические предвестники. В течение сотни лет постоянно поступают сообщения о необычных поведениях животных (коты, собаки, крупнорогатый скот, домашние животные, рыбы, змеи, лягушки, пчелы и др.) перед землетрясениями. Ho в дальнейшем часто выясняется, что эти изменения в поведении животных происходят после землетрясения, а не до него. Причем не всегда удается выяснить поведение животных (не важно до или после) на самом деле связано с землетрясением или это связано с изменением погоды, качеством принятой пиши или общего состояния здоровья животных. Другая неопределенность заключается в том, что часто такие сведения поступают через вторых и третьих лиц, после неоднократных “редактирований” и не внушают доверия сами содержания сообщений. В принципе возможно, что в отличие от человека некоторые животные способны реагировать на изменения электромагнитного поля Земли и очень слабые низкочастотные колебания почвы перед землетрясением. По этим вопросам в последние годы в разных странах проводятся интересные экспериментальные исследования (особенно по поведениям рыб). Ho в действительности, как воспользоваться этим предвестником для предсказания землетрясения пока остается неопределенным.
Необычная погода, радуга и таинственное излучение. В странах с частыми землетрясениями, особенно в Японии, распространено мнение, якобы перед сильным землетрясением происходит необычная перемена погоды, становится душно, воздух наполняется необычным черным дымом и гряд ом облаков, появляется трех цветная радуга и необычайное цветное освежение небосклона. По мнению большинства ученых сейсмологов, все эти явления, связанные с изменением погоды и другими атмосферными явлениями перед землетрясением, являются легендами и просто вымыслами и что по ним нельзя прогнозировать землетрясение.
Суеверия. Наряду с вышеизложенными реальными физическими предвестниками часто выдвигаются отдельные легенды и предрассудки, не имеющие ничего общего с наукой и реальностью. Люди во все времена боялись землетрясений» и естественно» что в далеком прошлом они старались их объяснить какими-то сверхъестественными силами. Ho, к сожалению, и в настоящее время, в стадии бурного развития науки» еще появляются люди и даже "образованные” личности, которые считают, что они обладают особым даром предвидения и могут предсказать землетрясения. Когда эти “предсказания” иногда случайно совпадают с каким-либо реальным землетрясением (обычно слабым, вероятность которых на сейсмоактивных регионах очень большая) они, воодушевленные этим “предсказанием”, начинают с еще большим упорством настаивать на свою “с верх способность” и объявляют о новых прогнозах. Ясно, что такие предсказания не имеют никакого отношения к реальным причинам и временам возникновения землетрясений и могут только ввести в заблуждение легковерных. Об одном таком Непальском лжепророке недавно сообщала газета “The Times”. Некий бывший строитель Чадхари, провозгласив себя “святым”, распространил среди населения несколько тысяч брошюр, в которых утверждал, что 22 июня 2007 года в 6 часов 15 минут в Южной Азии начнется сильное землетрясение» которое продлится до 10 июля и унесет жизни 300 тысяч человек. Предсказание “святого” привело к панике среди большой части населения Непала. Поэтому после того, как за весь день начала предреченной катастрофы не случилось ни малейшего толчка, разозленные местные жители ворвались в дом Чадхари, избили его и потребовали наказать шарлатана. Полиции пришлось арестовать шарлатана за нарушение общественного спокойствия.
Спусковой механизм. Так как землетрясение результат внезапного вспарывания сильно деформированной среды, из-за медленных движений плит (блоков) возникает естественный вопрос: существуют ли другие физические явления, которые могут дополнительно влиять на процесс деформирования и таким образом ускорить наступление момента разрушения пород. В таких случаях говорят о существовании некоторого спускового механизма землетрясения. Самым наглядным примером спускового механизма является заполнение водохранилищ, вследствие чего происходит внезапное изменение напряжений в породах. Имеются много случаев, когда возникновение землетрясений было связано с заполнением искусственных водохранилищ высотой более 100 м: Koйнa в Индии, 10.XII.1967, М=6.4, Кремаста в Греции, 5.II.1965, М=6,2, Синфын в Китае, 19.III.1962, М=6.1 и др. Известны также случаи, когда землетрясения возникали после закачки или откачки воды в глубокую скважину.
Форшок землетрясения, о котором шла речь выше, фактически можно считать спусковым механизмом для главного толчка. В принципе не исключена возможность, что землетрясение в данном месте может служить “спусковым механизмом” для землетрясения в другом не очень удаленном месте.
