Батыр Каррыев. Катастрофы в природе: землетрясения

Книга о землетрясениях и связанных с ними явлениях природы. Рассказывается о том, почему происходят землетрясения. Приводятся малоизвестные сведения о сейсмических катастрофах прошлого и настоящего. О достижениях сейсмологии и о той роли, которую землетрясения играли и играют в истории человечества.

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

 

 

 

 

 

Предисловие

Рок кружит по земле, вновь посещая те места, где давно не был. Некоторые он тревожит чаще, некоторые – реже, но ни одного не оставляет невредимым и безопасным навсегда.
Луций Анней СенекаОколо 4 года до н.э. – 65 н.э.

Мир вокруг нас меняется очень быстро, и уже нет большинства угроз осложнявших жизнь наших предков. С приобретением способности строить жилища и образованием городов дикая природа перестала угрожать человеческой популяции. Однако стены и каменные своды, хорошо спасавшие от непогоды и холода, оказались неспособными противостоять другой природной угрозе – подземным ударам.
Потребовалось многие сотни лет для изобретения способов постройки устойчивых к землетрясениям зданий, однако и в наше время люди продолжают гибнуть под их обломками. Казалось бы, техника и технологии достигли уровня не мыслимого еще сто лет назад.
Мы знаем о природе вещей и силах движущих мирозданье в тысячи раз больше, чем все ученые древности вместе взятые. Тем не менее, наблюдается тревожная тенденция – потери и жертвы стихийных бедствий не уменьшаются, а растут от года к году.
Почему это происходит? Какие факторы влияют на степень защищенности людей и, что необходимо предпринять для уменьшения потерь от стихийных бедствий? Это те вопросы, на которые ищут ответ ученые, и которые все чаще задают себе люди во всём мире.
Способ преодоления всех проблем – применить знание и выбрать верную стратегию их решения. Однако всегда ли достаточно для этого умения, терпения и средств? Важно и то, способно ли то или иное сообщество осознать угрозу и использовать необходимые ресурсы для защиты людей от неё?
Современный мир не только разнолик, он всё ещё различается по уровню знаний, богатства и способам их использования. Одни сообщества с успехом решают вопросы обеспечения безопасности своих членов, в других защита от стихии находится на уровне каменного века.
Начало XXI века принесло ужасающие для цивилизованных государств цифры смертей от стихийных бедствий. Свыше тысячи в США от урагана, десятки тысяч в Иране и Пакистане от землетрясений, сотни тысяч в Юго-Восточной Азии и на Гаити от землетрясений и цунами. Почти не остается сомнений в том, что при сохранении нынешних темпов роста населения и существующей системе предупреждения последствий стихийных бедствий жертвы будут расти.
Об этом, в частности говорится в Докладе генерального секретаря ООН (2015): «Спустя 25 лет после провозглашения Международного десятилетия по уменьшению опасности стихийных бедствий и спустя 10 лет после одобрения документа „Хиогская рамочная программа действий на 2005—2015 годы: создание потенциала противодействия бедствиям на уровне государств и общин“ Генеральной Ассамблеей глобальный риск бедствий по-прежнему нарастает быстрее, чем сокращается. Экономические потери достигли уровня, составляющего в среднем от 250 до 300 млрд. долл. США в год, что оказывает крайне негативное воздействие на стабильный экономический рост в странах с низким и среднем уровнем дохода и подрывает достижения в области развития в уязвимых общинах».
В 2001 году на нашей планете от землетрясений погибло 21436 человек. Сильные землетрясения происходили 65 раз. Было зарегистрировано 82 толчка с магнитудой 6,5 и выше по шкале Рихтера. В 2002—2003 годах повторились землетрясения в Афганистане, Иране и Турции. В иранском городе Бам под развалинами собственных жилищ в 2003 году погибло около сорока тысяч человек, а ущерб составил около миллиарда долларов США.
В 2004 году землетрясение и мегацунами в Юго-восточной Азии принесло смерть более чем двумстам тысячам человек. В 2005 году десятки тысяч человек погибли от землетрясения в Пакистане. В 2008 году землетрясение в Китае унесло жизни пятидесяти тысяч человек. В 2009 году по данным ООН, за последние десять лет было зарегистрировано 3800 стихийных бедствий, в результате которых погибло около 780 тысяч человек, причем 60% всех жертв пришлись на землетрясения.
По данным ООН свыше 89% жертв природных катаклизмов за последние двадцать лет пришлись на страны с низким доходом на душу населения. В первую очередь это связано с качеством управления не позволяющее им в полной мере использовать достижения современной науки и техники для обеспечения безопасности своих граждан. Однако неприемлемые жертвы от стихии несут и государства с передовой экономикой. Это связано со следующим.
На протяжении большей части своей истории люди жили в сельской местности, и вело аграрный образ жизни. Сегодня человечество вступило в период стремительной урбанизации. На месте небольших поселений выросли мегагорода там, где происходили, происходят, и будут происходить сильные землетрясения.
Усложнение городской инфраструктуры, быстрое перемещение людей между городами и странами, всё большая потребность в источниках энергии и т. д. принципиально отличают современное время от прошлых веков. Несмотря на большую защищённость людей стихия начинает угрожать всё большему числу людей на планете. Ещё сто лет назад мировое население составляло около 1,5 миллиардов человек, к 2015 году оно превысило 7,3 миллиарда и обеспечить равные экономические условия жизни для всех, как и равную защищённость от стихии становится всё сложнее.
Тем не менее, безопасное проживание вполне достижимо, поскольку наука о землетрясениях достигла того уровня, когда ее результаты могут быть применены на практике. Поиск предвестников землетрясений и создание систем их прогноза становится уже не просто актуальной, а жизненно необходимой задачей в густонаселенных регионах и там, где сосредотачивается сегодня потенциал высоких технологий, промышленного и компьютерного производства.
Человеческая цивилизация находится между Сциллой и Харибдой – необходимостью и достаточностью. Они двигают наш мир по пути прогресса, меняя одни угрозы и опасности на другие.
Жизнь с землетрясениями требует нахождения приемлемой черты между затратами на безопасность и риском потерь от них. Борьба с подземной угрозой пока еще не стала общемировой задачей, но уже сейчас можно выделить места, где существуют неприемлемые для всего человечества риски потерь от неё.
Вопросам исследования сейсмической активности планеты, методам противостояния землетрясений и их роли в судьбах людей посвящена эта книга. Она будет полезна всем тем, кто интересуется исследованиями в области наук о Земле.

Батыр КаррыевПрофессор, доктор физико-математических наукe-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. https://sites.google.com/site/seismkantiana

 

 

 

 

 

Что такое землетрясение?

Ради подтверждения моего мнения я мог бы злоупотребить авторитетом многих мужей, которые сообщают, что в Египте никогда не бывало землетрясений. Объясняют же они это тем, что Египет будто бы весь образовался из ила… Однако и в Египте бывают землетрясения, и на Делосе, хоть Вергилий и повелел ему стоять неподвижно…
Луций Анней СенекаОколо 4 года до н.э. – 65 н.э.

Землетрясения представляют собой подземные толчки и колебания земной поверхности. Наиболее опасные из них возникают из-за тектонических смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии Земли. Колебания от них в виде упругих – сейсмических волн передаются на огромные расстояния, а вблизи от очагов землетрясений они становятся причиной разрушения зданий и гибели людей.
Землетрясения и связанные с ними явления изучает специальная наука – сейсмология, которая ведет исследования по следующим основным направлениям.
1. Изучение природы землетрясений, иными словами, ищет ответ на вопрос: почему, как и где они происходят.
2. Применение знаний о землетрясениях для защиты от них путем прогноза возможных в том или ином месте сейсмических ударов в целях строительства стойких к их воздействию конструкций и сооружений.
3. Изучение строения земных недр и разведка месторождений полезных ископаемых с использованием сейсмических волн от землетрясений и искусственных сейсмических источников.
Сейсмология исследует все явления так или иначе связанные с возникновением землетрясений. Поэтому изучение природы подземных ударов происходит на стыке многих наук – геологии, геофизики, физики, химии, биологии, истории и других.
Благодаря сейсмологии раскрыта тайна строения Земли и установлены главные границы раздела в её недрах – кора, мантия и ядро. Выяснено, что помимо данных об источнике – очагах землетрясений, сейсмические волны несут информацию о среде, через которую они распространяются. Методы сейсмологии используются для исследования строения Луны и Марса.
Сейсмология позволила понять природу землетрясений, разработать новые технологии строительства стойких к подземным ударам сооружений и многое другое. Однако первые шаги этой науки не были легкими. Потребовалось более ста лет, чтобы связать природу землетрясений с возбуждаемыми ими сейсмическими волнами и около пятидесяти лет для получения общего представления о внутреннем устройстве Земли и характере распространения в её недрах сейсмических волн.
В XVIII веке Джон Мичелл первым предположил, что землетрясения вызываются прохождением через земную кору упругих волн. Его идея опередила время, подготовив почву для восприятия происходящих в земных недрах процессов на основе опыта. Пытаясь объяснить землетрясения в терминах ньютоновской механики, он проанализировал показания очевидцев, и опубликовал в 1760 году книгу «Предположения о причинах возникновения землетрясений и наблюдения за этим феноменом».

Митчелл совершенно верно заключил, что землетрясения это «волны, вызванные движением пород, находящихся в милях под поверхностью земли». Однако его объяснение этих движений базировалось на неверном утверждении о взрывах пара, возникающих при столкновении подземных вод с подземными же пожарами. Митчелл также сделал абсолютно верный вывод о том, что, когда происходит движение пород под океаническим дном, возникает волна цунами и землетрясение.
Митчелл утверждал, что есть два типа волн, вызывающих землетрясения, и был недалек от истины. Первый из них «треморное» колебание внутри Земли, сопровождающееся волнообразными поднятиями на её поверхности. Из этого Митчелл сделал вывод, что скорость движения волны можно определить по времени ее прибытия к различным точкам на земной поверхности. Он стал первым ученым сделавшим подобный расчет, хотя и не знал о том, что скорость сейсмических волн варьируется в зависимости от типа горных пород, через которые они проходят.

По свидетельствам очевидцев Лиссабонского землетрясения 1755 года Митчел оценил скорость сейсмических волн в 1930 км/ч. Он также предположил, что местоположение центра землетрясения на поверхности земли (то, что сейчас называется эпицентром) можно определить путём сопоставления данных о времени прибытия колебаний в то или иное место. Этот метод стал основой современных способов определения эпицентра, хотя Митчелл использовал неверный приём для расчета эпицентра Лиссабонского землетрясения на основе свидетельств о направлении цунами.
Новый скачок в развитии сейсмологии произошел в середине XIX века благодаря Роберту Маллету. Он в течение двух десятилетий собирал данные об исторических землетрясениях и проводил натурные эксперименты. Маллет составил каталог мировой сейсмичности состоящий из 6831 землетрясении. По каждому из них приводились дата, местоположение, число толчков, возможное направление, продолжительности колебаний и их последствиях.
В 1858 году для изучения сильного землетрясения Маллет совершил путешествие в Неаполь. Он исследовал вызванные им разрушения и составил первую в мире изосейсмическую карту. Места со схожими разрушениями Маллет соединил линиями, и выделил зону где землетрясение проявилось с наибольшей силой. С некоторыми улучшениями этот метод используется и сегодня для картирования проявлений землетрясений на поверхности земли.
Маллет придавал большое значение направлению падения объектов и типам деформаций в зданиях. Он использовал их как индикаторы характера проявления землетрясения. На самом деле особенности деформации во многом обусловливается не только силой колебаний, но конструкцией здания. Тем не менее, карты Маллета позволяли находить эпицентры землетрясений и сравнивать масштабы разрушений.
Маллет для документирования разрушений использовал новую для своего времени технику фотографии. Доклад о своих исследованиях Маллет подготовил в двух томах для Королевского общества. В 1862 году он опубликовал статью «Великое Неаполитанское землетрясение 1857 года: основные законы наблюдательной сейсмологии».

Несмотря на революционное значение идей Маллета почти до конца XIX века торжествовало объяснение землетрясений подземными вулканическими взрывами. Оно было сделано Александром Гумбольдтом. Как и древнегреческий историк и географ Страбон Гумбольдт рассматривал вулканы как предохранительные клапаны Земли и «…в тех местах, где эти клапаны открыты, там напряжения вулканических сил слабее, нежели там где их нет».
Маллет опубликовал карты мировой сейсмической активности, впервые наглядно проиллюстрировавшие тот факт, что землетрясения концентрируются в опоясывающих Землю узких зонах. Объяснение этому факту было найдено только в ХХ веке.
Череда разрушительных землетрясений конца XIX и начала XX веков способствовала тому, что в странах Европы, России, США и Японии приступили к систематическим наблюдениям за землетрясениями. Были составлены первые каталоги инструментально зарегистрированных землетрясений, построены карты распределения их очагов. Это позволило установить связь между землетрясениями и трансформацией вещества на поверхности и внутри Земли. Стали понятны причины разрушения зданий, и появилась возможность не интуитивно, а на научной основе возводить инженерные сооружения в сейсмоопасных зонах.
В 1899 году немецкий геофизик, сейсмолог Эмиль Вихерт предположил, что фиксируемые на сейсмограмме продольные P и поперечные S сейсмические волны имеют глубинное происхождение. Иными словами связаны с источниками в недрах Земли. Прошло еще несколько лет, и эта точка зрения получила всеобщее признание. Стала понятна общая картина возбуждения и распространения сейсмических волн в недрах планеты.
В 1906 году Вихерт истолковал промежуточные группы волн на сейсмограмме как отраженные от земной поверхности, а англичанин Диксон Олдхэм (Олгрем) по характеру распространения S-волн предположил существование у планеты внутреннего ядра. Позже оно было подразделено на внешнее «жидкое» и внутреннее «твердое» ядро.
В 1907 году немецкий геофизик и сейсмолог Карл Цепприц доказал, что изучение амплитуд сейсмических волн позволяет судить о внутреннем строении Земли.
В 1909 году хорватский геофизик и сейсмолог Андрей Мохоровичич обнаружил границу между земной корой и лежащей под ней мантией.
В 1913 году прогресс в области геологических исследований и инструментальные сейсмические данные позволили американскому сейсмологу Бено Гуттенбергу сформулировать общее представление о внутреннем строении Земли.

Карта мировой сейсмичности Роберта Маллета, 1854 год.

В 1936 году датский геофизик, сейсмолог и преподаватель Королевского общества в Лондоне Инге Леманн по данным сейсмических станций Екатеринбург и Иркутск оборудованных сейсмографами Голицына установила существование у планеты внутреннего ядра. Но только спустя пятьдесят лет американскими и французскими учеными доказано, что твердое земное ядро состоит из железа и никеля, а его диаметр составляет 2,4 тысячи километров.
В 2005 году сейсмологи из США и Канады пришли к выводу, что ядро Земли вращается быстрее, чем ее мантия и кора, делая лишний оборот вокруг своей оси примерно раз в тысячу лет.
В 2013 году ученые из Австралийского национального университета обнаружили, что ядро нашей планеты, часто рассинхронизируется с остальными частями Земли и начинает вращаться с большей или меньшей скоростью.
Самый верхний слой земного шара получил название земной коры. Она подразделяется на два основных типа: материковый и океанический. Под земной корой расположена раскалённая мантия толщиной около трех тысяч километров.
В земной коре и мантии температура повышается с глубиной. Из мантии к дневной поверхности поднимается тепловой поток, в несколько тысяч раз меньший, чем поступает от Солнца. Здесь температура недостаточна для полного расплавления ее вещества. Под материками она достигает около 700 градусов по Цельсию.
Ниже мантии залегает земное ядро с радиусом в 3470 километров. В нём температура достигает астрономических величин – до пяти тысяч градусов по Цельсию, а вещество находится в расплавленном состоянии.
Из-за разных физических свойств материала, из которого состоит земной шар, с глубиной изменяются скорости распространения сейсмических волн. Изучение особенностей прохождения сейсмических волн вызванных землетрясениями и взрывами позволило получить представление о внутреннем строении Земли.

В сейсмологии многое взаимосвязано. Так, изучая места возникновения землетрясений, ученые выяснили внутреннее строение Земли, а затем то, что ее недра находятся в непрерывном движении. Изучение характера этих движений привело к пониманию процесса трансформации вещества внутри и на поверхности планеты. Это позволило построить модели для объяснения характера протекающих в её недрах физико-химических процессов. В свою очередь они привели к пониманию причин сейсмической активности планеты.
Сейсмология изучает землетрясения и их связь с процессами, происходящими внутри Земли. Методы и данные сейсмологии используются для исследования её внутреннего строения, производства оценок сейсмической опасности в том или ином месте, поиска месторождений полезных ископаемых.
Значительный вклад в сейсмологию внесли Д. Митчелл, Р. Маллет, Дж. Милн и Х. Джефрис (Великобритания), Б.Б.Голицын (Россия), Э. Вихерт и Б. Гуттенберг (Германия), К. Буллен (Австралия), Ф. Омори, А. Имамура и К. Вадати (Япония), А. Мохоровичич (Югославия), Б. Гутенберг, Ч. Рихтер (США), Ю. Ризниченко (СССР) и многие другие.

 

 

 

 

 

Землетрясения: Цифры и Факты

Самое сильное землетрясение XX века произошло в Чили в 1960 году с магнитудой 9.5 по шкале Канамори (по шкале Рихтера магнитуда 8,3).
Самое смертоносное землетрясение произошло 23 января 1556 года в Китае в провинции Шэньси. Считается, что оно унесло жизни около 830 тысяч человек.
Самое трагическое по последствиям землетрясение XX века произошло в Китае в 1976 году. Оно имело магнитуду 7,8 по шкале Рихтера и, по разным оценкам унесло жизни от 240 до 670 тысяч человек. Экономический ущерб определён в 6 миллиардов долларов США.
Самое трагическое по последствиям землетрясение на территории бывшего СССР произошло в 1948 году в районе Ашхабада (Туркменистан). Оно имело магнитуду 7,3 по шкале Рихтера, и унесло жизни около сорока тысяч человек.
Самое трагическое землетрясение на территории Российской Федерации произошло на Сахалине в поселке Нефтегорск в 1995 году. Оно унесло жизни 2068 человек.
Самое трагическое землетрясение начала XXI века произошло 26 декабря 2004 года в Юго-Восточной Азии. От него и последовавшего за ним цунами погибло около 232 тысячи человек. В их числе оказались несколько тысяч туристов из европейских стран. До него самым кровавым считалось цунами в Японии унесшее в 1896 году жизни 27 тысяч человек.
Самое сильное из вулканических землетрясений на памяти человека произошло в Индонезии при извержении вулкана Кракатау в 1883 году.
Самое сильное обвальное землетрясение произошло в 1974 году, когда со склона хребта Викунаек в Перуанских Андах в долину реки Мантаро с высоты почти двух километров обрушилось 1,5 миллиарда кубометров горной породы.
Самое сильное на памяти человека ударное землетрясение произошло 30 июня 1908 года от падения Тунгусского метеорита. Сейсмические колебания от его взрыва зарегистрировали сейсмографы Иркутска, Ташкента, Тбилиси и Йены.
Самое продолжительное землетрясение произошло в Средиземноморье (Южная Греция) в виде множества сейсмических толчков. Оно началось 29 июля 1870 года и закончилось в августе 1873 года. Произошло 86 тысяч толчков, из которых 300 вызвали разрушения.
Самая смертоносная в истории железнодорожная катастрофа произошла из-за землетрясения 26 декабря 2004 года. Вызванное им мегацунами обрушилась на пассажирский поезд «The Queen of the Sea» шедший из Коломбо в курортный город Галле. Из 1,7 тысяч пассажиров спаслось только несколько десятков человек.
Самое мощное искусственное воздействие на Земле осуществлено при испытаниях в СССР термоядерной бомбы АН602 (Царь-бомба). Мощность взрыва составила от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Вызванные им сейсмические волны три раза обогнули земной шар
Самые мощные зарегистрированные сейсмическими станциями колебания от запуска ракеты вызвал старт «Сатурн-5» осуществлённый по программе американских лунных миссий.
Самый крупный экономический ущерб XX века вызвало землетрясение на Тайване 1999 года – около ста миллиардов долларов США.
Самый большой в мире город XX века с населением почти 26 миллионов человек расположенный в сейсмически опасной зоне – Мехико, столица Мексики.
Самое большое количество землетрясений происходит на глубинах до 70 км от земной поверхности.
Свыше 70% всей энергии землетрясений выделяются сильными землетрясениями с магнитудой от 7 и выше по шкале Рихтера.
Свыше 75% всей энергии выделяемой при землетрясениях на Земле принадлежит поверхностным землетрясениям и только 3% глубоким, т.е. с очагами лежащими ниже 300 км от земной поверхности.
Самые глубокие очаги землетрясений (до 720 км) расположены на территории Индонезии.
Самое большое число (75%) поверхностных землетрясений с глубиной очага до 70 км, 90% землетрясений с глубиной очага до 300 км и все глубокие (начиная с 300 км) возникают в Тихоокеанском тектоническом кольце.
Самое большое число (около 80%) землетрясений происходят на дне океанов и только 20% на материках.
Самое большое число землетрясений (75%) происходит по границам Тихоокеанской литосферной плиты, 22% – в Альпийско-Гималайском сейсмическом поясе и только 3% возникает в пределах срединно-океанических поднятий и во внутренних частях литосферных плит.
Самое большое число человеческих жертв (почти 75%) от землетрясений в мире приходится на Альпийско-Гималайский сейсмический пояс (Афганистан, Индия, Иран, Китай, Пакистан, Турция и т.д.).
Самая большая возможная величина землетрясения по шкале Рихтера равна магнитуде 9. Она ни разу не наблюдалась за всю историю человечества. По шкале Канамори учитывающей сейсмический момент землетрясения максимальная величина магнитуды может быть выше.
Самая минимальная регистрируемая величина землетрясения по энергетической шкале Раутиян равна единице. Это примерно в 1019 раз меньше максимально возможной магнитуды землетрясения по шкале Рихтера.
Самое максимально возможное сотрясение от землетрясения на дневной поверхности равно XII баллам по шкале MSK-64. Возможно, такие колебания возникали только на морском дне.
Впервые на памяти современного человечества землетрясение 26 декабря 2004 года у берегов острова Суматра вызвало цунами от которого пострадали страны расположенные на огромных расстояниях друг от друга. От Малайзии на востоке до африканских государств на западе.
Впервые в мире на основании сохранившихся индейских преданий установлен мемориал в память о землетрясении и цунами погубивших тысячи американских индейцев более трехсот лет тому назад. Он расположен в США на отмели Сайлец Бэй в Линкольн Сити штата Орегон.

 

 

 

 

 

Почему происходят землетрясения?

