Поделиться
Андрей Леонов, к. ф.-м. н., руководитель Центра виртуальной истории науки и техники, Институт истории естествознания и техники РАН, г. Москва
Данила Чебров, к. ф.-м. н., заведующий лабораторией исследований и мониторинга сильных землетрясений,Камчатский филиал Геофизической службы РАН, г. Петропавловск-Камчатский
На Камчатке следить за сейсмической "погодой" привыкли так же, как и за погодой обычной - сводки о сейсмической и вулканической опасности публикуются еженедельно. Не смогли предсказать дождь, и вы, самое большое, вымокните. А тут от ошибки в прогнозе зависят жизни людей.
Устройство нашей планеты хранит не меньше тайн, чем космическое пространство - хотя она у нас буквально "под ногами". Всего за семьдесят лет человечество прошло путь от первых самолётов до отправки космических аппаратов за пределы Солнечной системы. А жюль-верновское "путешествие к центру Земли" и сегодня остаётся такой же фантастикой, как в середине XIX века. Глубочайшие скважины мира не превышают 13 км, при радиусе планеты более 6000 км! И даже эти "надколы" на поверхности ставят больше вопросов, чем дают ответов.
Сегодня, как и в обозримом будущем, основной метод изучения глубинного строения Земли - это анализ информации, которую "приносят"сейсмические волны. Наша планета совсем не похожа на застывший камень, летящий в космосе - скорее, это живой организм, пребывающий в постоянном внутреннем движении. На её поверхности есть стабильные участки, но есть и такие, где землетрясения происходят ежедневно. Планета "дышит" и, вслушиваясь в это "дыхание", учёные многое могут сказать о процессах, протекающих в её недрах.
Треть всех землетрясений России приходится на Камчатку. Курило-Камчатский регион - часть "Тихоокеанского огненного кольца", колоссального пояса сейсмической и вулканической активности, расположенного вдоль границы Тихого океана. Здесь океаническая плита погружается под континент со скоростью около десяти сантиметров в год. Накопление и сброс напряжений в земных недрах приводит к постоянным землетрясениям. Не удивительно, что именно на Камчатке расположена крупнейшая в России сеть сейсмических наблюдений.
Первая сейсмостанция была открыта на Камчатке в 1915 году по инициативе академика Бориса Борисовича Голицына, председателя Постоянной центральной сейсмической комиссии при Императорской академии наук. В то время русские сейсмологи вышли на мировой уровень, а в некоторых вопросах даже обогнали своих зарубежных коллег. Сейсмографы системы Голицына в начала ХХ века были, безусловно, лучшими в мире. Сам он в 1911 году был избран президентом Международной сейсмологической ассоциации.
"Голицинская" станция проработала непрерывно всего три года - грянула революция, и о науке надолго забыли... Лишь в 1961 году на Камчатке заработала единая сеть сейсмологических наблюдений, объединив несколько действовавших до этого разрозненных сейсмостанций Академии наук СССР. За 50 лет детальных наблюдений было зарегистрировано и обработаноболее 130 тысяч землетрясений - это один из самых полных региональных каталогов в мире. Сегодня каждый день регистрируется и обрабатывается в режиме, близком к реальному времени, до ста событий.
"Камчатка является северным звеном Курило-Камчатской дуги, где сейсмичность достигает наивысшего на Земле уровня, - отмечает академик РАН Сергей Александрович Федотов, который руководил созданием и развитием системы сейсмологических наблюдений на Камчатке. - Здесь находится один из крупных тектонических узлов мира - пересечение Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. Поэтому Камчатка и Командорские острова были, есть и будут одним из главных мест сейсмологических исследований в нашей стране".
Землетрясение в Японии в 2011 году показало со всей очевидностью: ни одна страна в мире, даже очень богатая и развитая технологически, сегодня не способна уверенно предсказать удар стихии. Поэтому прогноз Средне-Курильского землетрясения в 2006 году был отнесен к числу лучших достижений РАН в области наук о Земле.
Прогноз катастрофических землетрясений - один из самых серьёзных вызовов современной геофизике. Важность этой задачи для жизни людей, для экономики стран сложно переоценить. Сегодня учёные могут более-менее точно предсказать место, где может случиться очередное сильное землетрясение - но не могут определить точное время, когда оно произойдёт.
Из сейсмологических наблюдений, включая исторические сведения, известно, что сильнейшие события на Камчатке и Курильских островах повторяются примерно в одних и тех же местах по определённому "сейсмическому циклу". Если на каком-то участке давно не было катастрофических землетрясений (так называемая "сейсмическая брешь") - ожидать их следует именно там. Одной из самых опасных сейсмических брешей сегодня является район города Петропавловск-Камчатский, наиболее заселенного участка Курило-Камчатской дуги. Это - наиболее вероятное место следующего сильнейшего землетрясения на Камчатке. Вероятность такого землетрясения в ближайшие пять лет здесь оценивается примерно в 50%.