Большое распространение получило мнение, что в качестве спускового механизма могут служить атмосферные явления» в частности, обусловленные гравитационными притяжениями Луны и Солнца (земными упругими приливными воздействиями), когда кора Земли, как твердого тела, подвергается неравномерным (локальным) деформациям. Напряжения и деформации в земной коре, вызванные гравитационным притяжением Луны и Солнца, достигают своих наибольших величин, когда Солнце, Луна и Земля выстраиваются на одной прямой - в дни новолуния и полнолуния. Эти дни даже получили название “сейсмические окна” Именно в эти дни вероятность происхождения землетрясения наибольшая,
Несмотря на то, что относительное расположение Солнца, Луны и Земли, как спускового механизма землетрясения, выглядит правдоподобным и имеет много сторонников во многих странах (в том числе в Армении), по данным исследователей Геологической службы США, между временами происхождения сотни прошлых землетрясений на территории Калифорнии и временами выстраивания Солнца, Луны и Земли хорошел корреляции не наблюдается. Как показывают расчеты, влияние расположения других планет на увеличение напряжений и деформаций в земной коре значительно меньше, чем Солнца и Луны. Поэтому не случайно, что во время последнего так называемого “парада планет” в 1981-1982 годах, когда Венера, Марс, Сатурн, Юпитер, Земля и Солнце оказались почти на одной прямой (один раз в 180 лет), на Земле не наблюдались признаки увеличения сейсмической активности.
Могут ли подземные ядерные взрывы провоцировать землетрясения. Этот вопрос заинтересовал многих, особенно граждан Армении после Спитакского землетрясения 7 декабря 1988 года, когда стало известно, что за 3 дня до землетрясения на острове Новая Земля был осуществлен мощный ядерный подземный взрыв. По наблюдениям сейсмологов за последние 30-40 лет, когда были произведены интенсивные ядерные подземные взрывы, на Земле не наблюдалось какого-то общего повышения сейсмической активности. Если подземные ядерные взрывы осуществляются на сейсмоактивных территориях, то провоцирование местных землетрясений будет иметь большую вероятность. В частности, в штате Невада (США) в 1968 году после подземного ядерного взрыва с магнитудой 6.3 на территории с площадью 10x10 km2 были зарегистрированы слабые землетрясения — афтершоки с магнитудой не более 5. Естественно, что чем глубже место установки заряда и его мощность, тем такой взрыв имеет большие шансы провоцировать землетрясение на близлежащих территориях. При ядерных взрывах только очень незначительная часть (1-5%) всей энергии распространяется в виде сейсмических волн (основная часть энергии превращается в тепловую, распространяющуюся на территории с радиусом в несколько десятков метров), которые на расстоянии 1000 км (Спитак находится на расстоянии около 4000 км от Новой Земли) вызывают деформации грунта всего около 1 микрона, которые вряд ли могут стать причиной (провоцировать) непосредственно или ускорить время возникновения землетрясения на таком расстоянии.
Неудачный прогноз и его последствия. Естественно, число нереализованных прогнозов по сильным землетрясениям оказалось больше, чем удачных. Типичный пример неудачного прогнозирования имел место в 1981 г., когда два американских сейсмолога предсказали у берегов Перу и северной части Чили три очень крупных землетрясения с магнитудами 8.5, 9.4 и 9.9. Вполне можно представить необычайно тревожную реакцию со стороны общественности и сейсмологических научных кругов на такой прогноз, учитывая то обстоятельство, что максимальное, когда-либо зарегистрированное приборами землетрясение к этому моменту имело магнитуду не более 8.9, По поручению перуанского правительства группа из 12 американских специалистов после двухдневного совещания пришла к заключению о научной необоснованности этого прогноза. И действительно у берегов Перу и северной части Чили в 1981 году сильного землетрясения не было. Несмотря на значительные достижения китайских сейсмологов, не было прогнозировано катастрофического землетрясения на территории Китая в Таншане 27 июля 1976 года (М=7.8), при котором погибло около 650 тыс. человек. Причем оно произошло на том же миграционном “деформационном фронте” всего за 1.5 лет после самого удачно прогнозированного землетрясения 1975 года на территории северного Китая, на расстоянии 400 км от Таншаня в районе Хайчена. Неудачные прогнозы были также и в других странах, в частности в России, Китае, США, Японии.
В принципе, что даст обществу положительное решение задачи прогнозирования землетрясения. Оно не спасет нас от землетрясения. Землетрясение все же произойдет и станет причиной разрушения зданий и сооружений, средств жизнеобеспечения, историко-культурных памятников. Даже при самом удачном предсказании место эпицентра землетрясения можно указать лишь с точностью до десятка километров, время — от нескольких дней до месяца и года, силу — магнитуду — в пределах 1-2 единиц, возникнут много вопросов, имеющих неоднозначные ответы относительно главного защитного мероприятия — эвакуации населения. Если предсказанный эпицентр находится около крупного густонаселенного центра, возникнет масса неурядиц: на сколько времени эвакуировать людей, приостановить промышленное производство, транспортные средства, социальные и медицинские услуги, приостановить миграцию людей. Кто будет возмещать убытки и компенсации в случае несбывшегося прогноза? Будут ли оправданы экономические потери только тем, что землетрясение могло произойти? Прозвучат призывы, направленные на привлечение к ответственности специалистов, сделавших неудачный прогноз. Мероприятия по защите от прогнозируемого землетрясения станут причиной больших политических, экологических, социальных, финансовых и психологических потрясений общества.