Изучающему любой предмет чрезвычайно полезно читать оригинальные мемуары, относящиеся к этой теме, потому что знание усваивается наиболее полно тогда, когда видишь процесс его зарождения.
Джеймс Кларк Максвелл«Трактат об электричестве и магнетизме» 1873 год

Земля сейсмически активна, но это её фундаментальное свойство, несмотря на всю очевидность землетрясений, за ней было признано далеко не сразу. Для понимания природы землетрясений сначала потребовалось осознать то, что Земля это шар и, следовательно, у неё есть внутреннее строение.
Сразу после открытия шарообразной формы Земли появились сомнения в том, что её недра однородны, и сложены только из видимой на поверхности породы. На это указывала выброшенная при извержениях вулканов магма и астрономические наблюдения. Математика и астрономия помогли оценить общий вес планеты, но тайна её внутреннего строения оставалась неразгаданной до тех пор, пока не появилась новая наука сейсмология.
Благодаря сейсмическим исследованиям было доказано, что на поверхности и внутри Земли происходит непрерывная трансформация огромных масс материи. Если на самой дневной поверхности она связана с воздействием процессов, порождаемых поступающей на Землю энергией солнечного излучения, то глубинные трансформации и движения связаны с энергией внутренних источников. Оказалось, что Земля полна движений, от медленных вековых смещений огромных масс суши и морского дна – брандисейсмических, и происходящих при землетрясениях, быстрых – сейсмических. Они воздействуют на земную кору, и вызывают непрерывные вертикальные и горизонтальные смещения отдельных ее участков и блоков. Это явление получило называние тектонического процесса.
Под воздействием глубинных процессов и внешних воздействий в течение миллионов и миллиардов лет формируется рельеф дневной поверхности, происходит кругооборот вещества. Осадочные породы опускаются в земные недра, где преобразуются в магму, и вновь поднимаются тектоническими процессами на поверхность.
Недра планеты под воздействием внутренних и внешних факторов постоянно накапливают и растрачивают механическую энергию. Значительная часть этой энергии теряется при землетрясениях. Их роль в этом огромна. Сейсмическая машина Земли «вырабатывает» около 5х1019 Дж ежегодно. Сами же колебания дневной поверхности, как доказал в XVIII веке Джон Митчелл, являются результатом прохождения через земные недра упругих волн возникающих в момент разрыва сплошности горных пород в очагах землетрясений.

Одним из крупных достижений современной науки, позволивших понять магматические процессы и землетрясения, является создание теории тектоники плит, Она стала основой для понимания целого ряда геофизических и геологических явлений – от магнитного поля планеты до дрейфа континентов.
Ещё в XVII веке совпадение очертаний береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки наводило на мысль о том, что континенты перемещаются. В 1620 году английский философ Франсис Бэкон в книге «Новый Органон» первым обратил внимание на поразительное сходство береговой линии континентов по разные стороны Атлантики.
В 1858 году итальянский географ Антонио Снидер-Пеллегрини соединил пять континентов. Он предположил, что Америка есть не что иное, как легендарная Атлантида, отколовшаяся от Африки и Европы.
В 1912 году метеоролог приват-доцент Марбургского университета Альфред Лотар Вегенер выдвинул гипотезу континентального дрейфа. Он опубликовал в журнале «Геологише Рундшау» статью, а затем книгу «Возникновение материков и океанов». В них Вегенер привел аргументы в пользу того, что в далёком прошлом существующие континенты были одной структурой. Его теория был настолько революционной, что её сразу отвергло научное сообщество.
Только в 1960-х годах идея о движениях в твердой оболочке Земли – мобилизм снова возродилась. Благодаря исследованиям рельефа и геологии океанического дна было доказано существование процессов расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). В 1958 году Кэри, в 1965 году Буллард (1965) и Ле Пишон (1977) с научных позиций обосновали тектонику плит.

К концу XX века было инструментально доказано, что скорость перемещения плит достигает десяти сантиметров в год. Казалось бы, это немного, но если учесть что горизонтальный размер одной плиты порядка одной тысячи километров то «время её жизни» составит десять миллионов лет. Иными словами, вся история человечества не сопоставима с временным масштабом тектонических процессов протекающих на Земле.
Геологические изыскания и теоретические расчеты показали, что с периодом в 500 – 600 миллионов лет блоки континентальной коры собираются в единый суперконтинент. Примерно 530 – 750 миллионов лет назад вокруг Южного полюса существовал суперконтинент Гондвана. Он состоял из современных материков: Африки, Южной Америки, Антарктиды, Австралии и субконтинента Индии. Суперконтиненты существовали и в более отдаленные времена. Например, суперконтинент Родиния распался 750 миллионов лет назад.
После резкого движения на север в эпоху каменноугольного периода около 360 миллионов лет назад Гондвана соединилась с североамериканско-скандинавским материком, образовав гигантский протоконтинент Пангея. Примерно 180 миллионов лет назад, в юрский период, он раскололся на Гондвану и северный континент Лавразию.
Еще 30 миллионов лет спустя Гондвана начала распадаться и образовались современные континенты: Евразия, Южная и Северная Америки, Африка, Австралия и Антарктида. В результате давления Африки на Европу возникли Альпы, а столкновение Индии и Азии создало Гималаи.
В будущем континенты соберутся в суперконтинент с названием Последняя Пангея или Пангея Ультима. Пангея Ультима будет на 90% покрыта пустынями, а на северо-западе и юго-востоке суперконтинента расположатся большие горные цепи. С этой теорией пересекается теория об Амазии – континенте из Евразии и Северной Америки, который станет ядром будущего суперконтинента.
Благодаря тектоническому процессу в недрах Земли непрерывно накапливаются механические напряжения. В момент превышения ими прочности горных пород происходят быстрые тектонические подвижки вещества вызывающие на поверхности земли землетрясения. Они наиболее контрастны по границам тектонических плит. Происходящий здесь процесс накопления и сброса напряжений обуславливают их сейсмическую активность. Отсюда стала ясна закономерность, отмеченная ещё Маллетом. Землетрясения группируются в определенных зонах, т.н. сейсмических поясах, соответствующих границам крупных тектонических плит.
Смещение массивов вещества в земных недрах при сильных землетрясениях составляет всего несколько сантиметров. Однако при резком перемещении миллиардов тонн породы даже на такое небольшое расстояние выделяется огромная энергия. Часть ее идет на генерацию упругих волн вызывающих на поверхности сейсмические удары, другая на различные физико-химические процессы. Вблизи от места подвижки – очага землетрясения сейсмическое воздействие наиболее велико и земная поверхность деформируется. Если на ней расположены непрочные сооружения они могут быть повреждены или разрушены.
Точку, в которой начинается подвижка в земных недрах, принято называть фокусом или гипоцентром землетрясения. Её проекция на земную поверхность называется эпицентром, а кратчайшее расстояние между гипоцентром и дневной поверхностью принимается за глубину положения очага землетрясения. Область проявления наиболее сильных колебаний именуется эпицентральной зоной. Её размеры определяются глубиной положения очага и энергией землетрясения.
Землетрясения отличаются между собой по объему вовлеченных в движение массивов породы, глубине очага и местонахождению на карте. Чтобы отличать землетрясения друг от друга используются различные косвенные способы измерения их энергии. Это понятно, ведь непосредственно измерить выделившуюся при землетрясении энергию вряд ли когда-нибудь удастся. Поэтому используются полученные по характеристикам зарегистрированных от них сейсмических волн оценки. Широко распространены магнитудные шкалы (слово магнитуда произошло от латинского «magnitudo» т.е. величина). Они основаны на измерении энергии излученных очагом землетрясения сейсмических волн с учётом расстояния до него и типа.
В 1935 году Чарльз Рихтер для сравнения землетрясений по их энергии предложил безразмерную логарифмическую шкалу известную как «Шкала Рихтера». За нулевую точку отсчета в ней принята энергия, необходимая для подъема груза весом десять тонн на высоту в один метр (10000 кг/м).
По шкале Рихтера землетрясения могут иметь магнитуды (обозначается латинской буквой «M») от 1 до 9. Значение магнитуд принято записывать арабскими цифрами. Магнитуда характеризует величину выделенной в очаге землетрясения энергии. Она не зависит от глубины положения его очага или расстояния до сейсмической станции.

Во время землетрясений выделяется колоссальная энергия. Например, энергия землетрясения в Перу 1970 года была равна всему потреблению электроэнергии в США за сутки. Землетрясение с М = 5 выделяет 1019 эрг, с М = 7 – 1022 эрг, а гипотетическое с М = 9 уже 1025 эрг. Иными словами, сейсмическая энергия землетрясения с М = 7 в тысячу раз больше, чем у землетрясения с М = 5, а с М = 9 уже в миллион.
Магнитуда Токийского катастрофического землетрясения 1923 года по шкале Рихтера составила 8.3. Катастрофического Ашхабадского 1948 года 7.3. Чилийского мегалоземлетрясения 1960 года 8.5 (по шкале Канамори 9,5). Сильного Ташкентского 1966 года 5.6. Катастрофического Спитакского 1978 года 7.0. Сильного землетрясения в Грузии 1991 года 7.2. Поскольку энергия и глубина очагов этих землетрясений различались, то и вызванные ими на поверхности сотрясения были разной интенсивности. Отсюда и разница в субъективных определениях – от сильного до катастрофического.

Магнитуда по шкале Рихтера и энергия землетрясений.

Интенсивность воздействия на земную поверхность, обозначается латинской буквой «I», определяется с использованием т.н. макросейсмических шкал. До появления инструментов для записи сейсмических колебаний они применялись для оценки силы проявления землетрясения, но не давали представления о его энергии. Используются они и сейчас, поскольку оказались необходимы для определения необходимой сейсмостойкости инженерных сооружений. Правда, в расчетах уже используются ожидаемые или проявившиеся на земной поверхности ускорения.
В России применяется двенадцати балльная макросейсмическая шкала МSK-64 (см. Приложение). По ней сотрясения поверхности называют неощутимыми при интенсивности до III баллов, ощутимыми, если они превышают III балла, сильными до VII баллов, разрушительными при VII – VIII баллах и катастрофическими начиная с IX и выше.
В странах Европы используется созданная в 1902 году шкала ММ (Меркалли-Канкани) и принятая в 1998 году шкала ЕMS-98. В США используется модифицированный Вудом и Ньюмэном в 1931 году вариант шкалы ММ. В странах Латинской Америки разработанная в 1883 году десятибалльная шкала РФ (Росси-Фореля). В Японии используется собственная семибалльная шкала интенсивностей. В отличие от магнитуды интенсивность колебаний в том или ином месте зависит от глубины очага и расстояния до места возникновения землетрясения.
Чтобы не путать шкалы магнитуд со шкалами интенсивности используются различное их цифровое обозначение. Так безразмерная величина магнитуды записывается арабскими цифрами: 1, 2, 3 и т.д., а интенсивность римскими: I, II, III и т. д. в баллах. Эту разницу не всегда различают в масс-медиа ошибочно сообщающих о землетрясениях «силой 9 и более баллов по шкале Рихтера» или что то или иное сооружение «выдержит землетрясение магнитудой в 7 баллов». Что является полным абсурдом.
По шкале Рихтера максимально возможная магнитуда не может превышать 9, а слово «баллы» не употребляются, поскольку магнитуда это безразмерный параметр. При увеличении магнитуды землетрясения на единицу его энергия возрастает примерно в 32 раза, тогда как амплитуда колебаний земной поверхности с увеличением на единицу в десять раз.
Все шкалы интенсивностей изначально основывались на силе воздействия сейсмических колебаний на легко различимые объекты, такие как здания, грунт, людей и т. д. Во времена, когда они создавались, инструментов для регистрации сейсмических колебаний ещё не было. Поэтому в зависимости от национальной специфики они разные в каждой стране. Например, в Австралии одну из степеней сотрясений сравнивают с тем «как лошадь трется о столб», в Европе схожий сейсмический эффект описывается «когда начинают звонить колокола», а в Японии подобной силы сотрясение сравнивают с «опрокинутым каменным фонариком».
Существует закономерность – чем больше расстояние до очага, тем слабее сейсмические колебания. Примерно так, как мы ощущаем свет от электрической лампы – освещённость всегда больше прямо под ней и, чем дальше мы от нее, тем освещённость слабее при одной и той же мощности источника света.

Так, очаг Ашхабадского землетрясения 1948 года с М = 7,3 располагался на глубине 12—25 км, и вызвал прямо над собой сотрясения в IX – X баллов по шкале МSK-64. Почти равное ему по энергии землетрясение в Грузии 1991 года, но с очагом на глубине 35 км, вызвало сотрясения над ним около VIII баллов.
В 1964 году советским сейсмологом Татьяной Раутиян разработана логарифмическая шкала для измерения энергии землетрясений в джоулях. Это позволило изучать слабейшие землетрясения, энергия которых не могла быть оценена по шкале магнитуд.
Сейсмические колебания земной поверхности могут вызываться и другими причинами: вулканической деятельностью, обрушениями породы в карстах или со склонов гор. Человеческая деятельность добавила к этому списку новый источник. Из-за разработки месторождений полезных ископаемых, сооружения водохранилищ, при проведении инженерных работ или взрывов (обычных – химических и ядерных) происходят техногенные (антропогенные землетрясения). Тем не менее, наиболее опасные для человека подземные удары имеют тектоническую природу.
После землетрясения или как говорят сейсмологи главного удара, в его окрестностях всегда возникают более слабые толчки. Их принято называть афтершоками землетрясения. Они могут происходить в течение месяцев и нескольких лет после основного толчка. Афтершоковая активность свидетельствуют о том, что выведенный из состояния равновесия объем горной породы постепенно приходит в состояние равновесия. При этом, чем сильнее землетрясение, тем больше афтершоков и объем среды где они возникают.
Иногда в районе будущего землетрясения и незадолго до него возникают землетрясения с меньшей, чем у главного удара энергией. Их называют форшоками землетрясения. Форшоки или форшок могут возникнуть за месяцы, дни, часы и минуты до главного удара. Их природа связана с происходящей перед землетрясением перестройкой в земных недрах. К примеру «неожиданное» Калининградское землетрясение 2004 года сопровождалось сильным форшоком случившимся почти за два часа до него.
К сожалению, форшоки возникают не всегда, также как и не всегда на фоне других неощутимых человеком толчков удается однозначно определить, что это именно форшок грядущего землетрясения. Если бы природа следовала форшоковой закономерности, то прогноз разрушительных землетрясений значительно бы упростился. Тем не менее, факт существования форшоков говорит о возможности поиска других предвещающих сильные землетрясения природных явлений.
В зависимости от энергии землетрясений они условно подразделяются на сильные, слабые и микроземлетрясения. Термины «разрушительное» или «катастрофическое» используется по отношению к землетрясению любой энергии и природы, если оно сопровождалось разрушениями и гибелью людей.
Когда переходят к описанию не одного, а групп землетрясений, происходящих как на земном шаре, так и в пределах локальных зон используются статистические методы анализа. Соответственно, здесь изучается не одно землетрясение, а процесс формирующий последовательность подземных ударов в пространстве и времени. Это достаточно важное направление сейсмологии, поскольку позволяет косвенно оценить потенциальную опасность той или иной местности по коротким сериям наблюдений. Здесь прослеживается определённая закономерность – чем больше энергия землетрясения, тем реже оно происходит.
Также бытует ошибочное мнение, что чем больше происходит слабых – неощутимых землетрясений в том или ином месте, тем меньше вероятность возникновения сильного землетрясения. Слабые, как бы «рассеивают тектоническую энергию» необходимую для производства сильного землетрясения.
К сожалению это не так, а совершенно наоборот. Там где высокая микросейсмическая активность, как правило, в недрах земли скрывается очаг сильного землетрясения. Наблюдения за слабыми землетрясениями позволяют выявить опасную, т.н. сейсмогенную зону и заблаговременно принять меры по предупреждению последствий возможного сильного землетрясения.
Никто не знает точно, сколько землетрясений на самом деле происходит на Земле. Сейсмические толчки с магнитудой около 5 и выше, где бы они ни происходили, регистрируются сейсмическими станциями. Более слабые землетрясения не останутся незамеченными в США, Европе или Англии благодаря высокочувствительным сейсмическим пунктам наблюдения. Но сколько землетрясений происходит в Африке или Афганистане, на дне морей и океанов, на огромных просторах России или в новых государствах Центральной Азии? Это и сегодня остаётся неизвестным.
Современная наука располагает приборами для изучения подземных ударов. Они были созданы не за один год, и даже не за одно столетие. Регистрирующие сейсмические колебания приборы непрерывно совершенствуются, а сейсмических станций становится всё больше. Появление цифровых технологий и телекоммуникаций позволило открыть новую страницу в науке о землетрясениях.

 

 

 

 

 

Как изучают землетрясения?

Окружающий нас мир полон всевозможных колебаний вызываемых различными причинами – от землетрясений до деятельности человека. В своей структуре они несут информацию о своём источнике и среде, через которую распространяются. Благодаря расшифровке сейсмических записей можно определить характер тектонических движений в очагах землетрясений. В свою очередь установление причин этих движений позволяет оценить уровень сейсмической опасности. Если же задаться целью поиска месторождений полезных ископаемых, то сейсмические волны лучший инструмент для этого.
Изучение землетрясений стало возможным благодаря изобретению приборов для регистрации сейсмических колебаний. Первый такой прибор – сейсмоскоп изобретен в 132 году китайским астрономом Чжан Хэном. Он представлял собой бронзовый сосуд диаметром около двух метров, на внешних стенках которого располагались восемь голов дракона. В их подвижных челюстях крепились металлические шарики, а внутри сосуда находился маятник с тягами, каждая из которых прикреплялась к челюстям дракона.
При возникновении колебаний маятник приходил в движение и тяга, соединенная с обращенной в сторону, откуда пришли колебания головой, открывала её пасть. Шар из головы дракона падал в рот одной из восьми жаб, восседавших у основания сосуда. Прибор Чжан Хэна не записывал сейсмические колебания, а позволял лишь обнаруживать факт землетрясения и определять примерное направление на него.

Модель сейсмоскопа Чжан Хэна на выставке в Окленде (Wikipedia, Kowloonese, GNU FDR).

Благодаря прибору в столице Китая того времени Луяне о разрушительном землетрясении 134 года, произошедшего в уезде Лунси (600 километров к северу от города), узнали на два-три дня раньше прибытия оттуда гонцов. С этих пор за показаниями прибора наблюдал специальный служащий в течение последующих почти четырёх столетий.
В Европе приборы для регистрации землетрясений появляются лишь в начале XVIII века. В 1703 году во Франции Отфёй изобретает сейсмоскоп. Он представлял собой наполненный ртутью сосуд с восемью радиально расположенными отверстиями. Сейсмический толчок выплескивал из одного из отверстий ртуть, и по ее количеству можно было оценить силу колебаний. Схожее устройство в 1787 году построил итальянец Атанасио Ковалли.

Прибор для обнаружения землетрясений Атанасия Ковалли, 1787 год (из архива автора).

В конце XIX века изобретаются первые приборы для записи сейсмических колебаний в виде временной диаграммы. Их главной частью был вертикальный или горизонтальный маятник. Поскольку из-за инерции тело маятника стремится сохранить состояние покоя то, прикрепив к маятнику иглу или перо, можно записать траекторию его движений относительно закрепленного на грунте основания.
Для большей чувствительности маятники первых сейсмографов делались очень тяжелыми весом в сотни килограмм. Так, на сейсмической станции в Геттингене использовался вертикальный сейсмограф Вихерта с маятником более одной тонны. Он позволял увеличивать, т.е. во сколько раз мог усиливать сейсмические колебания, в две тысячи раз. Отметим, современные приборы обладают увеличением в миллионы, и способны записывать очень слабые колебания почвы.
В Страсбурге механик Роберт Бош приступил к постройке сейсмографов, идея которых была предложена японским сейсмологом и вулканологом Фусакити Омори. Созданные Бошем приборы устанавливались почти на всех сейсмических станциях Европы. На другой стороне Ла-Манша – в Англии, на станциях устанавливались приборы системы Джона Мильна.

Прибор для фиксации землетрясений Николы Кассиоторы, 1818 год (из архива автора).

Многие приборы прошлого стали музейными экспонатами. Это сейсмографы систем Вихерта, Майника, Цельнера и Шлютера. Сейсмометры системы Голицына, Кирноса, УАР, УСФ, ВЭГИК, СМ-3 и С5С. Сейсмоскопы с механической записью (МТР), сейсмоскоп Медведева (СБМ) с записью на закопченную стеклянную пластину и многие другие. Они носили имена своих создателей, которые были не только изобретателями инструментов, но и первопроходцами в изучении землетрясений.

Самой лучшей системой начала XX века для записи сейсмических колебаний стала гальванометрическая с фотографической регистрацией. Она была изобретена одним из основоположников сейсмологии академиком Борис Борисовичем Голицыным. Это был выдающийся ученый и экспериментатор. Автор многих теоретических и экспериментальных работ по физике, геофизике, сейсмологии и метеорологии Голицын не только организовал первую сейсмическую сеть России, но стоял и у истоков создания ее метеорологической службы.

Сейсмограф Вихерта для записи сейсмических колебаний (из архива автора).

Создано много типов приборов для регистрации колебаний почвы и все они используют принцип инерции – свойства физического тела сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения. Различаются только способы преобразования механических колебаний в удобную для анализа форму. Это механическая запись на закопченную бумагу или стекло. Гальванометрическая запись на фотобумагу или фотопленку. Электронная запись на магнитные носители информации. Значительный прогресс в изучение землетрясений внесли цифровые технологии позволившие обрабатывать сейсмические данные почти в реальном масштабе времени.
Повышение точности приборов позволило изучить тонкую структуру колебаний вызванных землетрясениями – сейсмограмм. Оказалось, что в них присутствуют колебания различного типа – фаз волн, которые отличаются по частоте и амплитуде. Основные фазы колебаний получили название P, S и L – это первые вступления объёмных продольных, поперечных и поверхностных волн.

Продольные волны (Р-волны) или волны сжатия заставляют частицы среды колебаться подобно спиральной пружине. Они вызывают колебания вдоль направления распространения волны, путем чередования участков сжатия и разрежения. Благодаря этому свойству P-волны способны распространятся почти в любых средах. У дневной поверхности в среднем скорость Р-волн составляет 6 км/с, а на большой глубине около 13 км/с.
Поперечные сейсмические волны (S-волны) или волны сдвига заставляют частицы среды колебаться перпендикулярно направлению распространения волны (подобно вибрирующей гитарной струне). S-волны распространяются только через обладающий упругостью материал, поэтому они не в состоянии проходить через «жидкое» внешнее ядро Земли, жидкие и газообразные среды. Их скорость зависит от сопротивления материала среды сдвигу, и составляет примерно 7/12 от скорости Р-волн.
Из-за неоднородности недр на сейсмограмме отражается широкий спектр сейсмических волн разного типа. Помимо P и S волн к основным относятся т.н. поверхностные волны Рэлея и Лява (R и L). Они названы по именам ученых разработавших математическую теорию их распространения.
При прохождении волн Рэлея частицы среды описывают вертикальные эллипсы вдоль направления распространения. В поверхностных волнах Лява частицы среды колеблются перпендикулярно направлению своего распространения. Эти типы волн распространяются по земной поверхности подобно волнам в водоемах со скоростью 3,2 – 4,4 км/с.

Из-за того, что Р-волны вблизи от очага землетрясения имеют большую скорость, чем S-волны они регистрируются первыми, отсюда их наименование «Primary». Поперечные S-волны распространяются с меньшей скоростью и приходят следом за P-волнами. Соответственно их назвали вторичными волнами «Secondary». Чем дальше от очага землетрясения расположена сейсмическая станция, тем больший интервал времени между моментами вступления на сейсмограмме P и S волн. Это свойство используется для определения дистанции от станции до очага землетрясения.
На больших удалениях от источника волновая картина значительно меняется из-за неоднородности земных недр. Для её расшифровки в этом случае используются специальные годографы времён пробега типов волн. Один из первых широко использовавшихся годографов получил название по имени его создателей англичанина Сэра Гарольда Джеффриса и австралийца Кита Эдварда Буллена. Буллен также построил одну из первых сейсмических моделей внутреннего строения Земли.

Сейсмические волны проходят внутри земного шара в местах недоступных для прямых измерений. Все, что они встречают на пути, формирует их структуру, и отражается на сейсмограммах. Их анализ позволяет получить представление о том, как распространялись сейсмические волны и изучать строение земных недр.
Интересен сам по себе факт открытия сейсмических волн. Теоретически существование в твердых телах объёмных Р и S волн предсказано в 1829 году Пуассоном, но до 1900 года сейсмологам не удавалось их однозначно распознавать на сейсмограммах. Многие исследователи принимали поверхностные волны Релея за вступления S-волн и приходили к ошибочным результатам.
Проблема была решена в 1899 году Ричардом Диксоном Олдхэмом сумевшего в записях Ассамского землетрясения 1897 года выделить истинные вступления S-волн. Это позволило уже к 1914 году составить общую картину строения планеты и её скоростного разреза. Выдающийся вклад в решение этой задачи внесли такие ученые как Олгрем, Цепринтц, Мохорович, Гуттенберг, Вихерт, Джеффрис, Буллен, Лапвуд и другие.
Джеффрис одним из первых рассчитал кривую времен пробега сейсмических волн (годограф) в зависимости от строения Земли. Это позволило по записям колебаний на сейсмограмме точно определять место и время возникновения землетрясений. Для этого было достаточно измерить моменты вступления Р и S волн на станции и по интервалу времени между ними с использованием годографа рассчитать дистанцию (эпицентральное расстояние) между станцией, где получена запись и эпицентром землетрясения. Сопоставляя полученные расстояния по нескольким станциями можно точно определить место и время возникновения землетрясения или, как его называют сейсмологи время в очаге (t0).

Расшифровка структуры записи сейсмических волн очень сложная задача. С момента вступления Р-волн (в ближней зоне землетрясений) и длительное время после, сейсмическая запись не бывает спокойной, а вступления остальных фаз происходят на фоне предыдущих колебаний. С другой стороны, на сейсмограмме всегда присутствуют микроколебания – микросейсмы (сейсмические шумы), которые затрудняют измерения. Чем чувствительнее прибор, тем больше амплитуда помех, а значит и ошибки в определении координат и глубины очага землетрясения.
Традиционно сейсмостанции оснащаются сейсмографами для записи колебаний в виде сейсмограммы смещений. Однако существуют и другие типы сейсмических приборов. Это велосиграфы для записи скоростей и акселерометры для записи ускорений грунта. Эти приборы устанавливаются в инженерных сооружениях там, где могут возникнуть интенсивные сейсмические колебания. Они находятся в режиме ожидания, и включаются при сильных землетрясениях. С их помощью удаётся точно определять продолжительность разрушающей фазы землетрясения и её частотный спектр.

Наряду с сейсмическими станциями на суше создаётся все больше пунктов наблюдений на морском дне. В 1940 году было обнаружено, что помимо распространяющихся в твердой оболочке Земли сейсмических волн, у землетрясений есть акустическая компонента Т-фаза. Её исследование имеет большой интерес для поиска методов прогноза цунами. Поэтому на морских станциях, наряду с сейсмографами, устанавливаются гидрофоны для записи акустических сигналов.
Достижения электроники и современные телекоммуникации обеспечили условия для создания цифровых сейсмических станций с передачей данных по телеметрическим каналам связи. С другой стороны, переход с телесейсмического на региональный, а затем и на локальный уровень наблюдений сопровождается порядковым скачком объёма данных который человеческий мозг без компьютеров проанализировать не в состоянии.
Рост количества пунктов наблюдений и совершенствование приборов для записи сейсмических колебаний позволили регистрировать с каждым десятилетием всё больше землетрясений происходящих в недрах планеты. Если в начале 1900-х годов регистрировалось около 40 землетрясений магнитуды 7 и выше, то к XXI веку местоположение и сила всех происходящих землетрясений такой магнитуды фиксировалась, и составила более 4000 событий за десятилетие.
Новые информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) позволили автоматизировать передачу, обработку и анализ сейсмологических данных. Сейсмические каталоги стали составляться с большей детальностью отображая сейсмическую активность всего земного шара начиная с магнитуды 6 и выше. Так если в начале первого десятилетия прошлого века таковых было зафиксировано только пять штук, то в первом десятилетии XXI века их уже было в тысячу раз больше – почти пять тысяч.
Зачастую ошибочно сообщают об увеличении числа землетрясений на планете исходя из этих данных. Однако это не так. Повышение чувствительности приборов и количества пунктов на планете позволяет регистрировать больше сейсмических событий. Это хорошо видно на примере графиков числа зарегистрированных землетрясений с 1900 по 2015 год. Для землетрясений магнитуды 6 и 7 такой рост действительно происходит но он связан с инструментальными возможностями и использованием в обработке данных электронно-вычислительных машин. Для землетрясений больших магнитуд роста нет и среднегодовое число значимо не изменятся.

Динамика роста количества информации о происходящих на планете землетрясениях. Из графика событий магнитудой около 6 по шкале Рихтера видно, как увеличивалась чувствительность сейсмических наблюдений в мире. На восходящем тренде землетрясений магнитуды около 7 выделяется квазипериодические колебания с пиками в 1911—1920, 1931—1940, 196—1970 и 1991—2000 годах обязанные природному фактору.

Развитие Интернет позволило оперативно сообщать о происходящих на планете землетрясениях. На специальных веб-сайтах благодаря машинной обработке очень быстро появляются сведения о каждом сильном землетрясении, где бы оно не произошло на планете. Подобные службы имеются в Европе, США, России и других странах.
Методы сейсмологии оказались востребованы после запрета испытаний в воздухе и на земле. Подрывы ядерных зарядов начали проводить под землей, а поскольку от них сейсмические волны распространяются также так же как от землетрясений, поэтому по их записям можно точно определить место, время и мощность испытанного ядерного оружия.
Основная проблема заключается в том, как отличить ядерные взрывы от землетрясений, происходящих на планете почти непрерывно. Тем более что для сокрытия мощности и особенностей ядерного заряда испытания проводятся там, где часто возникают обычные землетрясения. Отметим, хотя волновые поля от взрывов и землетрясений содержат заметные для сейсмологов отличия и, все же по ним не всегда удается однозначно установить факт проведения подземных взрывов.
Сейсмические явления сопровождают эволюцию других планет солнечной системы, и получают научное наименование в зависимости от места своего возникновения. В 1997 году орбитальным спутником Сохо зарегистрировано солнцетрясение излучившее в сорок тысяч раз больше энергии, чем землетрясение в Сан-Франциско 1906 года. Этой энергии с лихвой хватило бы для обеспечения США электроэнергией в течение двадцати лет.
20 июля 1969 года произошло знаменательное событие. Впервые сейсмические наблюдения начали вестись на другой планете. Американскими астронавтами Нилом Амстронгом и Базом Олдрином во время экспедиции «Аполлон-11» в Море Спокойствия в 168 метрах от лунного модуля установлена первая инопланетная сейсмическая станция. Аппаратура весила 48 килограмм и запитывалась от солнечных батарей. Станция проработала около месяца позволив обнаружить лунотрясения, а также то, что падение метеоритов вызывает долго незатухающие сейсмические колебания лунной поверхности.

Сейсмограммы землетрясения (1995) магнитудой 5,1 и ядерного взрыва (1998) магнитудой 4,8 в Индии.

В ноябре 1969 года экспедиция «Аполлон-12» смогла провести более длительные сейсмические наблюдения на Луне. Затем экспедициями 14, 15 и 16 на видимой стороне спутника Земли были установлены еще три высокочувствительные станции оснащенные приборами для наблюдений в широком частотном диапазоне.
Во время экспедиции «Аполлон-12» зарегистрировано много лунотрясений. Их природа была связана как с тектоническими процессами и воздействием на Луну земных приливов, так и ударами метеоров о её поверхность. Самое первое записанное лунотрясение было вызвано ударом о поверхность модуля, на котором астронавты летали на поверхность Луны.
Удар 2,5 тонного аппарата «Аполлон-12» на первой лунной космической скорости (1,7 км/с) был эквивалентен взрыву 800 килограммов тротила. С поверхности поднялось многотонное облако пыли, а через 23,5 секунды волны от удара записал сейсмометр. Колебания лунного грунта продолжалось около часа, что стало сюрпризом для исследователей. Оказалось, что в отличие от Земли на Луне возникают долго незатухающие колебания, подобно тому, как если это был колокол.
Помимо обнаружения лунотрясений астронавты смогли провести первую сейсморазведку на другой планете. На профилях длиной в несколько десятков метров они через каждые 4 – 5 метров производили удары по грунту, и записывали сигналы. На первых инопланетных профилях также устанавливались специальные заряды, подрывавшиеся по команде с Земли, но уже без космонавтов на Луне.

Сейсмостанция экспедиции «Аполлон-17» на Луне (NASA, Public Domain).

13 мая 1972 года в 142 километрах от лунной сейсмостанции упал метеорит диаметром два метра на скорости 20 км/с. Удар от него был настолько силн, что образовался кратер диаметром в сто метров. Сейсмометры на двух сейсмостанциях расположенных в 967 километрах и 1026 километрах от места падения метеорита зашкалили, но смогли записать лунотрясение. После обработки сейсмограмм было обнаружено существование у Луны коры. Она оказалась слоистой и сложенной из кальциево-алюминиевых пород с высокими градиентами скоростей.
Во время экспедиции «Аполлон-13» высадки людей на поверхность Луны не было, но ею было вызвано искусственное лунотрясение. Так, третья ступень ракеты «Сатурн» весом в 15 тонн на второй космической скорости (2,5 км/с) ударилась о лунную поверхность на расстоянии 135 км от сейсмометров. Это удар был эквивалентен взрыву десяти тонн тротила, а колебания от него не затухали четыре часа.
Еще недавно казалось, что исследования сейсмичности Луны представляют чисто научный интерес, однако планы организовать на этой планете обитаемую станцию перевели их в разряд практически важных. На Луне в 1972 – 1977 годах зарегистрированы несколько лунотрясений с магнитудой около 5,5 по шкале Рихтера. Если подобное лунотрясение произойдет вблизи от лунной станции, то она может не выдержать сейсмического удара.

Цифровые сейсмические станции в мире. Увеличение числа и чувствительности станций позволяет регистрировать всё больше сейсмических событий на планете.

Еще продолжалась работа первой лунной сейсмической сети, когда к сейсмическому патрулю присоединилась четвёртая планета Солнечной системы – Марс. Первые сейсмические наблюдения на этой планете были проведены спустя сто лет после Великого противостояния 1877 года, когда были открыты спутники и каналы Марса.
Планировалась работа на Марсе двух сейсмических станций летевших на космических аппаратах «Викинг». Однако первый сейсмометр при посадке на равнине Хриса не смог распаковаться, и включить электропитание. Зато второй, на равнине Утопия, проработал в течение 19 земных месяцев, с 4 сентября 1976 года по 3 апреля 1978 года.
6 ноября 1976 года удалось впервые записать марсотрясение с магнитудой около трех по шкале Рихтера. Однако общие результаты марсианских наблюдений оказались менее результативны, чем на Луне. Видимо только в будущем удастся найти ответы на поставленные вопросы о внутреннем строении четвертой планеты. Тем не менее, важен тот факт, что сейсмические исследования перекинулись на другие планеты, свидетельствуя о появлении нового направления сейсмологии – внеземного.
Изучение сейсмической активности небесных тел очень важно для понимания геологических процессов происходивших на Земле в древности и её будущей судьбы. В этой связи в 1968 году учёный и писатель Иван Ефремов отметил: «К физическим исследованиям Земли как планеты, небесного тела примыкает астрофизика. Изучение развития разновозрастных планет, звезд, метеоритов дает нам возможность в известной мере восстановить ту часть истории Земли, которая не записана в геологической летописи – слоях земной коры и относится к эпохе начального образования Земли».

 

 

 

 

 

Сейсмология: Цифры и Факты

132 год. В Китае астроном Чжан Хэн изобретает сейсмоскоп – первый в мире прибор для регистрации землетрясений.
1703 год. Во Франции Отфёй изобретает сейсмоскоп.
1760 год. В Великобритании Джон Мичелл опубликовал книгу «Предположения о причинах возникновения землетрясений и наблюдения за этим феноменом».
1787 год. В Италии Атанасио Ковалли построил сейсмоскоп собственной конструкции сейсмоскопа.
1846 год. Ирландский учёный Роберт Маллет представил в Королевской ирландской академии свой доклад «О динамике землетрясений».
1862 год. Ирландский учёный Роберт Маллет опубликовал статью «Великое Неаполитанское землетрясение 1857 года: основные законы наблюдательной сейсмологии».
1883 год. В странах Латинской Америки начато использование шкалы Росси-Фореля для оценки силы проявления землетрясений.
1887 год. В Японии профессор Секийа впервые на трехмерной проволочной диаграмме создал модель перемещения точки грунта впервые двадцать секунд после начала землетрясения на основе сейсмограммы полученной 15 января 1897 года в Японии.
1892 год. В Великобритании Джон Мильн сконструировал первый сейсмограф способный регистрировать сильные землетрясения на планете.
1893 год. Сейсмолог Джон Мильн и инженер В.К.Бёртон опубликовали книгу «Великое землетрясение в Японии 1891».
1899 год. В Великобритании Ричард Диксон Олдхэм в записях Ассамского землетрясения 1897 года выделил истинные вступления S-волн.
Конец XIX века. В Швейцарии создана первая шкала для оценки силы проявления землетрясения на поверхности земли. Появилась десятибалльная шкала М. Росси (1834—1898) и Ф. Фореля (1841—1912).
1900 год. В Германии Эмиль Вихерт разработал теорию сейсмографа, и конструирует первые высокочувствительные приборы для записи колебаний от землетрясений.
1900 год. В Японии начала применятся семибалльная шкала Омори для оценки силы землетрясения на поверхности земли.
1902 год. В Европе создана шкала Меркалли для оценки силы проявления на поверхности земли землетрясения.
1902 год. В России Б. Б. Голицын разработал гальванометрический метод регистрации сейсмических волн, позволявший автоматически преобразовывать механические перемещения в электрическую форму.
1905 год. Образована Международная ассоциации сейсмологии.
1906—1908 годы. В США после землетрясения в Сан-Франциско и Мессине проводятся специальные инженерные исследования причин разрушения и повреждения зданий.
1912 год. В России Б. Б. Голицын опубликовал «Лекции по сейсмометрии»,
1912 год. В Германии Альфред Лотар Вегенер в опубликованной в журнале «Геологише Рундшау» статье излагает гипотезу континентального дрейфа материков, и публикует книгу «Возникновение материков и океанов».
1912 год. Во многих странах используется 12-ти балльная шкала определения интенсивности сейсмических колебаний Меркалли-Канкани-Зиберга.
1917 год. Международной ассоциацией сейсмологии и недр Земли для употребления в европейских странах утверждена 12-ти балльная шкала Меркалли-Канкани-Зиберга.
1922 год. В Германии Альфред Лотар Вегенер опубликовал книгу «Климат древних времён».
1923 год. В Японии сейсмолог Фусакити Омори под впечатлением трагических последствий Великого землетрясения Канто разработал первый в мире метод расчёта сейсмостойких конструкций.
1924 год. В США Гарольд Джеффрис опубликовал книгу «Земля: ее происхождение, история и строение».
1927 год. В СССР ученый Завриев в общей форме изложил принципы метода динамического расчета сейсмических нагрузок на сооружения.
1931 год. В США начала использоваться модифицированная Вудом шкала Меркалли для оценки силы проявления землетрясения на дневной поверхности.
1933 год. Впервые при землетрясении в городе Лонг-Бич (США) царапина, оставленная на полу кухонной плитой, стала документальным подтверждением существования сложных движений в эпицентральных зонах сильных землетрясений.
1933 год. В СССР И. Мушкетовым опубликована первая макросейсмическая карта сейсмического районирования Центральной Азии.
1935 год. В США Чарльзом Рихтером разработана шкала магнитуд для сравнения по энергии землетрясений.
1937 год. Появилась первая в мире официальная нормативная карта общего (обзорного) сейсмического районирования всей территории бывшего СССР Г.П.Горшкова. Он положил начало регулярному составлению таких карт для регламентирования проектирования и строительства в сейсмоактивных районах СССР. Карта включена в официальное издание «Правила антисейсмического строительства».
Начало 40-х годов прошлого столетия. В США на основе инженерного анализа повреждения сооружений при землетрясениях 1923 года в Сан-Франциско и 1933 года в городе Лонг-Бич разработан спектральный метод динамического воздействия на сооружения.
Середина 40-х годов прошлого столетия. В СССР Корчинский создаёт теоретические основы спектрального метода расчета сейсмостойких конструкций на основе реальных акселерограмм (записей ускорений грунтов при землетрясениях).
1945 год. Составлена первая карта основных сейсмических зон Турции с пояснительной запиской Эгерена и Лана.
1948 год. В СССР последствия катастрофического землетрясения в Ашхабаде привели к разработке государственной программы сейсмостойкого строительства в СССР. Впервые в стране проведено крупномасштабное изучение причин массового обрушения и повреждения зданий гражданского и промышленного назначения.
1948 год. В Иране при Тегеранском университете создан институт геофизики для проведения исследований землетрясений и разработки рекомендаций по сейсмостойкому строительству в Иране.
1949 год. В СССР приняты «Технические условия проектирования зданий и сооружений для сейсмоактивных районов».
1951 год. В СССР утверждено «Положение по строительству в сейсмических районах».
1952 год. В СССР утверждена новая редакция шкалы ОСТ-ВКС4537 для определения интенсивности сейсмических колебаний как государственный стандарт ГОСТ-6249—52.
1957 год. В СССР опубликованы новые «Нормы и правила строительства в сейсмических районах» и Карта общего сейсмического районирования (ОСР) под редакцией С.В.Медведева и Б.А.Петрушевского.
1958 год. В США Чарльз Рихтер опубликовал книгу «Элементарная сейсмология».
1959 год. В США ассоциация инженеров-конструкторов Калифорнии подготовила отчет по проблеме сейсмостойкого проектирования и выпустила переработанное издание рекомендаций по расчету на горизонтальные нагрузки. Оно вошло во все последующие издания Единых строительных норм США.
1959 год. В СССР Ю.В.Ризниченко для сравнения уровня сейсмической активности территорий предложен новый параметр – «сейсмическая сотрясаемость».
1964 год. В СССР начала использоваться 12-балльная шкала МSK-64, разработанная Медведевым (СССР), Шпонхойером (ГДР) и Карником (Чехословакия).
1968 год. В СССР Опубликована новая карта общего сейсмического районирования (ОСР) под редакцией С.В.Медведева.
1969 год. Впервые сейсмические наблюдения начали вестись на другой планете. Американскими астронавтами Нилом Амстронгом и Базом Олдрином во время экспедиции «Аполлон-11» в Море Спокойствия в 168 метрах от лунного модуля установлена первая инопланетная сейсмическая станция.
1970 год. В СССР приняты новые «Строительные нормы и правила» учитывающие особенности строительства в сейсмоактивных регионах страны.
1971 год. В США землетрясение в Сан-Фернандо привело к пересмотру всей системы проектирования сейсмостойких конструкций. В числе сильно разрушенных построек оказались и новые, построенные на основе ранее принятых норм и правил расчета конструкций на сейсмические нагрузки.
1975 год. В СССР сейсмолог Д.Н.Рустанович собрал и систематизировал записи колебаний поверхности земли в эпицентральных зонах сильных землетрясений.
1976 год. Впервые во время американской экспедиции «Викинг» на Марсе начаты сейсмические наблюдения на равнине Утопия.
1977 год. В СССР издан «Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР». Каталог стал основой для создания новой карты сейсмического районирования СССР – СР-78.
1978 год. В СССР принята новая карта сейсмического районирования СР-78 под редакцией М.А.Садовского.
1970-е годы прошлого столетия. В США создаются принципы общего процесса проектирования на основе представления о рисках.
1977 год. В США Хиро Канамори и Том Хэнкс разработали шкалу сейсмического момента для сравнения энергии крупнейших землетрясений.
1985 год. Землетрясение в Мехико привело к пересмотру представлений о методах современного сейсмостойкого градостроительства в сложных грунтовых условиях.
1988 год. В СССР землетрясение в Армении (Спитак) положило началу пересмотра утвержденных в 1981 году норм сейсмостойкого строительства в стране. С распадом Советского Союза процесс пересмотра карты общего сейсмического районирования для России затормозился, а в странах СНГ практически не был начат.
1995 год. В Японии землетрясение в Кобе ставит вопрос о необходимости паспортизации зданий и сооружений старой постройки в стране.
1998 год. В Европейском союзе начала использоваться макросейсмическая шкала ЕMS-98 для описания эффекта землетрясения.
1998 год. В Казахстане введены новые нормы сейсмостойкого строительства и проектирования.
1999 год. Землетрясения в Турции и на Тайване выявили значительные ошибки в подходе к проектированию жилья и применения норм сейсмостойкого строительства в современных условиях.
2000 год. В России издан комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97.
2001 год. В России принята федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России».

 

 

 

 

 

Почему столь многочисленны жертвы землетрясений?

Вот пришло землетрясение, какую пользу принесло богатство? Труд того и другого пропал, погибло имущество вместе с владением, дом вместе со строителем. Город сделался общим для всех гробом, устроенным внезапно не руками мастеров, но несчастным случаем. Где богатство? Где любостяжание? Видите ли, как все оказалось ничтожнее паутины?
Иоанн Златоуст«О Лазаре. Слово шестое», 386—397 годы

В повседневной жизни серии удач или неудач обычно имеют свои причины, но с природными бедствиями понятие удачи не существует, поскольку здесь важна не удача, а предусмотрительность. Удача всегда дело случая. Сильное землетрясение детерминировано по своей природе и вопрос, когда оно произойдёт, не столь важен, если заранее не озаботится предохранением от его последствий.
В отличие от прежних времён когда природные бедствия, вне понимания их истинных причин, нагружались сакральным смыслом сегодня ситуация другая. Природа землетрясений известна, а территории их преимущественно возникновения в основном определены. Сами причины разрушений и гибели людей просты и определяются несколькими причинами.