В этой связи, нам кажется, не мешало бы вспомнить известное мнение Ч. Рихтера о проблеме предсказания землетрясений: "Mнe не нравится этот патологический интерес к прогнозу: Он отвлекает нас от уже известного риска и от уже известных мер, которые следует предпринять для устранения этого риска. Мы знаем, где находятся места, которым угрожает опасность и какие постройки в этих местах ненадежны".
Таким образом, обобщая все вышеизложенное, можно констатировать, что землетрясение настолько сложное природное физическое явление, связанное с нерегулярными тектоническими движениями литосферных плит, прочностными и деформационными характеристиками пород земной коры и их водонасыщенности, непрерывными физикохимическими процессами, происходящими внутри Земли, с его сложными вращательными движениями и взаимодействием с другими космическими объектами и десятками других факторов, которые сильно отличаются друг от друга в разных сейсмоактивных регионах. В свете чего, уровень корреляции с каким-либо из предшествующих явлений, которое было бы достаточным для надежного прогноза землетрясения, должна быть очень низкая. В настоящее время просто отсутствует запас надежных данных какого-либо явления перед землетрясением, который позволил бы осуществить надежный прогноз. Пройдут долгие года, произойдет множество землетрясений, прежде чем эта цель будет достигнута. И все же, отступая перед этим грозным явлением природы, согласимся с мнением известных американских ученых Дж. Гира и Х. Шаха о том, что “мы с уверенностью можем предсказать, что большинство будущих землетрясений предсказаны не будут”.
Об активном воздействии на землетрясение. Как выяснилось выше, надежное прогнозирование землетрясений пока остается нерешенным. Наряду с этим в научных кругах нередко обсуждается еще более смелая идея - как предотвратить землетрясения. Речь в первую очередь, конечно, идет о предотвращении разрушительного землетрясения. Ставится вполне логичный вопрос: раз энергия землетрясения накапливается за очень длительный период времени, то почему же не постараться добиться ее постепенного освобождения. Несмотря на то, что такую постановку задачи многие ведущие ученые считают сомнительной (о невозможности компенсации энергии сильного землетрясения малыми порциями мы уже отмечали в 1.17), она все же рассматривалась неоднократно. Любопытно отметить, что идея предотвращения возникла от противоположного явления: оказалась, что путем закачки огромного количества воды в глубину земли можно провоцировать землетрясения умеренной силы. Это произошло в 1962 году вблизи Денвера (США -глубина скважины 3800 м), в Мацусиро (Япония - глубина скважины 1800 м), Аналогичное явление, как мы уже видели, имели место при заполнении искусственных водохранилищ. Все это позволяет предполагать, что можно управлять землетрясениям путем закачки и откачки воды.
По программе по уменьшению сейсмической опасности (EHRP-США) цели управления землетрясениями заключались в следующем:
- определение возможности ограничения магнитуды землетрясения на активных разломах,
- специальное проектирование мест подземного сброса отходов и расположение резервуаров с целью предотвратить случайное возбуждение землетрясений.
Практически наиболее вероятным оказался вариант создания на поверхности земли, где в породах обнаружены напряжения соответствующей величины, т.е. где имеются реальные признаки подготовки землетрясения, специального экспериментального разрыва длиной в несколько десятков метров для откачки и закачки воды. По мнению авторов программы, здесь потребуется большая осторожность, чтобы искусственно не возбудить сильное землетрясение.
Более радикальный способ высвобождения энергии считалось применение ядерных взрывов. В этом случае вероятность ускорения времени подготовляющегося землетрясения очень большая, но и защита от него тоже сильно облегчается» ибо время возникновения искусственно возбужденного землетрясения зависит от времени производства ядерного взрыва (до этого все население можно эвакуировать). Здесь самый неразрешимый вопрос - защита от радиоактивных отходов, которые могут выделиться из-под земли. Поэтому управление землетрясением путем закачки воды считается более реальной, чем с помощью ядерных взрывов. Все эти аспекты искусственного управления землетрясением были выдвинуты более 30-40 лет назад. Судя по научной литературе и по сообщениям средств массовой информации за эти годы в этом направлении новых предложении и реальных результатов пока нет.