Карта сейсмически опасных территорий на планете (Global Seismic Hazard Program, 2011). Наиболее сейсмоопасные территории одновременно и самые населённые в мире.

Во-первых, с тем, что Земля геологически эволюционирует. В её недрах непрерывно протекают физико-химические процессы, перемещаются огромные массы материи, а дневная поверхность деформируется и возникают землетрясения.
Во-вторых, с тем, что человек издавна селится там, где ему удобнее, а не безопаснее жить. Местами предпочтительного расселения в силу различных факторов были и остаются побережья морей и океанов, устья рек и подножья гор. Однако именно эти места наиболее часто подвержены ударам природной стихии.
В-третьих, мировое население растёт, и всё больше людей проживает в крупных городах расположенных на сейсмоопасных территориях. Современные технологии позволяют строить в сложных условиях, но полностью обезопасить инженерные сооружения они неспособны, особенно в быстрорастущих мегаполисах с усложнённой инфраструктурой.
По статистике наибольшие среднегодовые потери человечество несёт от превратностей погоды, и только затем идут землетрясения. Но если принять во внимание сокрушительность и скоротечность подземных ударов они ни в чем не уступают погоде, а по коварству намного её превосходят. В отличие от погоды и других стихийных бедствий потери от землетрясений можно оценить только по большим интервалам времени – за десятки лет. Это связано с тем, что они происходят редко, но с большим ущербом. Их влияние на экономику и жизнь людей растягивается на годы и десятки лет.
Землетрясения способны мгновенно сбить ритм жизни сотен тысяч людей на огромной территории. В отличие от погоды их невозможно предсказать и, следовательно, заблаговременно предупредить население. Тем не менее, и здесь есть много способов снижения приносимого ими ущерба.
Уже давно замечено, что при землетрясениях люди редко гибнут на открытой местности, вне зданий и сооружений. Примеров тому немало – грандиозные подземные удары, происходящие в пустынных местностях и на морском дне, приносят минимальный ущерб и, чаще всего, не сопровождаются человеческими потерями. В тоже время, меньшие по силе землетрясения, но возникающие рядом с населенными пунктами, ежегодно уносят тысячи жизней. Почему так происходит?
Несмотря на привычность современного бытия, создающего иллюзию безопасного мира, жизнь людей находиться под знаком постоянной угрозы в том случае, если не были восприняты предыдущие уроки. Их суть состоит в непрерывном строительстве безопасной жизни, когда накопленные знания становятся правилом, а правила создают возможность получать новые знания. Знания, вложенные в технологии строительства, городское и сельское планирование, подготовку населения и штатных служб к действию в экстремальной ситуации позволяют нивелировать риски при любом стихийном бедствии.
Разумеется, даже при идеальном положении вещей случайные жертвы неизбежны. Они являются своеобразной платой за технический прогресс. Однако трагические потери XX и начала XXI века от стихии нельзя назвать делом случая только по одной причине – человечество больше знает, и научилось защищаться от большинства смертельных в прошлом угроз.
Сильнейшим землетрясениям, а иногда благодаря вмешательству человека в природную среду и более слабым толчкам, свойственна каскадность поражающих факторов. Иными словами, подземные удары становятся спусковым крючком для возникновения новых губительных процессов – цунами, пожары, эпидемии и др. Наиболее впечатляющий пример этого случившееся в 2004 году мегацунами в Юго-Восточной Азии и трагедия Гаити в 2010 году.

Расположение очагов сильнейших землетрясений магнитуды 7 и выше с 1900 по 2015 год. На верхней врезке карта плотности населения на планете (тёмные цвета).

Предшествующий землетрясению у берегов Суматры бум курортной индустрии, отсутствие системы предупреждения цунами, пренебрежительное отношение к природным угрозам привели к катастрофе. Погибло более двухсот тысяч человек из 54-х стран мира. Это еще раз подтвердило вступление человечества в эпоху глобализации не только в экономике, но и потерям от стихийных бедствий.
Некогда войны сравнивались с землетрясениями. После двух мирровый войн уже подземные удары сравнивают с ужасами войны. В своё время европейский пацифист Нидти заметил: «Великие войны подобны землетрясению. Многие из явлений войны легко понять тем, которые были очевидцами того разрушения, которое продолжается в течение нескольких лет на пространстве, подвергшемся землетрясению… После великих войн, как и после землетрясения, содрогается конвульсивно весь мир, все политические системы, все человеческие представления». После таких событий как мегацунами в ЮВА или землетрясения в Японии с разрушением АЭС «Факусима» в 2011 году стало со всей очевидностью ясно, что глобализация касается не только экономик, но и рисков больших жертв от природных катастроф.
Во все времена сообщества смирялись с неизбежными массовыми жертвами, а мировые войны XX века снизили болевой порог восприятия природных бедствий. И сегодня, в век мгновенной коммуникации, масс-медиа «пошумев» по поводу огромного числа жертв от стихии быстро переходят к другим новостям, не вскрывая истинных причин трагедий которые хорошо известны специалистам и оказываются теми же самыми что сотни и тысячи лет назад. С чем это связано?
Сейсмическая угроза относиться к ситуации, когда ведущие к катастрофе перемены происходят крайне медленно не только для отдельного человека, но и для общества. Изменения климата хороший тому пример. Если температура повышается на доли градуса в год, а в отдельные годы даже падает, люди осознают необратимость перемен лишь тогда, когда они проявляются со всей очевидностью. Из-за этого механизм социальной защиты запаздывает или не включается вовсе.

Потери от стихийных бедствий с конца XX века растут опережающими темпами по сравнению с увеличением мирового населения и согласно его всё большей концентрации в городах.

В голливудском кинофильме «Dante’s Peak» приводится своеобразный «рецепт» катастрофы на примере вопроса – как сварить живую лягушку? Ответ прост – необходимо поместить её в кастрюлю с холодной водой и медленно нагревать. Тогда лягушка не ощутит увеличения температуры, и не успеет выпрыгнуть из закипевшей воды. Иными словами, когда угроза превратиться в очевидную реальность спасаться ей будет поздно.
Сильные землетрясения в одних и тех же местах возникают с интервалом в десятки и сотни лет. Период их повторения перекрывает смену если не нескольких поколений то, по крайне мере, срок жизни отдельного человека. Поэтому, сейсмическая угроза в обществе не овладевшим механизмом передачи и воспроизводства научных знаний с течением времени становится менее реальной.
Строгое научное знание возникло для решения проблемы выживания, и человек не сможет оставаться таковым, если не будет его постоянно пополнять и строить на этой основе фундамент жизни будущих поколений. Благодаря этому риск умереть от болезни или дорожного происшествия снижен накопленным опытом. Знания, превращенные в ремни безопасности, лекарства, системы навигации позволяют избежать массовых смертей, и свести их к строке случайных событий в наше время, но не во всем мире. Поскольку сама по себе наука не снижает интенсивность действия природных сил, она лишь позволяет оценить их опасность и дать обществу необходимые для выживания знания.
В 1978 году японский сейсмолог Хиро Канамори установил, что суммарная энергия всех землетрясений на планете за 1900—1980 годы и размер человеческих потерь не имеют между собой прямой зависимости. Так, максимум суммарной энергии землетрясений в шестидесятых годах не стал пиком ущерба, а на относительно спокойные сейсмические периоды пришлось больше несчастий, чем на самый неспокойный сейсмический год. Иными словами, размер потерь прямо не связан с активностью земных недр, а определялся социальными причинами и вот почему.

Общее число жертв и сейсмическая активность с 1900 по 2015 годы. Стрелками отмечены моменты возникновения катастрофических землетрясений и число жертв. Максимумы сейсмической активности и пики потерь не совпадают между собой.

Еще недавно люди проживали в сельской местности, а крупных городов было немного. Этому способствовало то, что там, где периодически возникали природные катаклизмы, поселения не успевали разрастись. С началом индустриальной революции в конце XVIII века ситуация резко изменилась. Появились адекватные новому времени строительные технологии, и произошёл резкий рост городского населения. Наиболее крупные города, в силу коммуникационных и других условий, а это 40% всех городов мира с населением более полумиллиона, оказались на побережье океанов, морей или в устье рек. Именно там, где всегда был высок риск природных катаклизмов: наводнений, штормов, землетрясений, цунами и циклонов.

Исторически места расположения человеческих поселений определялись такими факторами, как близость к источникам питьевой воды и пищи, удобством торговли и т. д. До середины XX века среди них никогда не было фактора геобезопасности. Землетрясения, цунами или извержения вулканов происходили редко и, как правило, о них забывали следующие поколения.
Ситуация изменилась с возникновением городов и появлением возможности не только сохранять информацию, но делать ее доступной обществу. К сожалению это произошло сравнительно недавно, поэтому многие города продолжают находиться в непосредственном соседстве с заснувшим вулканом или затаившимся в складках горной породы очагом землетрясения.
С другой стороны, если сравнить размеры потерь с состоянием экономики той или иной страны выясняется простой факт. Чем беднее страна, тем больше жертв и наоборот, чем она богаче, тем меньше людских потерь, но выше продолжительность жизни. Хотя в «бедных» странах проживает только 58% населения планеты, но на них приходится 88% погибших и 92% от всех пострадавших от стихии (1965—1992 гг.).
В странах с низким доходом общее количество погибших и пострадавших в 5,8 раз больше, чем со средним и в 45,2 раза больше, чем в странах с высоким доходом. Истина проста. Низкие доходы не позволяют «бедным» странам выдерживать конкуренцию со стихией, а плохое управление, в сочетании с коррупцией, иметь средства для создания безопасных условий жизни своим гражданам.
Еще лет сто назад развитые по тем временам страны страдали от землетрясений не меньше, а даже больше чем бедные страны. Вектор максимальных потерь приходился на богатые города и зажиточные провинции Европы и Америки. В 1906 году несколько тысяч погибших в США, а в Италия десятки тысяч в 1908 году. В то же время, на Ямайке в 1907 году менее одной тысячи, а в Иране около пяти тысяч погибших в 1909 году. Правильно извлеченные из катастроф уроки позволили развитым странам снизить человеческие потери от стихийных бедствий.

 

 

 

 

 

Какие бывают землетрясения?

Со времен академика Голицына сейсмические явления принято подразделять на микросейсмические и макросейсмические. Первые это те, которые обнаруживаются только приборами. К ним относятся колебания чаще всего не связанные с землетрясениями – сейсмический шум и микросейсмы, а также неощутимые человеком микроземлетрясения. Вторые, это сильные землетрясения способные вызывать разрушения и деформировать земную поверхность.
Слабые сейсмические явления сопутствуют нам повседневно. Проехавший мимо автомобиль узнается по дребезжанию стекол в окне, а на приближении поезда указывает вибрация пассажирской платформы. Во времена штыковых баталий и осадных машин враг делающий подкоп под крепостные стены узнавался по вызванной работами вибрации. Так случилось в 1608 году при осаде врагами Троице-Сергегиевской лавры под Москвой. Тогда бдительность Власа Корсакова спасла осажденную крепость, и подкоп был вовремя обнаружен.
Если вспомнить, хитрый индеец или опытный следопыт в романах Фениммора Купера прикладывая ухо к земле, определяли приближение врага по колебаниям почвы. А эффект вибрации воды в луже из кинофильма «Парк Юрского периода» использован для передачи зрителю ощущения приближения страшного динозавра. Да и знаменитая привычка страуса опускать к земле голову обусловлена не особенностями его психологии, а результатом мудрой эволюции – по вибрации почвы птица определяет приближение врага.
В сейсмологии есть место для различных курьезов. В 2001 году ровно в 11 часов утра целый миллион британских школьников в течение одной минуты начали подпрыгивать. Они пытались вызвать сигнал способный быть записанным сейсмическими станциями. Однако приборы Британского геологического управления в Эдинбурге не смогли зарегистрировать «детосейсмовоздействие». В отличие от этого эксперимента, в 1968 году колебания вызванные стартом ракеты «Сатурн-5» по программе высадки человека на Луну записали многие сейсмические станции в США.
30 июня 1908 года в бассейне реки Подкаменная Тунгуска произошло явление, известное под названием «Тунгусский метеорит». На огромной территории Восточной Сибири люди видели пролет огненного тела, который завершился взрывом, равным по мощности подрыву сорока мегатонной бомбы. Он был такой силы, что в течение почти пяти часов самописцы Иркутской обсерватории фиксировали возмущения магнитного поля Земли.
Падение метеорита причинило огромные разрушения в Тунгусской тайге, следы которых не исчезли и сегодня. На площади 500 квадратных километров был повален вековой лес, а ударная волна была такова, что сейсмические колебания записали сейсмографы в Иркутске, Ташкенте, Тбилиси и Йене.
В 2006 году в горах на севере Норвегии упал метеорит весом около одной тонны. Его падение сопровождалось мощным взрывом. В 2 часа 13 минут 25 секунд по местному времени, когда метеорит столкнулся с Землей, сейсмостанции зарегистрировали землетрясение в месте его падения.
Землетрясения различаются по своей силе, месторасположению и природе происхождения. Наиболее опасные из них имеют тектоническую природу.

 

 

 

Тектонические землетрясения

Эти землетрясения связаны с процессами горообразования и движениями литосферных плит. Как отмечалось выше, верхняя часть земной коры состоит из огромных блоков – литосферных плит способных под воздействием различных причин перемещаться в верхней мантии. Одни плиты двигаются навстречу друг другу, другие расходятся в стороны, а третьи скользят относительно друг друга в противоположных направлениях.
Поскольку горные породы обладают определенной эластичностью, то в местах тектонических разломов – границ плит там, где действуют силы сжатия или растяжения, непрерывно накапливаются напряжения до тех пор, пока они не превысят предела прочности горных пород. Тогда пласты горных пород разрушаются, и резко смещаются относительно друг друга. Подобные смещения называются тектоническими подвижками, а место где они возникают – очагами землетрясений.

Общая протяженность системы разрывов после Кумдагского землетрясения 1983 года в Западном Туркменистане достигала 27 километров.

Тектонические подвижки бывают различной пространственной ориентации. Они приводят к резкому опусканию, поднятию или смещению относительно друг друга огромных массивов горных пород. На дневной поверхности могут возникнуть протяженные тектонические трещины. По их бортам смещаются относительно друг друга участки земной поверхности, перенося находящиеся на их поля и инженерные сооружения. Тектонические подвижки происходят не только в видимых местах разломов – границ плит, но и в их центральной части, под складками и горами.
Формы проявления тектонических подвижек разнообразны. Одни образуют на дневной поверхности разрывы протяженностью в десятки километров, другие сопровождаются многочисленными обвалами и оползнями, а третьи практически не «выходят» на земную поверхность и без приборов точно определить место эпицентра землетрясения невозможно.
В Армении, Апеннинах на севере Италии, в Алжире, Калифорнии в США, в Туркменистане и многих других местах происходят землетрясения, которые не вспарывают земную поверхность, а связаны со скрытыми под поверхностным ландшафтом разломами. Иногда слабо верится, что сглаженная смятыми в складки породами и слегка волнистая местность может таить угрозу. Однако в подобных местах происходили и происходят сильные землетрясения. В терминологии американских сейсмологов Р. Стейна и Р. Йется они получили название скрытых тектонических землетрясений.
Одна из самых быстрорастущих складок в мире находится вблизи Вентуры в Калифорнии и характеризуется высокой сейсмической активностью. Землетрясения под складками произошли в Коалинге и Кетлемен-Хилзе в 1983 и 1985 годах с магнитудами 6,5 и 6,1 по шкале Рихтера. Ими в Коалинге было разрушено 75% неукрепленных зданий. В 1987 году землетрясение с М = 6 в Уиттиер-Нерроуз ударило по густозаселенным пригородам Лос-Анджелеса. Оно принесло ущерб в 350 миллионов долларов США и погубило восемь человек.
В схожих геологических условиях в предгорьях Копетдага возникло Ашхабадское катастрофическое землетрясение 1948 года унесшее жизни около сорока тысяч человек. В 1980 году в Эль-Асаме (Алжир) скрытое землетрясение с М = 7,3 привело к гибели трех с половиной тысяч человек.
Существование скрытых землетрясений таит в себе угрозу для освоения залежных земель. Как правило, на пустынных территориях признаваемых неопасными, размещают могильники и захоронения токсичных отходов (например, район Коалинга в США). Если допущен просчет в оценке их сейсмической опасности, то землетрясение способно нарушить целостность хранилищ и вызвать экологическую катастрофу.
Часть тектонических землетрясений происходит под морским дном также как и на суше. Некоторые из них сопровождаются смертоносными цунами. Сейсмические волны от землетрясений с эпицентрами в морях и океанах также могут вызвать разрушения на суше. Так было в Мехико в 1985 году, и часто происходит в Японском архипелаге, Сахалине и островах Курильской гряды.

 

 

 

Вулканические землетрясения

Одно из самых интересных и загадочных геологических образований на планете это вулканы. Их название пришло из римской мифологии, где Вулкан считается богом разрушительного и очистительного пламени. Его греческим родственником является бог Гефест, но в отличие от него Вулкан кузнечными делами не занимался, а его природный прототип далеко не безобиден.
Эти названия появились во времена, когда человек, будучи не в силах понять природу стихии, олицетворял её в образах мистических существ. Так было удобно не только объяснять мир, но и информировать потомков об опасности. Можно посмеяться над наивностью древних. Но столь ли важно, каким способом передается предупреждение – в форме мифа или в виде норм сейсмостойкого строительства остающихся для большинства современных людей тайной за семью печатями, так же как устройство смартфона несмотря на его ежедневное использование.
Человечеством должны были быть принесены огромные жертвы стихии, раз память о природных катастрофах древности не исчезла, и отразилась во всех религиозных вероучениях от Библии до Корана. Так, в Суре «Пещера» (58,59) рассказано о произошедшей задолго до возникновения ислама трагедии: «А Господь твой – прощающий, обладатель милосердия, – если бы Он схватил их за то, что они приобрели, то успокоил бы. Он для них наказание. Но у них есть определенный срок, и никогда они не найдут помимо Него убежища. И эти селения погубили Мы, когда они стали несправедливыми, и сделали их гибели определенный срок».
Благодаря начатым в 1748 году археологическим раскопкам стало ясно, что здесь речь идет об иных, чем описано в Библии, городах «разврата и богохульства». В начале первого тысячелетия нашей эры они располагались на побережье Неаполитанского залива и в 79 году были уничтожены извержением вулкана Везувия. Они именовались Геркуланум, Помпея и Стабия.
Предвестником пробуждения Везувия стало разрушившее часть Помпей и Геркуланума землетрясение. Оно произошло 5 февраля 63 года. Спустя шестнадцать лет произошло само извержение Везувия. Потоки огненного ливня с пеплом из пиниеобразного облака погребли под собой Геркуланум, Помпею и Стабию. Только в Помпеях погибло около двух тысяч человек.
До 1902 года, землетрясения и ураганы не раз производили опустошения на острове Мартиника принадлежащего группе Малых Антильских островов известных как Вест-Индия. В 1838 году сильное землетрясение известило об активизации образующего северную часть Мартиники вулкана Пеле, но сильного извержения тогда не произошло. Спустя 64 года все произошло иначе.
21 мая 1902 года над вулканом Пеле повисло густое серебристое облако, и завеса из черного дыма покрыла гавань и город. Это был праздник Вознесения и жители тридцатитысячного Сен-Пьера стали собираться в церковь. Ровно в 7 часов 30 минут раздался оглушительный рокот и плотное серовато-красное облако, опутанное сетью молний, покатилось с вулкана прямо на город. Горячие газы, пыль и грязь несли с собой смерть и разрушение. Последнее что услышал чиновник из Фор-де-Франсе разговаривавший по телефону с Сен-Пьером в этот момент, было бормотание задыхающегося человека, а затем непонятный шум и будто удар в ухо. Потом все стихло.
Спустя много лет можно констатировать, что признаков приближения извержения было на удивление много. В начале мая года жители начали слышать гул и ощущать слабые колебания почвы. Подземные удары с каждым днём становились все сильнее. От момента их возникновения до катастрофы прошло не менее двадцати дней. В последние дни сейсмические толчки перешли в непрерывные сотрясения почвы. Нарастал гул, происходили выбросы дыма и пара из жерла вулкана. Тем не менее, жители Сен-Пьера все эти признаки приближающегося извержения не приняли во внимание, и трагедия стала неизбежной.
В северной части Карибского моря расположен остров Ямайка – райское место для отдыха. Однако именно здесь в 1692 и 1907 годах произошли вулканические землетрясения с губительными для острова последствиями. В 1692 году до основания была разрушена его столица Порт-Ройял. Пришлось в соседнем Кингстоне основать новую столицу, которая также была разрушена вулканическим землетрясением спустя пятнадцать лет.
В 1883 году сильное землетрясение сопровождало извержение вулкана Кракатау в Индонезии. Взрывом была уничтожена половина вулкана, погибло все население острова и разрушены города на островах Суматра, Ява и Борнео. Последовавшее за землетрясением цунами смыло все живое с низменных островов Зондского пролива.
18 июля 1883 года курортный город на острове Иски около Неаполя был превращен в груду развалин вулканическим землетрясением. Город удобно расположился рядом с теплыми минеральными источниками, на склоне недействующего вулкана Ипомео. За неделю до катастрофы температура в источниках резко повысилась, возникли новые фумаролы – отдушины выбрасывающие струи вулканических газов. Жители стали ощущать подземные толчки и спустя некоторое время последовал сильный подземный удар. Извержения не произошло, но землетрясение напомнило о том, что вулкан способен в любой момент проснуться.
В 1914 году землетрясение предвестило начало извержения вулкана Саку-Яма в Японии.
В 1952 году взрыв рифа Мёдамн расколол воды океана, поднял со дна дым, огонь и лаву. Огненным шквалом было распылено японское наблюдательное судно «Дайго Кайёмару» с экипажем в тридцать один человек.
В конце 2001 года на Камчатке активизировался вулкан Карымский в России. Произошли многочисленные землетрясения, сильнейшие из которых имели магнитуду около 7 по шкале Рихтера. Это один из самых активных вулканов в мире. Вулканические землетрясения постоянно регистрируются в окрестностях вулканов Ключевской Сопки и Шивелуч.
Подготовка извержения ведется в течение многих десятков – сотен лет и сопровождается рядом явлений. Обычно сейсмическая активность в районе вулкана усиливается, происходит увеличение числа и силы землетрясений. Это связано с тем, что бурлящие в недрах вулканических гор раскаленные газы и лава давят на верхние слои породы примерно так, как пары кипящей воды на крышку чайника.
Возникают серии мелких землетрясений, т.н. вулканический трёмор (вулканическое дрожание). Он связан с подъёмом из глубин горячей магмы, которая вызывает растрескивание более холодных горных пород в верхней части вулкана. Происходит всплеск сейсмической и акустической активности, что является важным признаком пробуждения вулкана.

В зонах где одна тектоническая плита подвигается под другую возникают вулканы, а гипоцентры землетрясений образуют наклонную плоскость т.н. зоны Вадати-Беньёффа.

Поскольку области современного вулканизма, как это характерно для Японских островов, Курил, Камчатки или Италии, совпадают с местами возникновения тектонических землетрясений на фоне общей сейсмической активности региона трудно определить вулканическую природу отдельного толчка. Но различать по природе возникновения землетрясения крайне важно, поскольку если подземный удар связан с деятельностью вулкана он может помочь спрогнозировать извержение.
Сам сейсмический эффект вулканических землетрясений почти ничем не отличаются от тектонических, хотя их энергия, а следовательно «дальнобойность» меньше. Главным признаками вулканического землетрясения считается совпадение его очага с расположением вулкана и сравнительно небольшая мощность.
В свою очередь тектонические землетрясения могут спровоцировать вулканическую деятельность. Сильнейшие из них существенно меняют поле тектонических напряжений, тем самым облегчая доставку вулканического материала из земных недр. Так было в Чили в 1960 году, и достаточно часто происходит в районе Японских островов.
Вулканы разделяют на действующие, уснувшие и потухшие. К последним относятся те из них, которые сохранили свою форму, но сведений об их извержениях нет. Тем не менее, под ними также возникают слабые толчки, свидетельствуя, что в любой момент они снова могут проснуться.
В начале 2001 года активизировался самый большой вулкан Европы Этна, что в переводе с греческого языка означает «Я горю». Высота вулкана составляет 3200 метров над уровнем моря. Его первое из известных извержений произошло в 1500 году до нашей эры, а за последние триста лет произошло четыре крупных извержения Этны сопровождаемых землетрясениями.
В октябре 2002 года из-за опасности извержения Этны итальянские власти ввели в ряде районов Сицилии чрезвычайное положение. Произошло несколько сотен землетрясений, наиболее мощные из которых имели магнитуду около 4,3 по шкале Рихтера. В Санта-Венерина от них пострадало много домов, и почти тысяча жителей острова покинула свои дома. В ноябре 2006 года вулканический пепел из жерла вулкана поднялся на высоту пяти километров и парализовал аэропорт в городе Катания.
С вулканами связаны так называемые «тихие» землетрясения. Одно из них произошло на южном фланге вулкана Килауеа в 2000 году. После землетрясения с М = 5,7 по шкале Рихтера в течение 36 часов продолжались толчки вызванные опусканием на девять сантиметров южной стороны вулкана в море.

 

 

 

Обвальные землетрясения

На юго-западе Германии и в других местах богатых известковыми породами люди иногда ощущают слабые колебания почвы. Их возникновение связано с карстами – пустотами в земных недрах, образующихся из-за вымывания подземными водами известковых пород. Под давлением верхних пластов породы пустоты обрушиваются, и возникают землетрясения.
Иногда за первым происходит новый толчок или несколько ударов с промежутками в несколько часов или дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Это и есть обвальное или карстовое землетрясение.
Обвальные землетрясения вызываются обрушением со склонов гор породы, провалами и просадками грунтов. Чем больше масса обвалившейся породы и высота обвала, тем больше кинетическая энергия удара и, следовательно, магнитуда землетрясения.
Обвалы, сходы каменных или снежных лавин, обрушение кровли пустот под землей могут возникать под воздействием как естественных, так и техногенных факторов. Часто это следствие недостаточного отвода воды приводящее к размыванию оснований различных построек, или проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов из-за которых образуются пустоты, изменяется плотность окружающих пород и другое.
При добыче подземным способом легко растворимых в воде калийных солей на рудниках зачастую образуются карсты. При обрушении свода этих подземных полостей на поверхности образовываются провалы в виде так называемых карстовых воронок, сопровождаемых землетрясениями. С начала промышленной добычи калийных солей зарегистрированы сотни аварий на месторождениях в США, Канаде, Франции, Германии, России и многих других стран.
Во Франции в 1873 году в Варанжевиле из-за слишком больших объемов выработки не выдержали колонны шахты, на поверхности появились концентрические провалы диаметром 160 и 350 метров.
В 1974 году со склона хребта Викунаек в Перуанских Андах в долину реки Мантаро с высоты почти двух тысяч метров обрушилось около 1,5 миллиарда кубометров горных пород. Обвал похоронил под собою 400 человек. С невероятной он силой ударил по дну и противоположному склону долины. Колебания от этого обвального землетрясения с магнитудой более пяти были зарегистрированы на удалении в три тысячи километров.
В России 25 июля 1986 года при прорыве подземных вод на третьем руднике комбината в Березниках (Пермская область) образовалась карстовая воронка диаметром более 50 метров и глубиной более ста метров. Одновременно произошел выброс и взрыв природного газа.
В Германии 13 марта 1989 года произошло обрушение подземных пустот под городом Фёлькерсхаузен (Тюрингия). Перемещение подземных пластов на глубине 750—900 метров вызвало землетрясение магнитудой 5,6 по шкале Рихтера. Были разрушены 300 из 360 домов, включая старинный замок и церковь.
При добыче угля, которая продолжалась в Англии больше века, также происходили землетрясения, и не одно, а тысячи. Исходя из опыта шахтеров-угольщиков, землетрясения магнитудой больше 3,0 при подземной добыче ископаемых крайне маловероятны.
В России 5 января 1995 года при обрушении подземного рудника в г. Соликамске (Пермская область) произошло землетрясение магнитудой больше четырёх. Горные породы обрушились на площади почти 35 гектар. Земля осела на 4,7 метра. Там же 18 ноября 2014 года образовался провал на удалении трех километров от СКРУ-2 компании «Уралкалий». За сутки величина провала увеличилась с 20х30 метров до 30х40 метров. В тот же день на руднике произошла авария – приток солевого раствора в шахту. На месте провала были установлены сейсмические датчики, и сделаны с дирижабля фотоснимки.
В России 9 октября 1997 года в Березниках на территории Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей произошло обвальное землетрясение с эпицентром в районе второго и третьего рудоуправлений. За период с октября 1993 по ноябрь 2005 здесь зафиксировано несколько сотен слабых землетрясений.
На территории России обвальные землетрясения неоднократно происходили в Архангельске, Вельске, Шенкурске и других местах. На Украине в 1915 году жители Харькова ощутили сотрясения почвы от обвального землетрясения в Волчанском районе.
В 2003 году в Кош-Агачском районе Республики Алтай землетрясение вызвало обрушение древних озерно-ледниковых масс объемом 20 миллионов кубических метров. Из-за этого уровень грунтовых вод в пределах пойм рек Чуя и Джазатор поднялся на 1,2 метра. В разрезах трещин геологи наблюдали обилие льда, по которому происходили смещения. Подземные толчки спровоцировали таяние льда и выбросы теплой воды на поверхность.

 

 

 

Наведённые землетрясения

Эти землетрясения иногда называют техногенными или антропогенными. Природа их возникновения связана с деятельностью человека или неким масштабным природным воздействием на земные недра. Проводя подземные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек оказался способным вызывать подземные удары.
Земные недра на определенный период времени находятся в состоянии устойчивого равновесия. Как только в силу различных причин (внешние воздействия, разработка месторождений полезных ископаемых, выработка шахт и др.) оно нарушается, в них происходит перераспределение напряжений, и уравновешенная система превращается в неустойчивую. Возвращение к устойчивому состоянию сопровождается землетрясениями
Техногенное воздействие на природную среду способно изменять структуру напряжений в ней и выступить спусковым крючком для подготовленного природой землетрясения. В 1976 году Б. Болт, а затем В. Адушкин, А. Гамбурцев и А. Николаев в своих работах показали, что подземные ядерные взрывы инициируют землетрясения. Так, во время ядерных испытаний на расположенном в штате Невада полигоне были зарегистрированы тысячи инициированных ядерными взрывами землетрясений. Однако впервые с реакцией недр на их деятельность люди столкнулись в шахтах и при прокладке в горных массивах тоннелей.
В 1901 году небольшое землетрясение привело к потере прочности склонов горы Тартл. Вибрации горных склонов из-за производимых для добычи каменного угля взрывов и от движения составов по проложенной у подножья горы железной дороге, постоянно воздействовали на горный массив. От добычи каменного угля в нем образовались большие пустоты. Здесь ежесуточно извлекалось до 1100 тонн. Всего было извлечено почти 397 тысяч кубометров породы, а образовавшиеся под землей пустоты составили около 181 тысячи кубометров. Землетрясение, антропогенная деятельность и образовавшиеся пустоты в недрах горы, в конце концов, ослабили устойчивость горных склонов.
29 апреля 1903 года на горе Тартл с высоты 900 метров сорвалось вниз почти 30 миллионов кубометров горных пород. Скально-земляной вал высотой 30 метров и шириной фронта в 2,5 километров перемещался со скоростью 160 км/час. Он похоронил под собой долину реки Кроузнест вместе с шахтерским городком Френк. Погибло 70 жителей, только 16 работавших в шахтах шахтеров смогли спастись, прорубив себе путь в слоях угля.
В Испании произошедшее 11 мая 2011 года землетрясение около города Лорки отнесено к спровоцированному осушением фермерами водоносных пластов. С 1960 года фермеры добывали здесь воду для поливки полей из всё более глубоких колодцев. За 50 лет уровень грунтовых вод в котловине, на границе которой произошел тектонический сдвиг в 20 сантиметров, упал на 250 метров.
Мощные природные силы могут спровоцировать землетрясения. К примеру, перемещение громадных масс воды при лунно-солнечных приливах или резкое нагружение ослабленных участков земной поверхности значительными массами дождевой влаги или снега. Резкая разгрузка или нагрузка территорий, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, может влиять на сейсмическую активность.
Хотя энергетика землетрясений колоссальна провоцирующие их силы могут быть относительно небольшими. Так, при гигантских величинах веса вышележащих пород для возникновения разрыва и был преодолен предел прочности горного материала достаточно десять – сто бар дополнительной нагрузки. Это происходит в процессе заполнения глубоких водохранилищ, и приводит к землетрясениям. Подобное наблюдалось в момент заполнения водохранилищ Нурекского, Токтогульского и Червакского.
Накопление огромной массы воды в водохранилищах приводит к изменению гидростатического давления в породах и снижению сил трения на контактах земных блоков. Это повышает вероятность возникновения землетрясений. Установлено, что давление возрастает с увеличением высоты плотины. Так, для плотин высотой более десяти метров наведенную сейсмичность вызывало около 0,63% из них. При строительстве плотин высотой более 90 метров уже 10%, а для плотин высотой более 140 метров уже 21%.

Процент плотин провоцирующих наведённые землетрясения в зависимости от их высоты.

Интересные особенности изменения сейсмической активности на западе Туркменистана автор отметил при перекрытии стока воды из Каспийского моря в залив Кара-Богаз-Гол в марте 1980 года. Затем при открытии стока воды 24 июня 1992 года.
В 1983 году залив перестал существовать как открытый водоем, а в 1993 году в него было пропущено 25 кубических километров морской воды. На примыкающей к заливу территории, где велись работы по добыче нефти и газа, друг за другом возникли два небольших землетрясения. Сначала произошло в 1983 году Кумдагское, а затем в 1984 году Бурунское землетрясение. Их очаги находились на необычно малой глубине поэтому их сейсмических эффект был значителен. Пострадал поселок нефтяников Кум-Даг и близлежащие села.
В Индии 11 декабря 1967 года в районе плотины Койна произошло землетрясение с М = 6,4 по шкале Рихтера. Оно было вызвано заполнением водохранилища. Погибли 177 человек, а расположенному рядом городку Койна-Нагар причинен значительный ущерб.

В Лесото в конце октября 1995 года удерживаемый плотиной Катсе резервуар стал заполняться водой. Несколько дней спустя люди ощутили слабые сейсмические толчки. 2 февраля 1996 года произошло землетрясение с М = 3,1 по шкале Рихтера.
Возникновение наведённых землетрясений с магнитудой до шести происходило при строительстве Ассуанской плотины в Египте, плотины Койна в Индии, Кариба в Родезии, Лейк Мид в США.
В России возможной причиной землетрясения магнитудой 4,7 балла, произошедшего в Усть-Илимске Иркутской области 17 января 2014 года, скорей всего было заполнение водохранилища Богучанской ГЭС в Красноярском крае. Очаг землетрясения находился в районе северной части водохранилища.
Комплекс проблем может возникнуть вокруг нефтегазового комплекса при бурении на шельфе Каспийского моря. Здесь интенсивная разработка месторождений углеводородного сырья осложняется неблагополучными сейсмическими условиями. К примеру, если раньше на месторождении Тенгиз не было зафиксировано толчков, то в 2004 году здесь произошло 43 слабых землетрясения. В Южной части Каспия располагаются зоны грязевого вулканизма. Попытки бурения здесь приводят к выбросам и провалам.
Появились сообщения о проседании дна Северного моря в пределах месторождения Экофиск после извлечения из его недр 172 миллионов тонн нефти и 112 млрд. кубометров газа. Оно сопровождается деформациями стволов скважин и самих морских нефтяных платформ.
Одно из первых вызванных добычей нефти техногенных землетрясений произошло в 1939 году на месторождении Уилмингтон в Калифорнии. За ним здесь стартовал цуг подземных толчков. Они вызвали разрушение зданий, повреждение дорог, мостов, нефтяных скважин и трубопроводов. В 1954 году было доказано, что закачка воды в пласт позволяет бороться с проседанием почвы. Она также увеличивала коэффициент отдачи нефтяного пласта.

Грязевой вулкан в Западном Туркменистане (Legal Notices of Google Earth, 2009).

В 1958 году стартовал первый этап работы по заводнению. На южном крыле нефтеносной структуры в продуктивный пласт закачивалось до 60 тысяч кубометров воды в сутки. Через десять лет закачивалось до 122 тысячи кубометров в сутки, и проседание практически прекратилось. Тем не менее, данный способ не всегда эффективен. Вода, закаченная в глубинные пласты, может повлиять на температурный режим массива и спровоцировать землетрясения.
При неблагоприятном сочетании техногенных факторов и тектонических условий увеличивается риск техногенных землетрясений способных создать аварийные ситуации. Таким как разрывы продуктопроводов, выход из строя эксплуатационных скважин, разрушение жилых и производственных строений или коммуникаций. Экологический ущерб от подобных аварий может оказаться несопоставим с выгодой добычи углеводородов. Тому пример аварии на продуктопроводе в России под станцией Аша в Башкирии, когда сгорели два пассажирских состава. Или крупная экологическая катастрофа под Усинском, где авария на нефтепроводе привела к нефтяному загрязнению обширной территории и другие.
Примером изменения рельефа при закрытой разработке месторождений служит Западный Донбасс в Украине. Здесь общая площадь участков с глубиной оседания почвы в 5—7 метров составляет более двадцати квадратных километров. На солепромысле Новый Карфаген деформациями охвачена практически вся его территория с амплитудами оседаний от трех до восьми метров. На Назаровском буроугольном месторождении от обрушения кровли штреков на поверхности возникают воронки глубиной до семи метров.
На рудных месторождениях также образуются провалы. Так в районе Нижнего Тагила в России подземные разработки железной руды ведутся более 260 лет на глубинах от 300 до 750 метров. Они привели к провалу в отработанное пространство горы Высокая. Местами глубина проседания здесь составляет до 80 метров.
В Швейцарии землетрясение в Базеле в декабре 2006 года с магнитудой 3.5 по шкале Рихтера, судя по всему, было вызвано работами по реализации проекта по использованию геотермальных источников.
В 2009 году в немецком городе Ландау работы по использованию геотермального тепла спровоцировали землетрясение магнитудой 2,7. Подземные толчки вызвали раскачивание зданий, но не нанесли ущерба. Они сопровождались громким звуком, напоминающим звуковой удар. Землетрясение было вызвано закачкой воды под большим давлением на глубину в несколько километров. По проекту для выработки электроэнергии использовался обратный пар, получаемый в результате испарения закаченной воды.
Изменения природного рельефа происходят при скважинной добыче углеводородного сырья. Еще на стадии разведки месторождений бурение скважин нарушает гидрогеологические условия, и вызывает активизацию карста. Самым впечатляющим примером этого является город Лонг-Бич в Калифорнии (США).
Добыча нефти и газа здесь привела к проседанию территории площадью в 52 квадратных километра. Оседание происходило с все возрастающей скоростью. К 1952 году его скорость достигла 30—70 см/год. Воронка оседания имела форму эллипса с осями длиной 65 и 10 километров. К началу 60-х годов прошлого века максимальное опускание составило 8,8 метров, а горизонтальные смещения 3,7 метров.
Негативные экологические последствия разработки месторождений полезных ископаемых проявляются не сразу, а спустя некоторое время. Так, оседание поверхности на 2—3 метра вызывает в будущем снижение урожайности сельскохозяйственных культур на 10%, на 5—6 метров на 50%, а при оседании более чем на 8 метров угодья разрушаются полностью.
Проседание грунта и землетрясения происходят в старых нефтедобывающих районах России. Особенно это сильно проявляется на Старогрозненском месторождении. Здесь слабые землетрясения, как результат интенсивного отбора нефти из недр, возникали в 1971 году. Тогда произошло землетрясение интенсивностью до VII баллов в эпицентре. Он находился в шестнадцати километрах от г. Грозный. Пострадали жилые и административные здания не только поселка нефтяников расположенного на месторождении, но и города.
На старых месторождениях Азербайджана Балаханы, Сабунчи и Романы в пригороде г. Баку также происходит оседание поверхности, сопровождаемое горизонтальными подвижками. Они приводят к смятию и поломки обсадных труб эксплуатационных нефтяных скважин.
Землетрясения могут возникать из-за добычи нефти и газа в районах с активной тектоникой. К примеру, спустя двадцать лет после начала разработки нефтяного месторождения на западе Туркменистана в 1983 году произошло Кумдагское землетрясение.
Спустя тридцать лет после начала разработки Первомайского нефтяного месторождения на Сахалине в 1985 году произошло Нефтегорское землетрясение.
Газлийские землетрясения в Узбекистане возникли в 1976 году с магнитудами 7 и 7,3 по шкале Рихтера и еще одно, с магнитудой 7 спустя всего семь лет – в 1984 году.
В Северном море, землетрясение с М = 5 по шкале Рихтера в мае 2001 года считается было спровоцировано добычей нефти и газа.
В 2014 году подземные толчки на севере Нидерландов интенсивностью более III балла привели к обсуждению вопроса о возможности продолжения газовых разработок в регионе Гронинген. Здесь залежи газа были открыты в 1959 году и с тех пор дали стране огромное преимущество перед соседними странами ЕС. Тем не менее, из-за протестов жителей Гронингена в 2015 году лимит добычи на месторождении уменьшен на 7% – до 39,4 млрд. кубометров. Потери выручки от продажи газа оценены в 700 млн. евро в 2015 году и в 130 млн. евро в 2016 году.
Особый интерес к наведённым землетрясением возникает в связи с расширяющейся добычей сланцевого газа содержащегося в непрочных осадочных породах. В 1947 году в США был впервые проведен эксперимент с применением гидравлического разрыва пласта методом фрекинга (Hydraulic Fracturing). Сам метод заключается в закачке воды в подземные пласты породы. Вода с добавлением песка под большим давлением вытесняет скопившийся за миллионы лет газ в сланцевых породах. С 1949 года началась его коммерческое использование. В Германии в районе Клоппенбурга почти сорок лет ведется добыча природного газа методом гидравлического разрыва.

Карта эпицентров землетрясений произошедших за последние 500 лет в Копетдагском регионе и Западном Узбекистане. В правом верхнем углу изолированное тёмное пятно образовано афтершоками Газлийских сильных землетрясений. Структура сейсмичности здесь иная, чем на других участках карты.

Собственно сам по себе гидроразрыв представляет собой небольшое микроземлетрясение, которое можно зафиксировать только с помощью специальной аппаратуры. Тем не менее, иногда толчки бывают настолько сильными, что их можно почувствовать на поверхности даже без приборов.
Считается, что закачка воды на месторождении Приз Холл при добыче сланцевого газа близ Блэкпула в Англии стала причиной землетрясений с М = 2,3 и 1,5 в апреле и мае 2011 года. Пробная добыча, начатая британской газовой компанией Cuadrilla, но была остановлена после этих землетрясений. Комиссия экспертов, назначенных департаментом энергетики и климатической безопасности страны, пришла к выводу, что подземные толчки будут продолжаться, но их энергия слишком мала для причинения серьезного ущерба. Поэтому комиссия разрешила продолжение работ с мониторингом состояния недр.
В США почти 20% землетрясений происходивших в штате Оклахома имеют отношение добычи газа методом гидроразрыва. Специалисты Корнелльского университета пришли к выводу, что пятая часть происходящих юго-восточнее города Оклахома-Сити землетрясений связана с четырьмя скважинами по добыче газа. По их данным промысловая деятельность способна вызывать подземные толчки в радиусе до 35 километров от места их расположения скважин.
Зачастую обычные землетрясения относят к спровоцированным фрекингом. Так, в Германии 13 февраля 2012 года произошло землетрясение недалеко от города Нойенкирхен-Тевель магнитудой три в районе газового месторождения. Последний гидроразрыв здесь был произведён за два года до него, а в 2004 году здесь уже случалось землетрясение с магнитудой 4,5. Поэтому новое землетрясение скорей всего с газодобычей не связано.

В Голландии и Нижней Саксонии регистрировались подземные толчки связанные с добычей природного газа, но они произошли до использования технологии фрекинга. То же самое можно сказать о тех сейсмоактивных районах, где подобные технологии еще не применялись.
Возникновение землетрясений в местах добычи сланцевого газа происходят редко и, скорей всего, обусловлены особенностями строения недр в местах разработок.

 

 

 

Мегалоземлетрясения

Это почти планетарного масштаба тектонические события. Их магнитуда может составлять от 8,5 до 9 по шкале Рихтера, но для более точного описания необходимо использовать специальные энергетические шкалы. Мегалоземлетрясения возникают не часто – всего несколько штук за столетие и именно они отвечают за основной расход сейсмической энергии на планете. Сила их такова, что они способны вызвать собственные колебания Земли и повлиять на скорость её вращения.
Несмотря на масштаб энергии таких землетрясений в XIX веке около половины произошедших на планете подземных ударов магнитудой более 8,5 не были учтены. Сейсмических станций на тот период времени ещё не было, а учёт землетрясений был не совершенен, как из-за качества информационных коммуникаций, так и недостатка знаний необходимых для точной их классификации. Одним из подобных примеров является землетрясение на Камчатке 1841 года. Другой пример, это подземные толчки на Малых Антильских островах в 1843 году.

Мегалоземлетрясениям прошлого обязана своим ликом наша планета. Так, после землетрясения и крупнейшего на Земле оползня-обвала образовалось озеро Сеймерре в Иране. В Азербайджане озеро Гёйгёль (Голубое озеро) возникло после сильного землетрясения, произошедшего близ Гянджи 30 сентября 1139 года. Тогда вершина горы Кяпаз обрушилась в ущелье реки Ахсу.
«В месяце Арег, на 18-й день месяца, в течение ночи с пятницы на субботу, в день праздника святого Георга, ярость господнего гнева обрушилась на мир; неистовство земли и сильное разрушение двинулись ужасными толчками и достигли этой страны Албании. Этим землетрясением много было разрушено во многих местах в областях Парисос и Хачен, как на полях, так и в горах. В результате его столица Ганджак также была швырнута в ад, поглотив своих жителей. И во всех концах своей поверхности земля держала их в своих объятиях, а в горных районах многие крепости и деревни были разрушены вместе с монастырями и церквами, которые обрушились на головы их жителей, и бесчисленное множество людей было убито разрушенными зданиями и башнями» (Очевидец, уроженец и житель Гянджи Мхитар Гош).
При землетрясении 1958 года дно заливов Криллон и Джильберт на Аляске по тектоническому разлому резко сдвинулось почти на семь и приподнялось более чем на шесть метров. Со склонов гор в воду обрушилось более 36 миллионов кубометров горных пород.
Мегалоземлетрясениям предшествует активизация сейсмической активности на больших территориях. Их афтершоковые последовательности продолжаются многие годы. Сами по себе они бывают очень опасными, поскольку возникают на большой площади и далеко от места главного удара. В прошлом веке мегалоземлетрясениями были Чилийское 1960 года и Аляскинское 1964 года с очагами под морским дном.
При Чилийском землетрясении 1960 года многочисленные обвалы и оползни привели в движение массу горной породы объемом в сотни миллионов кубометров. Только в районе озера Риниту пять миллионов кубометров горной породы переместилось почти на километр по долине реки Сан-Педро. В зоне набольших сотрясений продолжительность сейсмических колебаний составила около 200 секунд. Землетрясение превратило Андийские Кордильеры в громадный «вибрационный стол» на котором горные массы приобретали необычную подвижность и обрушивались вниз.
Землетрясение 1964 года на Аляске спровоцировало грандиозный оползень Шерман. Сместилось 30 миллионов кубометров горной породы, и только слабая заселенность этих мест свела к минимуму человеческие потери.
Сильнейшие землетрясения в истории США произошли в 1811 и 1812 годах. Они были такой силы, что изменили русло реки Миссисипи. Толчки ощущались от южной Канады до Мексиканского залива, от Атлантического побережья США до Скалистых гор.
Мегалоземлетрясение с магнитудой более восьми по шкале Рихтера произошло 12 июня 1897 года в северо-восточной Бенгалии. Оно изменило рельеф земной поверхности в эпицентральной зоне.

Места возникновения сильнейших землетрясений XX века.

Сильные землетрясения начала XXI возникли в 2004 и 2005 годах в Юго-восточной Азии. Первое из них сопровождалось разрушительным цунами и гибелью более двухсот тысяч человек. Второе причинило значительный ущерб острову Ниас, расположенному неподалеку от западного побережья Суматры и унесло жизни нескольких тысяч человек. Третье землетрясение произошло в Пакистане, и вызвало гибель 73 тысяч человек. Четвертое возникло в Японии, и вызвало разрушение АЭС «Факусима». Таким образом, почти несколькими сотнями тысяч смертей открыта летопись сейсмических катастроф нового века.
Благодаря мегалоземлетрясениям доказано существование собственных колебаний Земли. Так, любое упругое тело после удара подобно колоколу совершает колебания. В 1911 году английский математик профессор Огастес Эдвард Хаф Ляв (Лав) вычислил период собственных колебания стального шара размером с Землю. Оказалось, что он будет равен одному часу. Первые собственные колебания Земли с периодом 57 минут обнаружены Беньоффом в 1952 году после землетрясения на Камчатке. После чилийского землетрясения в 1960 году были зарегистрированы колебания Земли с периодом 54 минуты.
Собственные колебания это лучший тест для оценки верности принятой модели Земли. Определённые теоретически они получают подтверждение путём наблюдения за последствиями мегалоземлетрясений. Сопоставление теоретических и наблюдательных данных решает вопрос о правильности или ошибочности принятых представлений о планете.
Мегалоземлетрясения всегда сопровождаются уникальными природными явлениями – извержениями вулканов, громадными обвалами, оползнями, цунами, снежными лавинами, протяженными разрывами земной поверхности и многим другим. Они приводят к изменению продолжительности земных суток. Так, землетрясение 2004 года на Суматре сократило земные сутки на 6,8 микросекунды, землетрясение 2010 года в Чили на 1,26 микросекунды, а землетрясение 2011 года в Японии на 1,8 микросекунды.

Отметим, оценивать величину землетрясений исходя из размеров принесённого ущерба неверно. Энергия землетрясения и потери от него чаще всего не адекватны друг другу. Суммарные человеческие потери от двух мегалоземлетрясений прошлого века не превысили десяти тысяч человек. Намного уступающие им по энергии землетрясения в Ашхабаде, Спитаке и других местах унесли в несколько раз больше жизней.

Крупный оползень в результате небольшого землетрясения сошел 18 февраля 1911 года на Памире – 2,2 миллиарда кубометров. Был завален кишлак Усой со всеми его жителями, их имуществом и домашним скотом. Скальные породы перегородили долину реки Мургаб с поперечником в 4 – 5 километров и высотой более 700 метров. Возникло новое озеро Памира – Сарезское. Оно стало быстро расти, и затопило кишлаки Сарез, Нисор-Дашт и Ирхт.
Относительно слабое Гиссарское землетрясение 23 января 1989 года с эпицентром в тридцати километрах юго-западнее столицы Таджикистана Душанбе с М=5,3 привело в движение лёссовидные толщи на горных склонах. Положение усугубило то, что из-за дождей произошло их сильное обводнение. Возник крупный оползень, заваливший поселок Шарора и погубивший более двухсот человек.
Вывод очевиден. Даже не очень сильное землетрясение там, где к нему не готовы, приносит несоизмеримый ущерб в сравнение с его энергией и тогда его называют катастрофическим.

 

 

 

Катастрофические землетрясения

Определение «катастрофическое» употребляется по отношению ко всем землетрясениям, независимо от их энергии повлекшим за собой обширные разрушения и многочисленные человеческие жертвы. Такие землетрясения могут привести к социальным потрясениям, вызвать нарушение естественных функций природного комплекса с неблагоприятными экологическими последствиями.

Сан-Франциско в огне, 1906 год (Public Domain).

Уже отмечалось, насколько судьбоносными для древних сообществ оказывались стихийные бедствия. Приходили в расстройство целые государства, уничтожалась их инфраструктура, возникали эпидемии и голод. В наши дни ситуация изменилась, природа тектонических землетрясений в целом понятна, а накопленные знания позволяют строить надежные дома и находить наиболее безопасные для их расположения места. Тем не менее, потери от стихийных бедствий растут пропорционально масштабам городских поселений, численности людей и определяются невозможностью большинства людей иметь безопасное жилье.
Особенностью катастрофических землетрясений является их каскадность. Иными словами, подземные удары влекут за собой новые беды, которые бывают опаснее самого землетрясения. Так произошло в США в 1906 году и в Италии в 1908 году, в Японии в 1923 году, когда убытки от пожаров намного превысили ущерб от самих землетрясений.

Землетрясение в Сицилии и Южной Калабрии, 28 декабря 1908 год (Public Domain).

Сильное землетрясение и даже относительно слабое в горной местности во время затяжных дождей (частое явление на южно-американском континенте) или сильного снегопада (как это бывает в Афганистане) могут иметь дополнительные жертвы, а то и определить масштабы всего ущерба от них.
В апреле 1983 года в Колумбии землетрясение пришлось на период затяжных дождей от которых началось наводнение. Всего за 18 секунд административные и жилые здания в городе Папайян превратились в груду развалин.
13 января 2001 года морское землетрясение с магнитудой 7,6 по шкале Рихтера нанесло огромный ущерб Сальвадору. Хотя очаг располагался в Тихом океане на удалении в сто километров от побережья, землетрясение привело к многочисленным жертвам. Более тысячи человек оказались погребёнными под грязевым потоком в столице страны Сан-Сальвадор. Он накрыл около 400 домов не оставив никаких шансов на спасение людям.
На фоне тропических дождей в июне 1983 года произошло землетрясение на Тайване. С начала двадцатого столетия подобных дождей история острова не знала. Переувлажнение стало причиной возникновения гигантских земляных оползней, которые вместе с потоками воды унесли жизни многих людей.
В 1983 году на северо-востоке Турции подземный толчок совпал по времени с ненастной погодой. Обвалы и оползни в горах затруднили спасательные работы. Погибло и без вести пропало более 3,5 тысяч человек, а 120 тысяч осталось без крова.

С 1970 по 2013 годы по всему миру произошло 8835 стихийных бедствий с 1,9 миллионами человеческих жертв и экономическими потерями в 2,4 триллиона долларов (UN, 2014). Большинство жертв пришлось на бедные и развивающиеся страны.

17 августа 1999 года землетрясение произошло вблизи турецкого города Измит. Погибло около 17 тысяч человек, а общие убытки составили 8,5 миллиарда долларов США. Ситуацию усугубил мощный циклон. В черноморской провинции Самсун его скорость достигала 105 км/час. У многих домов были снесены крыши, оборваны линии электропередачи. Удар стихии чувствительно сказался на тех, кто пострадал от разрушительного землетрясения и жил во временных жилищах.

 

 

 

Цунамигентные землетрясения

Слово «цунами» произошло от японского слова «тсунамис». Это морские волны, возникающие при сдвиге вверх или вниз крупных участков дна при сильных морских землетрясениях и вулканических извержениях. Опускание дна приводит к резкому понижению уровня моря. Вода устремляется в образовавшийся провал, где потоки воды сталкиваются. Над местом провала образуется водяной холм. Затем происходит его опускание, ниже начального уровня и вокруг провала формируется концентрический водяной вал. Согласно законам гравитации и инерции место провала становится своеобразным генератором расходящихся и во все стороны и постепенно затухающих концентрических водяных валов. Это и есть цунами.
Волна цунами движется по водной поверхности со скоростью зависящей от её длины и периода. Если длина волны равна 100 км, а период равен 10 мин, то скорость движения такой волны около 600 км/час. Отмечены скорости движения цунами около 1000 км/час. В открытом море они практически незаметны, с приближением к пологому берегу, в заливах и бухтах, из-за уменьшения глубин, высота волн начинает расти. Формируется крутая водяная стена которая с колоссальной силой обрушивается на берег. Около 80% всех цунами возникает на периферии Тихого океана.
В России, США и Японии созданы службы предупреждения о цунами. Для извещения населения они используют тот факт, что скорость цунами намного меньше скорости сейсмических волн в земной коре. Поэтому, зарегистрировав морское землетрясение на сейсмической станции, можно успеть дать сигнал об опасности цунами.
Мощные цунами возникали в далёком прошлом из-за землетрясений, обвалов, падения метеоритов и др. В конце Ледникового периода, примерно десять тысяч лет назад, прорыв ледяной перемычки огромного озера Агассиз существовавшего на месте современной Канады привёл к возникновению мегацунами. По объему это озеро превышало все современные озера, включая Каспий и Байкал. Потепление или землетрясение разрушили ледяную дамбу между Агассиз и океаном. С площади более полумиллиона квадратных километров произошел быстрый слив воды в океан. Это мегацунами изменило направление океанических течений и климат на всей планете.
В XII веке до нашей эры сильное землетрясение, сопровождаемое разрушительным цунами и пожаром, уничтожило государство Угарит. Эта цивилизация сошла с исторической сцены.
Между 1660 и 1600 годами до нашей эры взорвался вулкан Стронгиле в архипелаге Санторин. Он буквально потряс всё Эгейское море. Вулканический остров взлетел в воздух. Выброс был таким, что облако пыли и пепла достигло Китая и Гренландии, и даже западного побережья США. По всему Средиземноморью прокатилась сизигийная волна – цунами. Её скорость достигала 566 км/ч, а высота составляла от 12 до 35 метров.
Руины дворца в Закро на острове Крит красноречиво говорят о буйстве стихии. Огромные куски массивных каменных стен были отброшены далеко от своих мест. На побережье каменные стены волной мегацунами были отброшены вглубь острова на 60 метров. Сильным разрушениям подверглись дворцы Кносса, Маллии, Феста, многие города, виллы и села. После этих событий торговые порты были заброшены, а минойская цивилизация пришла в упадок и ее остатки не смогли сопротивляться нашествию варваров.
После Лиссабонского землетрясения 1755 года возникло цунами. Примерно через час после главного удара море отступило, обнажив приливную полосу. Спустя некоторое время водные массы устремились назад и обрушились на берег несколькими волнами высотой от 5 до 7 метров. Они прокатились по улицам Лиссабона, неся смерть и разрушение.
В 1883 году заснувший в 1680 году вулкан Кракатау находился на плодородном, но малонаселённым острове. В начале июня расположенный на западном побережье Явы городок Аньер несколько дней сотрясали подземные толчки, которые не вызвали беспокойства у привыкших к землетрясениям индонезийцев. В конце июня природа предупредила людей в последний раз.
С покрытого толстым слоем вулканического пепла острова начали вздыматься две колонны дыма, а в бурлящей воде вокруг него плавали такие большие куски пемзы способные выдержать вес человека. Путешественники из Батавии (ныне Джакарта) сообщали: «Яростное пурпурное свечение, появлявшееся ненадолго каждые 5—10 минут, которое обрушивало во все стороны огненный дождь».
После полудня 26 августа остров Кракатау взорвался. Около двадцати кубических километров породы было выброшено в воздух на высоту до 80 километров. На площади диаметром 150 километров день превратился в ночь, а затем облако пыли окутало весь земной шар. Воды Зондского пролива обрушились в образовавшуюся гигантскую впадину и мгновенно испаряясь, вызвали новые взрывы.
Возникшее цунами достигало у берегов сорокаметровой высоты. Некоторые из ударных волн три раза обошли вокруг земного шара, а одна из них была зарегистрирована через полтора дня у побережья Франции. Точное число жертв катаклизма неизвестно. Считается, что погибло не менее 36 тысяч человек.
В России осталась малоизвестной трагедия вызванная землетрясением 4 ноября 1952 года с очагом в Тихом океане, недалеко от южной оконечности Камчатского полуострова, магнитудой 8,3 по шкале Рихтера. Его очаг находился в море за 130 км от мыса Шипунского на глубине 20 – 30 километров. Оно затронуло побережье на протяжении 700 километров – от полуострова Кроноцкого до северных Курильских островов. Подземные толчки продолжались примерно полчаса.
Само землетрясение не сопровождалось значительными разрушениями, однако спровоцировало мощное цунами. Через час после землетрясения пришла первая волна. Большинство жителей Северо-Курильска спаслось на близлежащих холмах, но затем вернулись в посёлок, не ожидая последующих волн. Вторая, самая высокая волна застигла людей врасплох, и уничтожила оставшиеся здания. Последняя третья волна была слабой, и не причинила значимого ущерба.
Сильные колебания уровня океана произошли 5 ноября в 700 километровой зоне побережья. Самые высокие волны были отмечены в бухтах Пираткова (10—15 метров) и Ольга (10—13 метров) на Камчатке. Погибло более двух тысяч человек, большинство из которых составляли военнослужащие и работники рыбообрабатывающих предприятий.
В 1958 году на залив Литуя на Аляске (США) обрушилось самое большое цунами современности. Почва и растительность оказались смыты с высоты 524 метра над уровнем моря. Волна распространялась со скоростью 160 км/ч. Причиной цунами стал вызванный землетрясением гигантский оползень. С высоты более 900 метров в бухту залива обрушилось более 30 миллионов кубических метров породы.
Самое смертоносное цунами современности произошло в канун 2005 года после землетрясения в Юго-восточной Азии. До него самым кровавым считалось цунами в Японии 1896 года унесшее жизни 27 тысяч человек.
В самый разгар рождественского курортного сезона 26 декабря 2004 года в 00:58:53 по Гринвичскому времени (07:58:53 по местному времени) произошло Суматранское землетрясение с магнитудой 8,9 по шкале Рихтера. Его очаг находился в Индийском океане на глубине 25 – 30 км, в 250 километрах к западу от северной оконечности острова Суматра в Индонезии.
Землетрясение было настолько сильным, что подземные колебания жители островов ощущали в течение семнадцати минут. Последовавшее за ним цунами прокатились через Индийский океан и достигло восточного побережья Африки. Высота волн достигала 34,6 метров. Они принесли страшные разрушения прибрежным районам Индонезии, Таиланда, Индии, Шри-Ланки, Малайзии и Мальдивских островов и унесли жизни по разным данным от 230 до 270 тысяч человек.
11 марта 2011 года произошло сильное землетрясение у восточного побережья острова Хонсю в Японии. Его очаг располагался в Тихом океане, в 130 километрах к востоку от города Сендай и в 373 километрах к северо-востоку от Токио, на глубине 32 километра. После основного толчка в 14:46 местного времени с магнитудой около 9,0 по шкале Рихтера последовала серия афтершоков с магнитудами от 7,2 до 4,5.
Землетрясение было вызвано тектонической подвижкой в тектонической зоне длиной 400 км и шириной 200 км и простирающейся от Иватэ до Ибараки. Она сдвинула часть северной Японии на 2,4 метра в сторону Северной Америки. Участок побережья протяженностью 400 километров опустился на 0,6 метра, а Тихоокеанская плита сдвинулась на восток на расстояние около 20 метров. Последовавшее цунами привело к многочисленным разрушениям на северных островах японского архипелага. Оно распространилось по всему Тихому океану.
В прибрежных странах, по всему тихоокеанскому побережью Северной и Южной Америки от Аляски до Чили, было объявлено предупреждение и эвакуировалось население. До побережья Чили, находившиеся от Японии на удалении в 17 тысяч километров, дошли двухметровые волны.
Цунами обрушились на префектуры Мияги и Фукусима, расположенные на северо-востоке Японии. По состоянию на 5 сентября 2012 года официальное число погибших в 12 префектурах Японии составило 15870 человек, 2846 человек числилось пропавшими без вести, а 6110 человек получили ранения. Ущерб от землетрясения оценён в 198—309 миллиардов долларов США.
В Японии 11 энергоблоков АЭС из 53 в стране были автоматически остановлены. На АЭС Фукусима-1 три из шести энергоблоков были сразу остановлены, другие три на этот момент события не работали. Из-за отказа системы охлаждения три работавших реактора оказались в аварийном состоянии. Они в разной степени оказались повреждены и стали источником радиоактивных выбросов.
Цунами случались в Средиземном, Чёрном и Каспийском морях. В Каспийском море в 957 году море в районе Дербента отошло при землетрясении на 150 метров. В 1868 году море возле Баку сначала поднялось, затем опустилось почти на полметра, а расположенная на 90 километров южнее Баку, так называемая Погорелая Плита, возвышавшаяся на 2 метра над уровнем моря, погрузилась в него. В время Красноводского землетрясения 1895 года волны покрыли поселок Узун-Ада, залив его постройки и пристань и образовав трясину. На улицах возникли двухметровой ширины трещины, из которых била вода. В 1933 году в 40 километрах от Красноводска (ныне Туркменбаши) наблюдался длившийся около десяти минут подъем уровня моря на 1,5 метра.

Маломощные цунами возможны в Балтийском море. Так, цунами, известное из записей летописцев, как «Морской Медведь» произошло в странах Балтии в 1497 году. Они происходили во второй половине XVII века. Имеются сообщения о трёх цунами случившихся в Балтийском море в XIX веке. В Ревеле, когда произошло в 1869 году землетрясение, на берег волной выбрасывало суда. На остров Кихну в 1877 году волной также было выброшено судно. Вблизи северного побережья Хийумаа в 1858 году наблюдались небольшие волны.
Мегацунами будут происходить в будущем. Учёными определены предполагаемые места их возникновения. Считается, что западный склон вулкана Кумбре Вьеха представляет собой наполовину отколовшуюся от тела горы скалу объемом в пятьсот кубических километров. Если она сорвется, то над Канарскими островами поднимется водный купол высотой в 900 метров, и возникнет самое высокое из всех когда-либо испытанных человечеством цунами.
Со скоростью 800 км/час оно устремится в океан. Водой будут затоплены береговые регионы за многие тысячи километров от Канарских островов. На север Бразилии обрушиться сорокаметровые волны, а побережье Флориды, Нью-Йорка, Бостона, востока Северной Америки и Гренландии накроет пятидесятиметровая волна. Цунами проникнет на глубину в десятки километров от береговой линии.
Если отломится и упадет в океан южный фланг другого вулкана Килауеа на Большом острове то на побережье Японии, Китая, Филиппин, Камчатки, США (Калифорния), Колумбии, Чили и Австралии обрушатся другое катастрофическое цунами.
Цунами это опасный спутник морских землетрясений, но их последствия можно значительно снизить путем совершенствования систем наблюдения и предупреждения населения. Специальным планированием расположения населенных пунктов на побережье и обучением населения правилам поведения при чрезвычайных ситуациях.

 

 

 

Горные удары

В недавнем прошлом проникновение в земные недра сравнивали с походом в царство мертвых Ад награжденное эпитетом: «Оставь надежду, всяк сюда входящий» и видимо не зря. В христианском и мусульманском вероучениях Ад это место вечного наказания отверженных ангелов и душ умерших грешников.
Оснований помещать «исправительное учреждение» именно в земные недра у наших предков было предостаточно. Оттуда приходили разрушительные удары и там же проживали изобретенные его воображением ужасные существа. К тому же, добывание подземных богатств это самое древнее и наиболее опасное из занятий человека. Даже в наше время неожиданные выбросы породы – горные удары ежегодно уносят жизни десятков и сотен шахтеров.
Горные удары чаще всего возникают на угольных шахтах, при глубинах разработки в 200 – 600 метров. Их число может достигать 60—70 ударов за год. С такой частотой они происходили в 1954 – 1955 годах на шахтах Кизеловского угольного бассейна. Тогда резкое увеличение производственного травматизма от горных ударов поставило вопрос о закрытии ряда участков, несмотря на то, что под землей оставались ещё большие запасы угля.
Горные удары это хрупкое разрушение предельно напряженной части пласта породы, прилегающей к горной выработке. Они сопровождаются резким звуком, выбросом породы, разрушением крепи, машин, оборудования, образованием пыли и воздушной волны. Проблема борьбы с горными ударами и их прогноз являются актуальной задачей для многих рудных и угольных районов мира.
С развитием горной науки стала понятна природа горных ударов. Выемка пород и создание свободного объема в пласте вызывают изменение структуры внутренних напряжений и перераспределение нагрузки. Её частично компенсирует специальный крепеж в шахтах. Не всегда удается добиться полной безопасности проходки с равномерным перераспределением на крепёж возникающей нагрузки. В такой ситуации происходят выбросы породы и обвалы шахт.
Горные удары возбуждают сейсмические колебания распространяющиеся на десятки и сотни километров от их источника. Но в отличие от вулканических и тектонических землетрясений их силы обычно недостаточно для нанесения существенного вреда на поверхности.
В попытке предугадать горные удары шахтеры заметили, что перед ними слышаться посторонние звуки – треск, хлопки и резкие удары. Не один раз это явление помогало им сохранить жизни. Нарастание акустических и сейсмических импульсов происходит при образовании в горной породе трещин, снижающих прочность проходки.

В 1951 году советский геофизик С.А.Назарный начал исследовать звуковые предвестники выброса с использованием акустических приборов – геофонов. Год спустя ему удалось записать сигналы перед выбросом угля и газа на шахте «Красный Профинтерн». Тогда почти двести тонн угля было выброшено в штрек, но уцелевший геофон смог записать все фазы этого явления.
В 60-х годах прошлого столетия только на Донбассе почти каждом втором угольном пласте происходило по одному – двум внезапных выбросов породы. Они возникают на шахтах в Германии, Англии, Китая, Польши, России, ЮАР, Японии и других стран.
На юго-востоке Австралии интенсивная угледобыча инициирует техногенные землетрясения. В 1989 году в центре Ньюкасла произошел толчок на глубине пяти километров. Погибло 12 человек, а двести получили ранения. Особенностью землетрясения было почти полное отсутствие повторных толчков, что не типично для тектонических землетрясений. Спустя несколько лет в Ньюкасле произошло новое землетрясение с М = 4 по шкале Рихтера.
Проблема борьбы с горными ударами остается актуальной для рудных и угольных регионов мира. Каждый год масс-медиа сообщают о внезапных авариях и гибели шахтеров.

 

 

 

Слабые землетрясения

Энергии слабых землетрясений недостаточно для возбуждения опасных сейсмических колебаний на земной поверхности, но они способны вызывать панику и беспокойство у людей. А там где есть неустойчивые горные склоны спровоцировать обвалы, снежные лавины, оползни и сели.
В зимний вечер 18 февраля 1911 года ничто не предвещало трагедии в Горном Бадахшане. В 23 часа 15 минут земля содрогнулась, и громадная масса горной породы обрушилась с правого склона долины реки Мургаб на небольшой таджикский кишлак Усой. Поднявшиеся клубы пыли несколько дней висели в долине густой пеленой. Когда они рассеялись, стало видно, что на месте погребенного с 57 жителями кишлака возникла гигантская каменная плотина перегородившая долину реки.
Ширина завала составила 3150 метров, высота около 750 метров, а длина 3750 метров. Сила удара была такова, что на озере Каракуль расположенном в 120 километрах от обвала был разбит и выброшен на восточный берег ледяной покров. В долине речки Шадаудара образовалось небольшое озеро Шадаукуль. Завал назван по имени погребенного кишлака Усойским. Спаслись только жители расположенного от него в 20 километрах кишлака Сарез успевшие выбежать из своих домов.
В сентябре 1911 года накапливавшиеся воды реки Мургаб затопили кишлак Срез и образовалось Сарезское озеро. Оно содержит 17 миллионов кубических метров воды и расположено на высоте около 3000 метров над уровнем моря. Озеро называют спящим драконом Центральной Азии из-за возможного прорыва водоёма при очередном землетрясении. Тогда будет затоплена часть территории Таджикистана, Узбекистана, Кыргызстана, Афганистана и Туркменистана.
В 1956 году в каньоне реки Ниагара слабое землетрясение вызвало растрескивание массива горных пород рядом с электростанцией Шуллкопф. Произошел резкий приток грунтовых вод нарушивших равновесие пород на горном склоне. На станцию обрушилось около 50 тысяч тонн скальных пород.
В 1958 году прорыв защитной дамбы вызвал выброс шести тысяч кубометров радиоактивного материала на 25-километровом участке узбекской реки Майли-Сай. Там же в 1992—1996 годах вызванные землетрясениями оползни привели к размыву и частичному разрушению хранилищ и выбросу токсичных материалов.
В апреле 1973 года цуг слабых землетрясений в Узбекистане вызвал Атчинский оползень. Природное и без того неустойчивое равновесие склона Кураминского хребта под воздействием многократно повторяющихся сейсмических толчков было нарушено и 700 миллионов кубических метров породы начали движение вниз. Оползень охватил площадь в восемь квадратных километров, а в месте отрыва возникли прямолинейные трещины глубиной более трёх метров, шириной более одного метра и протяженностью до 1700 метров. На территории шахтерского городка Тешикташ возникли валы и бугры высотой до полутора метров, вершины которых были рассечены трещинами протяженностью до 270 метров.

Землетрясения в Южной Калифорнии. Жёлтые пятна – эпицентры 23 тысяч слабых землетрясений зарегистрированных за 16 лет. Голубые линии это тектонические разломы, а красные – скрытые разломы в складках (Стейн, Йетс, 1989).

В 1983 году очаг землетрясения в Западном Туркменистане с М = 5,7 был расположен на глубине пяти километров. На поверхности образовались система разрывов протяженностью 27 километров. Основной разрыв пересек территорию поселка Кум-Даг и разорвал фундаменты, цоколь и стены домов. В его зоне металлические трубы газовых и водопроводных коммуникаций изогнулись, а местами разорвались.
Слабые землетрясения опасны тем, что возникают на малоизученных в сейсмическом отношении территориях. Для сильных землетрясений можно найти те или иные признаки их возникновения, но по слабым данных очень мало. Это вызывает тревогу, поскольку происходит интенсивное освоение залёжных территорий, на них размещают предприятия с опасным циклом производства.
Это касается объектов ядерной энергетики построенных в то время, когда представление о землетрясениях значительно отличались от современных. Они могут находиться в зонах подверженных «скрытым» землетрясениям. Подобные землетрясения уже происходили в Южной Калифорнии вблизи от могильников токсичных отходов промышленности.

 

 

 

Микроземлетрясения

Эти землетрясения неопасны и обнаруживаются только приборами. В отличие от сильных они происходят практически повсеместно. Здесь вопрос только в том насколько чувствительны сейсмоприёмники для их обнаружения. В зонах с активной тектоникой микроземлетрясений происходит намного больше, чем на асейсмичных территориях.
Микроземлетрясения вызываются силами способными оказывать влияние на структуру напряжений в горной породе. Например, ученые Университета Колумбии исследовали активный донный вулкан Axial на хребте Juan Fuca. Он расположен недалеко от побережья Вашингтона и Штата Орегон в Тихом океане. Было обнаружено, что между числом микроземлетрясений и приливами существует причинно-следственная связь. За период почти в десять лет они чаще всего происходили во время приливно-отливных изменений уровня воды.
Наблюдая за микроземлетрясениями можно выявить скрытую угрозу – «живой» тектонический разлом опасный возникновением сильного землетрясения. Зона разлома Сан-Андреас в США относится к таковым. Южнее Сан-Франциско на профиле длиной почти сто километров регистрируется огромное количество микротолчков. Хотя в последнее время здесь не происходили сильные землетрясения, но микросейсмичность является подтверждением потенциальной сейсмической опасности региона.
Японская сеть сейсмических станций гидрометеорологического агентства и университетов страны ежегодно регистрирует десятки тысяч микроземлетрясений. Было замечено, что их активность выше там, где происходили или происходят сильные землетрясения. Только в зоне активного разлома Неодани с 1963 года по 1972 годы было зарегистрировано более двадцати тысяч микроземлетрясений.
Изучение микроземлетрясений помогает разобраться в причинах возникновения более сильных. Иногда данные о микросейсмичности позволяют предугадать время возникновения сильных землетрясений.
В 1977 году в районе разлома Ямасаки в Японии по поведению слабых землетрясений сейсмологами было предсказано возникновение сильного землетрясения. При оценке сейсмической опасности в зоне будущего строительства крупного водохранилища на реке Герируд в пограничной области Ирана и Туркменистана в середине 90-х годов прошлого века автору благодаря высокочувствительным цифровым станциям удалось получить записи микроземлетрясений в зонах тектонических разрывов. Это само по себе оказалось очень важным, поскольку сведений о сейсмической активности этой территории не имелось.

 

 

 

Микросейсмы и сейсмический шум

Если вглядеться в сейсмограмму, то линии записи в отсутствии землетрясений никогда не бывают ровными. Это фиксируются очень слабые колебания, источниками являются различные явления – ветер, колебания воды в водоемах или удары воды о береговые линии и т. д. Микросейсмы начали исследовать в конце XIX века, когда Эмиль Вихерт предположил, они вызываются ударами морских волн о берега. Затем представления о природе генерации микросейсмических колебаний значительно расширилось. Оказалось, что часть из них возбуждаются стоячими морскими волнами в морях и океанах при прохождении циклонов.
Микросейсмы регистрируются в широком частотном диапазоне, и служат фоном определяющим порог чувствительности сейсмографов. Поэтому, при наблюдениях за землетрясениями стараются выбрать такую чувствительность приборов, чтобы записи не искажались помехами или шумами. Тем не менее, изучение микросейсм представляет самостоятельный интерес, так как механизмы их генерации и особенности спектрального распределения до сих пор не совсем ясны.
Было установлено повсеместное присутствие микросейсм. Также была обнаружена корреляция между характерными периодами микросейсм и средними периодами морских гравитационных волн. В 1989 году во время 45-го рейса научно-исследовательского судна «Дмитрий Менделеев» с помощью широкополосной донной станции удалось сделать уникальную запись микросейсмических шумов на дне Эгейского моря и практически одновременно гравитационных волн на его поверхности.
В 1913 году детальное изучение микросейсмических колебаний провёл академик Голицын на сейсмических станциях в Пулково, Иркутске, Ташкенте, Тифлисе и Баку. Им было высказано предположение, что помимо причин связанных с метеорологической обстановкой, микросейсмы могут быть связаны и с особенностями внутреннего строения планеты. Исследования волнового состава микросейсмических колебаний показали преобладание в их структуре поверхностных сейсмических волн (Релея и Лява), однако, отмечалось присутствие и объемных продольных и поперечных волн. Попытки определения направлений и расстояний до источников микросейсм давали противоречивые результаты.
Микросейсмы, вызываемые стоячими водяными волнами циклонов в океанах, распространяются на огромные расстояния. Область стоячих водяных волн генерирует периодически изменяющееся давление на дно океана, которое не затухает с глубиной. Под влиянием этого давления в земной коре возникают слабые колебания – штормовые микросейсмы. Их записывают все сейсмические станции мира. Например, микросейсмы от атлантических циклонов фиксируют не только станции, расположенные на европейском континенте, но и в Азии – Ашхабаде и Ташкенте, Сибири – в Иркутске и Новосибирске и многих других местах.
Другая часть микроколебаний, т.н. сейсмический шум, порождаются городами, транспортом всем тем, что так или иначе связано с деятельностью человека. Если посмотреть на записи подобных колебаний, то в них заметны «антропогенные циклы» – начало и конец рабочего дня, воскресные дни и, даже, перерывы на обеденное время. Шумы большого города связаны с одновременным действием большого количества источников. Поэтому сейсмические станции выносят за пределы городских территорий.
В зависимости от своей природы сейсмический шум может оказаться полезным для прогноза сильных землетрясений. Так, при анализе гидроакустических записей с шельфа Камчатского полуострова были выделены два типа сигналов, предваряющих землетрясения. Это микроземлетрясения с гипоцентрами близкими к очагу главного землетрясения и сейсмический шум, который сопровождает тектоническую подвижку.
Почти пятьдесят лет назад академик Гамбурцев предлагал различать микросейсмы глубинного и поверхностного происхождения. Им были обнаружены микросейсмические явления, названные им «сейсмоакустическими», которые иногда называют сейсмической или акустической эмиссией. Их исследование представляет интерес с точки прогноза землетрясений.
Традиционно высокочастотные сейсмические шумы (ВСШ) в диапазоне первых десятков герц рассматривались как помеха. Впервые они исследованы как источник геофизической информации группой ученых под руководством член-корреспондента РАН Л.Н.Рыкунова. Было обнаружено, что ВСШ модулируются длиннопериодными деформационными процессами, одним из которых является приливы.
На основе достижений в области средств цифровой регистрации микросейсмических шумов развивается технология пассивного сейсмического мониторинга разработок месторождений нефти и газа. Т.н. метод эмиссионной томографии. В нефтегазовой индустрии он применяется для диагностической визуализации гидроразрывов пластов при добыче углеводородов или трассировки потоков флюидов. Он используется для картирования термальных фронтов, обнаружения разломов в окрестности подземных газовых хранилищ и т. д.
Разработаны методы определения по микросейсмам частот колебаний грунтов или собственных колебаний уже построенного сооружения. Они отражают характерные периоды сотрясений всего комплекса, т.е. грунтов, фундамента и самого здания.
Зная диапазон периодов наиболее опасных колебаний от землетрясений, и сравнивая его с выявленными собственными микроколебаниями сооружения, можно заблаговременно принять меры к увеличению его сейсмостойкости. Подобные эксперименты проводились автором совместно с учеными Израиля для оценки сейсмической опасности территории города Ашхабада в Туркменистане.

 

 

 

 

 

Сейсмические исследования в России

В течение многих лет в России существуют несколько сейсмических станций, результаты наблюдений которых публикуются в ежегодных Бюллетенях Постоянной центральной сейсмической комиссии… для такой страны как Россия, некоторые части которой сильно страдают от землетрясений, число этих станций слишком мало…
Б.Б.Голицын, 1912 год
Проблема стихийных бедствий актуальна для России с учётом огромной территории страны. По неполным данным в 1965 – 1999 годах здесь от природной стихии погибло более 4,5 тысяч человек, а пострадало около 540 тысяч. По данным В.И.Уломова (1998): «Свыше четверти территории Российской Федерации подвержено сейсмическим воздействиям, требующим проведения антисейсмических мероприятий. Значительную площадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении VIII – IX и IX – X-балльные зоны. К ним относятся Дальний Восток и весь юг Сибири».

В европейской части России таким сейсмически опасным регионом является Северный Кавказ. Ощутимые и VI – VII балльные сейсмические сотрясения происходили на Среднем Урале и Приуралье, Поволжье, Кольском полуострове и сопредельной с ним территории. Известны землетрясения в южной Якутии в среднем течении реки Олекма в 1958 и 1967 годах (Нюкжинское 1958 года с М = 6.5, Олекминское 1958 года с М = 6.4, Тас-Урякское 1967 года с М = 7.0, Южно-Якутское 1989 года с М = 6,6.
Техногенная сейсмичность характерна для нефтедобывающих районов Татарстана, Башкортостана и Чечни. Известны землетрясения в Воронежской области, где расположена Ново-Воронежская АЭС. Угроза землетрясений растёт по мере освоения сейсмоактивных территорий и строительства в их пределах ответственных сооружений.
В 2001 году Правительством Российской Федерации на 2002 – 2010 годы принята федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России». Её целью является: «Повышение сейсмической безопасности населения, снижение социального, экономического, экологического риска в сейсмически опасных районах Российской Федерации, уменьшение ущерба от разрушительных землетрясений путём усиления и реконструкции существующих сооружений, а также подготовки городов, других населенных пунктов, транспортных, энергетических и иных объектов и магистралей к сильным землетрясениям».

В 2000 году под редакцией В.И.Уломова опубликован комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (ОСР-97). Эта разработка включена Госстроем России в новую редакцию строительных норм и правил (СНиП).

Карта ОСР-97С общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (Уломов, Шумилина, 2000). Более интенсивным оранжево-красными цветами выделены сейсмоопасные области.

Сведения о землетрясениях происходивших на территории России содержаться в исторических документах XVII – XVIII веков. Огромная территория и разнообразие географических зон стимулировали интерес ученых к природным явлениям и геологии страны. Еще Ломоносов понимал, что землетрясение это не только катастрофа, но и источник знаний.
Работами учёных А.П.Орлова, И.В.Мушкетова и многих других заложены основы отечественной сейсмологии. В 1893 году Мушкетов закончил и издал посмертный труд Орлова «Каталог землетрясений Российской Империи».
В 1902 году в журнале «Нива» журналист М.И.Лисовский писал: «В южной полосе России, а в особенности на Кавказе, в среднеазиатских владениях и Сибири землетрясения были очень часты и очень сильны. Землетрясения на Кавказе, в среднеазиатских владениях и Сибири происходят столь часто, что даже из одного только простого перечня их мог составиться большой печатный том. По статистическим данным проф. И.В.Мушкетова и А. Орлова, случай землетрясения бывают средним числом ежегодно на Кавказе в продолжение 4,4 дней, в восточной Сибири и среднеазиатских владениях – 2,9 дней, в южных и средних губерниях Европ. России – 1,38 дня и в северных губ. – 0,18 дня».
В 1887 и 1911 годах произошли разрушительные землетрясения в г. Верном (ныне Алматы в Казахстане). В 1895 году произошло сильнейшее землетрясение в г. Красноводске (ныне Туркменбаши в Туркменистане). В 1902 году разрушительные землетрясения произошли в г. Андижане (Узбекистан) и Шемахе (Азербайджан).
Последствия подземных ударов выдвинули в ряд первостепенных задачу изучения их природы и мест, где они происходят. Их постановка связана с именем академика Б.Б.Голицына. Он разработал передовую для начала XX века систему гальванометрической регистрации сейсмических колебаний. Заложил методологические основы отечественной и мировой сейсмометрии.
Благодаря научным трудам Голицына русская сейсмология в начале XX века заняла ведущее место в мировой науке, а его сейсмометры стали прообразом современной аппаратуры для изучения землетрясений и разведки полезных ископаемых сейсмическим методом.

В 1873 году в Ташкенте (Узбекистан) открыта сейсмическая станция «Ташкент».
В 1900 году при Российской академии наук учреждается Постоянная сейсмическая комиссия (ПЦСК), в которую вошёл Б.Б.Голицын, а председателем стал директор Пулковской обсерватории академик О. А. Баклунд.
В 1900 году выделены средства на организацию и содержание сейсмических станций в Тифлисе, Иркутске и Ташкенте. Было признано целесообразным создать сейсмостанции второго разряда и оснастить их приборами Боша (семь станций на Кавказе, в Сибири и Туркестане).
В 1901 году по инициативе Б.Б.Голицына и И.В.Мушкетова открыта Ташкентская сейсмическая станция – первая в Центральной Азии.
В 1901 – 1902 годах организуются сейсмостанции первого разряда в Тифлисе, Ташкенте, Иркутске и Москве.
В 1902 году сейсмические наблюдения начаты в Москве (Межевой институт), Павловске, Шемахе, Батуми.
В 1903 году в Ереване, Боржоми, Алалкалаках, Баку, Балахаках, Красноводске, Красноярске, Кабажске и Чите приступили к наблюдениям сейсмические станции второго разряда.
В 1904 году Сейсмическая комиссия России вошла в состав Международной сейсмологической ассоциации. Представителем России в постоянной Комиссии международной сейсмологической ассоциации стал профессор Юрьевского университета Г.В.Левицкий.
В 1905 году на заседании ПЦСК по предложению подкомиссии, которую возглавлял Б.Б.Голицын, намечено устройство новых постоянных сейсмических станций второго разряда, в том числе и сейсмостанции в Екатеринбурге, которую было намечено создать при магнитно-метеорологической обсерватории. Открыта сейсмостанция в Дербенте.
В 1906 году академик Б.Б.Голицын создал первый сейсмограф преобразующий механические колебания в электрические.
В 1906 году открыты сейсмические станции в Верном и Екатеринбурге.
В 1908 году открыта сейсмическая станция в Зурнабе.
В 1910 году на заседании ПЦСК обсужден вопрос о выборе места для новых сейсмостанций. Б.Б.Голицын предложил учредить две дополнительные станции первого разряда. Одна станция должна быть создана во Владивостоке, а другая в Екатеринбурге или в Томске.
В 1911 году Б.Б.Голицын избран председателем Международной ассоциации сейсмологии (МАС). Голицын прочитал классический курс лекций по сейсмологии. Их официальными слушателями были девять человек, из которых шесть человек были приглашены по рекомендации физико-математического факультета Бестужевских высших женских курсов, где Б.Б.Голицын читал курс термодинамики.

В 1911 году в России появились первые региональные сейсмические станции.
В 1912 году с 14 сентября начинают работу два высокочувствительных горизонтальных сейсмографа Б.Б.Голицына с гальванометрической регистрацией. До этого времени на станции использовались приборы с механической регистрацией колебаний почвы – по два маятника Омори-Боша и Цёльнера-Репсольда, один маятник Мильна.
В 1914 году геолог Н.П.Васильковский и сейсмологи Г.В.Попов и М.П.Репников проводят первые детальные исследования сейсмической активности территории Центральной Азии.
В 1915 году в Петропавловске-Камчатском открыта первая сейсмическая станция на Камчатке.
В 1917 году из-за всеобщей разрухи и отсутствия фотоматериалов сейсмостанции в России практически прекратили свою работу.
В 1924 году на Ташкентской сейсмостанции установлен механический сейсмограф конструкции заведующего станцией Г.В.Попова. Его прибор регистрировал колебания на закопченной бумаге.
В 1925 году в Узбекистане возобновлена работа Самаркандской сейсмической станции.
В 1927 году П.М.Никифоров сконструировал новый сейсмограф, названный по его имени. Длительное время сейсмические станции СССР были оснащены этим типом приборов.
В 1928 году в Академии наук СССР был создан Сейсмологический институт (СИАН).
В 1928 году началась публикация сводных бюллетеней телесейсмических станций СССР.
В 1929 году Самаркандская сейсмостанция дооборудована сейсмографами системы П.М.Никифорова для регистрации местных землетрясений. Открыта сейсмическая станция в Андижане, оснащенная такими же сейсмографами. Создан треугольник станций (Ташкент, Самарканд и Андижан), который позволил определять местоположение очагов близких и местных землетрясений, изучать скорости распространения сейсмических волн и получить первые представления о глубинном строении земной коры региона Центральная Азия.
В 1931 году Госпланом СССР одобрен для использования усовершенствованный вариант шкалы Меркалли-Канкани-Зиберга ОСТ-ВКС4537.
В 1935 году в Ключах, возле Ключевской группы вулканов, открылась Камчатская вулканологическая станция Лаборатории вулканологии АН СССР.
В 1937 году сейсмологом Г.П.Горшковым опубликована первая в мире официальная карта сейсмического районирования территории СССР.
В 1937 году по предложению О. Ю. Шмидта, создается Институт теоретической геофизики (ИТГ АН СССР).
В 1939 году в Душанбе открыта первая сейсмическая станция Таджикистана.

В 1946 гуду в результате слияния СИАН и ИТГ АН СССР образован Геофизический институт (ГЕОФИАН).
В 1947 году на склонах самого крупного вулкана в России – Ключевской сопки установлена первая в СССР сейсмическая станция для изучения вулканических землетрясений.
Новый этап сейсмических исследований связан с катастрофическими последствиями землетрясения в Ашхабаде (ныне столица Туркменистана) в 1948 году. В стране начались работы по поиску предвестников землетрясений и изучению механизма их возникновения. Была создана Единая система сейсмических наблюдений СССР. Начали выпускаться ежегодные каталоги землетрясений. Разработаны новые инструменты для наблюдений и созданы прогностические полигоны в Гарме (Таджикистан) и Ашхабаде.
Особый вклад в сейсмические исследования того времени внесли такие учённые как Гамбурцев, Горшков, Бутовская, Веденская, Кирнос, Кондорская, Медведев, Раутян, Резанов, Ризниченко, Рустанович, Саваренский, Соловьёв, Шебалин, Шумилина, Уломов и многие другие.
В 1958 году в СССР создана Служба предупреждения о цунами. Её задачами стало доведение до населения и организаций области расположенных в цунамиопасных районах предупреждений о возможности возникновения цунами. Оповещение об их отмене, а также изучение явления цунами .
В 1962 году Советом по сейсмологии АН СССР издан первый «Атлас землетрясений в СССР».
В 1964 году разработана 12-ти балльная шкала MSK-64, для оценки силы проявления сейсмических колебаний на земной поверхности.
К середине 60-х годов прошлого века в Московском государственном университете им. Ломоносова создан первый донный сейсмограф (ДС).
В 1971 году Академией наук СССР принята специальная программа работ по поискам предвестников землетрясений.
В 1976 – 1977 годах учеными ДВНЦ АН СССР под руководством академика С.А.Федотова предсказаны извержения вулкана Толбачик
В 1977 году под редакцией Н.В.Кондорской и И.В.Шебалина опубликован «Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времён до 1975 г.». Каталог стал основой для всех последующих расчетов сейсмоопасности территории России и сопредельных стран.

В 1993 году учреждена премия имени академика Б.Б.Голицына, присуждаемая Российской академией наук за лучшие работы в области геофизики.
В 1997 году в Институте физики Земли Российской Академии наук под руководством В.И.Уломова подготовлен комплект карт общего сейсмического районирования Северной Евразии.
Сейсмический мониторинг территории России и сопредельных регионов осуществляет Геофизическая служба Российской академии наук (ГС РАН). Она создана в 1994 году и включает около трехсот сейсмических станций. В её задачи входит регистрация землетрясений и изучение их природы. Станциями ГС РАН регистрируются происходящие на планете и территории России землетрясения, составляются их каталоги, необходимые для осуществления мер по снижению последствий возможных сильных землетрясений. Результаты мониторинга сейсмической активности отображаются на веб-сайте Службы срочных донесений ГС .
Сопоставимо с другими странами Россия претерпела наименьшие потери из-за землетрясений. В новейшей истории самое трагичное оказалось Нефтегорское 1999 года, когда под развалинами домов погибло более двух тысяч человек. В России продолжает оставаться напряженной сейсмическая ситуация на Дальнем Востоке, Курилах и Камчатке. По данным МЧС России, за 1990 – 1999 годы было зарегистрировано 2877 событий чрезвычайного характера, связанных с опасными природными процессами.
Специальное ведомство Министерство по чрезвычайным ситуациям России, базируясь на уже имеющемся опыте изучения землетрясений в СССР, старается упреждать негативные ситуации. Считается, что такой подход наиболее эффективен и позволяет снизить ущерб от стихийных бедствий.

 

 

 

 

 

Возможен ли прогноз землетрясений?

Мне 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.
Чарльз Рихтер, 1960 год
Человек способен избежать угрозы только в том случае если он обладает информацией о ней. Знание позволяет избежать ошибок, но его отсутствие или нежелание применить всегда ведет к трагедиям. В конце концов, все бедствия являются следствиями тех или иных действий или отсутствия таковых. В этом смысле, презумпция невиновности землетрясений звучит так: строить необходимо как можно лучше там, где нет надёжных данных для оценки сейсмической опасности.
Инструментальные наблюдения, статистические методы и пространственно-временной анализ сейсмической активности позволили к концу XX века составить прогнозные карты сейсмического риска по всему миру. На них выделены отличающиеся по степени сейсмической опасности территории.
Карты строятся по разным методикам но, по сути, преследуют одну и туже цель – с некоторой вероятностью спрогнозировать сейсмические воздействия в том или ином месте. Эта информация во многих странах регламентируют нормы сейсмостойкого строительства. Она необходима для конструирования инженерных сооружений, планирования размещения ответственных объектов, градостроительства и т. д. Сейсмические прогнозы делаются уже много лет позволив спасти тысячи жизней, и сохранить значительные материальные ценности.
Собственно это и есть основанный данных научных исследований прогноз. Он подобен уже ставшими привычными способами предохранения человека в экстремальных ситуациях – от спасательных шлюпок на кораблях до подушек безопасности в автомобилях. Не факт что они когда-нибудь понадобятся, но вероятность экстремальных ситуаций никогда не бывает нулевой.
Оглушительные последствия сейсмических катастроф психологически неприемлемы для современного человечества. Поэтому, и чаще всего после разрушительных землетрясений, задаётся вопрос – почему о сильных землетрясениях невозможно предупреждать заблаговременно наподобие того как делаются прогнозы погоды?
Самые разные сообщения о предвестниках землетрясений давно привели к мысли, что предсказать момент возникновения подземного удара за годы, месяцы, дни и даже часы вполне возможно. Собственно для этого необходимо решить несколько задач.
Понять механизм возникновения землетрясений, выявить несколько надежных предвестников, создать систему мониторинга опасной зоны и сформировать службу для оповещения населения о «сейсмической погоде». Тем не менее, прошло уже немало лет с момента постановки этой проблемы, но технологии предсказания землетрясений нет, как нет успешных, т.е. позволивших спасти жизни людей точных прогнозов.
Энтузиазм 50-х годов прошлого века, когда казалось, что достаточно лишь определить несколько параметров для отслеживания состояния очаговой зоны и проблема своевременного прогноза будет решена, сменился осознанием существующей реальности. Дело здесь конечно не в нежелании или неумении ученых получать конкретные результаты, а в многофакторности такого явления как землетрясение.
Даже по одному перечню известных предвестников подземных ударов видно, что их достаточно сложно «слить» в один, но обязательный результат – заблаговременный, т.е. за часы или дни прогноз. Вместе с тем любая попытка прогноза полезна, поскольку приближает момент времени с которого, тем или иным образом, человечество избавится от сейсмической угрозы.
Считается, что моменту возникновения землетрясения предшествует этап интенсивного трещинообразования в области его очага. При этом растёт интенсивность сейсмического шума и увеличивается число микроземлетрясений. Вне зоны подготовки сильного землетрясения обнаружить эти признаки практически невозможно и возникает замкнутый круг – предвестники можно обнаружить там, где произойдёт подземный удар, но для этого надо знать, где он случится. В этой связи поиск предвестников землетрясений приводит к нескольким парадоксам.
Парадокс первый. Нельзя говорить о явлении как о предвестнике, поскольку таковым оно может быть названо только после землетрясения.
В самом деле, даже резкие изменения наблюдаемого параметра могут быть не связаны с процессом подготовки подземного удара, а возникнуть из-за неконтролируемых наблюдателем факторов. Только систематическое повторение того или иного явления, с понятной природой происхождения, может быть названо предвестником землетрясения.
Парадокс второй. По подавляющему числу землетрясений сообщений о предвестниках нет, но это не означает, что их вообще не было.
Можно констатировать, что сведения о предвестниках имеются только для очень небольшой части из происходивших на планете землетрясений. Но это означает только одно – сведения о предвестниках имеются там, где есть какие-либо системы наблюдений или там, где на них обращают внимание люди.
Как правило, специальных систем для регистрации предвестников нет. То, что имеется сегодня, получено благодаря системам наблюдений предназначенных для иных целей. Это могут быть датчики для измерения уровня воды в скважинах, приборы для измерения объемов нефтедобычи или любая другая, достаточно чувствительная, но много лет функционирующая промышленная система наблюдений. Подобно используемым для контроля режима грунтовых вод на городской или промышленной территории. Геофизическим и геодезическим измерениям выполненных в целях картографии, прокладки транспортных коммуникаций или различных путепроводов и т. п.
К примеру в районе Ашхабада до землетрясения 1948 года проводились нивелировки в целях картографии по профилю Красноводск-Ашхабад-Теджен в 1944 году. Сопоставив их с результатами измерений, проведенных спустя четыре года после землетрясения, было установлено, что в районе Ашхабада между 1944 и 1952 годами произошли значительные изменения земной поверхности. Более того, схожие изменения были установлены в районе очага разрушительного Казанджикского землетрясения 1946 года, произошедшего в этой же зоне. Правда, отдельный вопрос – возникли ли они до землетрясений или после них? Это лишний раз подчеркивает сложность обнаружения предвестников и ограниченные возможности исследователей.
Парадокс третий. Чтобы наблюдать предвестники необходимо знать где и когда произойдет землетрясение, а для того что бы знать где оно непременно случится надо обнаружить предвещающие его явления.
Иными словами, предвестники можно наблюдать только там, где происходят землетрясения, а не там где есть оборудование или учёные.
Исторически, на первом этапе, сейсмические обсерватории создавались там, где было удобно жить и работать исследователям. Этот подход себя оправдывал, поскольку дал возможность сформировать общее представление о сейсмичности и строении недр Земли. Только позднее, для получения детальной картины происходящих в очаговых зонах процессов пункты наблюдения начали размещать вблизи от мест, где происходят или происходили землетрясения.
Приборы для поиска предвестников не только должны находиться в зоне будущего землетрясения, но ими должны быть проведены т.н. фоновые наблюдения задолго до него. Иным образом доказать что то или иное явление действительно является предвестником не удастся. Сложность их поиска и в том, что большинство очагов сильных землетрясений находится под морским дном и в пустынных местах, где никаких научных наблюдений не ведётся, а зачастую нет и самих людей.
Естественно, что предвестниковый эффект может сопровождать и слабые землетрясения, которые происходят гораздо чаще чем сильные. Однако считается, чем больше энергия землетрясения, тем контрастнее и на большей площади могут проявиться предвестники. Следовательно, по слабым землетрясениям выявить предвестниковые закономерности технически сложно, если вообще возможно.
Используемая сегодня геофизическая, геодезическая аппаратура и другие виды приборов, как правило, не предназначены для поиска предвестников землетрясений. К тому же приборы устанавливаются в разных условиях с разным режимом работы. Соответственно полученные данные чаще всего несопоставимы по разным регионам мира, а обнаруженные аномалии оставляют широкое поле для размышлений о возможной их связи с процессом подготовки землетрясения.

Изменение высот реперов по линии повторного нивелирования Красноводск-Ашхабад-Теджен за 1944 (1) и 1952 (2) годы (Колибаев, 1962; Рустанович, 1961).

В тех случаях, когда все же удавалось перед землетрясениями наблюдать однотипные явления, оказалось, что они ведут себя по-разному. В одних случаях можно наблюдать повышение дебита и температуры воды в источниках перед землетрясением. В других, эти же параметры ведут себя наоборот – скважины пересыхают или температура воды в них уменьшалась. Если перед некоторыми землетрясениями регистрировались быстрые наклоны земной поверхности или интенсивные аномалии подпочвенных газов (радона и других), то перед другими подобных изменений не обнаруживалось и т. д.
Особенно контрастно противоречивость предвещающих сильное землетрясение явлений выявляется при анализе данных о слабой или фоновой сейсмичности. При одних землетрясениях происходит заметная активизация сейсмической активности, и главный удар может претворяться серией мелких землетрясений – форшоками. При других сильное землетрясение буквально возникает на «пустом месте» там, где в течение длительного времени не было заметной сейсмической активности, т.н. сейсмические бреши.
Вместе с тем, одно общее свойство у всех обнаруженных предвестников есть. Почти никогда в том месте, где они обнаруживались, не имелось достаточного периода наблюдений для их однозначного признания таковыми. Вообще, проблема получения длительных и непрерывных рядов наблюдений изначально стояла и стоит в науке о землетрясениях.
В самом деле, сегодня ни один врач не возьмется лечить больного (экстремальные ситуации исключаем) без истории его болезни и анализов. Здесь все понятно и не требует объяснений. Можно сказать это каждый испытал на себе. Несколько сложнее объяснить, зачем необходима предыстория и непрерывные наблюдения для прогноза землетрясений.
Контролирующие и предупреждающие аварии системы строятся по принципу заданных или заранее известных пределов характеризующих их нормальное состояние. Они базируются на определённых по результатам испытаний рабочих параметрах системы или устройства, отклонение от которых принимается за аварийное состояние. Возникающие из-за тектонических подвижек землетрясения сложно характеризовать каким-либо одним набором стандартных параметров. Их очаги располагаются на недостижимых для современных приборов глубинах на которых свойства вещества точно неизвестны.
К примеру, месторождения полезных ископаемых можно обнаружить глубоко в недрах благодаря дистанционным методам по изменению сейсмических свойств среды и подтвердить результатами бурения. В отношение же будущего очага землетрясения сделать это невозможно.

Изменение уровня радона перед землетрясением в Японии (Кобе, 1995).

Если попытаться выявить аномалию, предвестник приближающегося землетрясения по уровню воды в скважине, то сначала надо пробурить скважину и тем самым уже внести непонятное по последствиям возмущение в природное равновесие. Затем необходимо провести многолетние наблюдения за уровнем воды в ней и, если будут зафиксированы изменения, определить природу их происхождения. При этом всегда будут оставаться сомнения – в нужном ли месте пробурена скважина или связаны ли наблюдаемые в ней изменения именно с подготовкой землетрясения, а не с другими более естественными факторами. Почему так происходит?
Во-первых, народная мудрость «знать, где упадешь – солому подстелил бы», олицетворяющая бытовой парадокс, становится парадоксом наблюдения предвестников и научных бюджетов.
Если есть предположение, где ожидается землетрясение, можно заранее разместить датчики для регистрации быстропротекающих геофизических процессов. Однако это удается сделать крайне редко, и не всегда у исследователей есть возможность проводить подобные исследования. Оказывается дорого и экономически невыгодно вести многолетние (скорей всего в течение десятков лет) наблюдения геофизических полей где-то на Тянь-Шане, Гималаях или Андах только для того, что бы уловить важный признак подготовки землетрясения, которое само по себе может не принести особого вреда людям. Тем не менее, по-другому понять природу предвестников вряд ли получится.
Во-вторых, даже если очаг землетрясения расположен недалеко от большого города обеспеченного надлежащей системой наблюдений, хороший результат, именно здесь можно не получить. Жизнедеятельность города вносит большие возмущения в естественное состояние природной среды, на фоне которых выделить признаки приближающегося землетрясения очень сложно.
В-третьих, в отличие от регистрации сейсмических колебаний, очаговая зона для других видов наблюдений – геофизических, геодезических, гидрологических и т. д. не имеет заданных для определения тревожного периода параметров среды. Поэтому для выводов об её естественном или аномальном состоянии необходимо проводить многолетние наблюдения.
Современный этап изучения землетрясений в значительной мере связан с компьютеризацией, снявшей тяжкое бремя ручным способом обрабатывать записи и данные о землетрясениях. Компьютеры позволили быстро собирать, обрабатывать и передавать большие массивы информации, применять методы моделирования ситуаций для определения тревожного периода.
Возможно ситуация изменится с появлением искусственного интеллекта (ИСКИН). Тем не менее, и ему потребуются достоверные данные, с которыми без человеческой интуиции ему будет сложно сделать правильные заключения. Мощность компьютерных систем растёт с каждым годом, появились глобальные системы наблюдения за состоянием окружающей среды, и это повышает эффективность поиска связанных с подготовкой землетрясений явлений.

Изменение уровня высокочастотных шумов перед ощутимым землетрясением в районе Ашхабада, 1982 год (Каррыев, 1985).

В 30-е годы прошлого века американский математик Джон фон Нейман, рассуждая о перспективах применения вычислительных методов для предсказания погоды, заметил: «Климат определяется процессами устойчивыми и неустойчивыми, то есть такими, которые зависят от малых возмущений. Вычислительные машины позволят нам рассчитывать и первые, и вторые. И тогда мы сможем предсказывать всё, чем не можем управлять, и управлять всем, что не можем предсказывать».
В отношении погоды многое из сказанного оказалось верным, но в прогнозе землетрясений всё оказалось не так. Тем не менее, известные на сегодня предвестники уже классифицированы. Выяснилась, опять-таки ретроспективно, что все они проявляются по-разному в разных обстоятельствах, но главным образом связаны с геолого-геофизическими особенностями строения земных недр том или ином месте. Поэтому отдавая должное состоянию изучения предвестников землетрясений, японский сейсмолог Кэити Касахара много лет назад заметил: «Научные исследования по предсказанию находятся все еще на стадии, когда существенную роль играет эмпиризм. Поэтому важное значение для нас имеет документирование уже произошедших событий».
Отдельный вопрос об ответственности ученых и не ученых за ложные или недостоверные прогнозы, точнее – за предсказания землетрясений и прочих превратностей природы. Как правило, подобные предсказания могут вызвать экономические последствия и реже человеческие жертвы. Первопричина этого хорошо известна – историческая память людей о перенесенных страданиях и бедах, подогреваемая религиозными утверждениями о неминуемом наказании людей и т.п., делает их особенно уязвимыми к подобным сообщениям. Это одна сторона вопроса.
Другая, более серьезная, связана с введением в заблуждение населения о реальной угрозе. Примеров тому много. От занижения уровня опасности в то время когда она вполне реальна при строительстве, планировании защитных мер и др. Такое происходило на территории бывшего СССР неоднократно. Случаи игнорирования реальной угрозы многочисленны, как в экономически развитых так и в бедных странах. Показателен случай произошедший в итальянском городе Л'Акуила.
В 2014 году апелляционный суд итальянского города Л'Акуила оправдал семерых экспертов комиссии по определению рисков, которых ранее приговорили к шести годам тюремного заключения за то, что они ошиблись в оценке сейсмической ситуации в городе в 2009 году. Дело было возбуждено, так как около тридцати жителей города обратились с официальным запросом в судебные органы. Они посчитали, что ученые должны были, по крайней мере, за несколько дней предупредить город об опасности.
Землетрясение в Л’Акуиле с М = 6,3 по шкале Рихтера произошло 6 апреля 2009 года в 3:32 часа ночи по местному времени. По данным Национального института геофизики и вулканологии Италии гипоцентр землетрясения находился на глубине 8,8 км, в пяти километрах от центра города. Число погибших на вечер 11 апреля 2009 составило 293 человека, 10 человек пропали без вести, без крова осталось 29 тысяч человек.
Предыстория такова. В течение шести месяцев перед крупным землетрясением в городе ощущались слабые землетрясения. В окрестности будущего землетрясения регистрировалась аномальная сейсмическая активность. За неделю до основного толчка 30 марта и непосредственно перед ним произошли два форшока с магнитудами около четырёх по шкале Рихтера на очень небольшой глубине – около двух километрах от земной поверхности.
31 марта, за шесть дней до трагедии, служба защиты населения встречалась с комиссией по оценке рисков из шести ученых для оценки возможности возникновения сильного землетрясения. Комиссия заключила, что «нет причин предполагать, что серия второстепенных землетрясений – это прелюдия к серьезному сейсмическому событию», и «крупное землетрясение в этом регионе маловероятно, хотя и не исключено».

Тем не менее, землетрясение произошло, и шесть ученых, среди которых был президент Национального института геофизики и вулканологии в Риме Энцо Боски стали фигурантами дела об убийстве. С одной стороны это нетипичный случай когда учённых обвинили в уголовном преступлении. С другой, вопрос состоит в том, что несмотря на все опасные признаки эксперты не предупредили жителей о возможности землетрясения.
Практика показала, что угроза была реальной и люди, положившиеся на собственные ощущения, не пострадали. С другой стороны понимание угрозы позволяло заблаговременно принять меры по повышению сейсмоустойчивости зданий и подготовке населения к чрезвычайной ситуации. Разумеется, это дело не ученых, а администраторов всех уровней, точнее в системе государственного управления, одной из задач которой является обеспечение защиты своих граждан. Схожий пример можно найти в Японии.
Великое землетрясение Хансин в Кобе произошло 17 января 1995 года. Перед главным толчком сейсмическая обсерватория зафиксировала несколько форшоков в очаговой зоне землетрясения. До землетрясения Хансин в районе города не происходило сильных землетрясений почти 400 лет. Иными словами были все предпосылки оценить угрозу как реальную и заблаговременно принять необходимые меры.
Последствия землетрясения оказались ужасны, поскольку город и его жители не были готовы к нему. Ретроспективно выявлены факторы обусловившие масштаб трагедии и, казалось бы, сделаны все необходимые выводы. Тем не менее, следующая трагедия в Японии – землетрясение у восточного побережья острова Хонсю 11 марта 2011 года, показало очередную неспособность властей правильно оценивать природные угрозы. Не только в плане превентивных мер, но и моделирования сбоев как в системе управления, так и обеспечения безопасности крупных инфраструктурных узлов и атомных электростанций.
В 2013 году верховный суд Чили обязал правительство страны выплатить компенсацию семье Марио Овандо, погибшего во время цунами в феврале 2010 года. Судя по всему, решение суда о компенсации родственникам ста тысяч долларов может открыть дорогу сотням подобных жалоб. Можно согласиться с доводами семьи Овандо, что гибель Марио это результат халатности властей объявивших в роковую ночь о нулевой опасности цунами. Вскоре после радиообращения стихия смыла дом Марио Овандо в порту Талькауано на юге страны. Всего из-за землетрясения и цунами в Чили, погибло около 500 человек.
Иными словами, официальные сообщения об отсутствии опасности при её наличии приводит к трагедиям. К подобным случаям можно отнести события в Л'Акуила, Кобе и Факусиме. Большой риск утверждать, что ничего не будет в ситуации, когда нет ни методологии, ни данных для прогноза, ведь само предположение о минимальном риске природной катастрофы по сути и есть самый настоящий прогноз.
Если нет сейсмической истории исследуемой территории то, по каким данным можно дать прогноз за один день, неделю, месяц или год до предполагаемого землетрясения?
Учёные предполагают, что с приближением землетрясения изменяются физико-химические свойства среды в его очаге. Следовательно, даже не имея представления о сейсмическом режиме территории и наблюдая в течение длительного периода времени за состоянием недр различными методами (сейсмоакустика, режим подземных вод, гравиметрия, нивелировка, электромагнитные измерения и т.д.) можно обнаружить момент подготовки землетрясения. Отчасти это подтверждается результатами лабораторных экспериментов и натурных наблюдений. Некоторым образом об этом свидетельствуют многочисленные факты аномального поведения животных перед подземным ударом.