Отчётливое понимание той опасности, которая грозит городу с 200-тысячным населением - несомненная заслуга учёных. А ведь ещё в середине 1970-х годов на Камчатке, в непосредственной близости от города хотели строить... атомную станцию! К счастью, доводы учёных смогли остановить эту безумную затею.Именно на основании научных данных расчётная сейсмичность для города была повышена с 8 до 9 баллов, что привело к пересмотру строительных норм и правил. Позже учёные выполнили также детальное сейсмическое районирование города: ведь интенсивность сейсмических воздействий на различных грунтах может отличаться до 3 баллов, что нужно учитывать при проектировании и строительстве. С конца 2010 года начались интенсивные работы по сейсмоусилению жилых домов и новое сейсмостойкое строительство в городе Петропавловск-Камчатский.
Сейсмические данные успешно используются для прогноза вулканической активности. Извержениям часто предшествует сейсмическая подготовка: увеличивается количество землетрясений, их очаги "поднимаются" всё ближе к поверхности. Эти землетрясения вызывает магма, "пробивающаяся" из земных глубин. Процесс подготовки может занимать разное время: годы, месяцы, недели, а иногда - менее суток! Учёные хорошо знают "характер" многих вулканов, за которыми ведётся регулярное наблюдение, и могут достаточно уверенно прогнозировать их поведение, наблюдая за сейсмической обстановкой.
Все удачные прогнозы сильных извержений второй половины ХХ века на Камчатке были сделаны, когда извержениям предшествовали рои относительно сильных землетрясений. Самые яркие примеры - это успешный прогноз начала Большого трещинного Толбачинского извержения (1975-1976), прогнозы побочных прорывов на вулкане Ключевской (1983, 1987), прогнозы извержений вулканов Шивелуч (1993, 2001), Карымского и Академии Наук (1996). Из десяти последних извержений вулкана Безымянного, успешные краткосрочные прогнозы были сделаны в восьми случаях.
Сейсмические наблюдения позволяют заранее подготовиться к началу извержения, снизить риски для авиарейсов и населения. На Авачинской и Ключевской группах вулканов, рядом с которыми распложены город Петропавловск-Камчатский и посёлок Ключи, развёрнуты сети чувствительных сейсмостанций, которые отслеживают малейшие изменения в локальной сейсмической активности.
Цунами - одно из грозных последствий землетрясений в прибрежных районах. Легенды о море, выходящем из берегов, у многих местных народов передаются из поколения в поколение - ведь от этого знания зависит жизнь. Землетрясение возле острова Суматра в 2004 году вызвало цунами, которое унесло жизни более 260 тыс. человек. На некоторых участках высота заплеска волн достигала 35 м. Кадры цунами в Японии в 2011 году наглядно показали, сколь велика сила гигантских волн.
"Служба предупреждения о цунами основана на непрерывном наблюдении сейсмической обстановки. Именно на Геофизическую службу РАН возложена ответственность за объявление тревоги цунами для населенных пунктов на побережьях, которые находятся вблизи от очагов сильных землетрясений, - говорит Виктор Николаевич Чебров, директор Камчатского филиала ГС РАН. - Камчатский, Сахалинский, Владивостокский центры Геофизической службы РАН параллельно обрабатывают данные, поступающие в реальном времени со всех сейсмических станций Дальнего Востока России".
Современные системы предупреждения о цунами, имеющиеся в распоряжении ученых, позволяют заблаговременно предупредить об опасности. Но спасение жизней людей зависит не только от чёткой работы системы предупреждения, но и от оперативной реакции властей. Колоссальное количество жертв цунами в странах Юго-Восточной Азии в 2004 году было вызвано, в том числе, тем, что правительства многих стран не успели среагировать на информацию об опасности, переданную им учёными - а в некоторых случаях у них было на это более часа времени!
Российская служба предупреждения о цунами - совместная система нескольких ведомств: Минприроды России (Росгидромет) и Российской академии наук (Геофизическая служба), территориальных органов государственной власти, МЧС России. Система взаимодействия между различными подразделениями чётко отработана, что неоднократно проверялось на практике. За время существования службы с 1958 года угроза цунами объявлялась более 80-ти раз, и примерно треть этих предупреждений оправдалась. Но это, безусловно, тот случай, когда лучше перестраховаться.
С развитием новых технологий учёные научились буквально "видеть" сквозь землю. Расширение сети наблюдений, применение новых приборов позволило геофизикам получить недоступные ранее объёмы точных сейсмических данных. Обрабатывая громадные массивы информации с помощью современных компьютеров, можно не только установить точное расположение и время отдельных сейсмических событий, но и восстановить трёхмерную картину распространения сейсмических волн, "заглянуть" на сотни километров под поверхность земли.
"Масштабные сети инструментальных наблюдений, трёхмерное моделирование и визуализация, в том числе, в реальном времени - одно из перспективных направлений в исследованиях Земли, - говорит академик Евгений Ильич Гордеев, директор Института вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН. - Можно только позавидовать молодому поколению исследователей, которых ждут, безусловно, новые выдающиеся открытия!"
Методы сейсмической томографии - одно из "горячих" направлений геофизики, и российские специалисты занимают здесь ведущие мировые позиции. Например, для Камчатки накоплено такое количество записей землетрясений, что учёные сумели построить детальную трёхмерную модель подземного строения региона. Теперь "виртуальное" путешествие в земные недра, о котором мечтал Жюль Верн, вполне возможно.
Землетрясение возле острова Суматра в 2004 году вызвало цунами, которое унесло жизни более 260 тыс. человек. Высота волн достигала 35 м. Кадры цунами в Японии в 2011 году наглядно показали, сколь велика сила гигантских волн. "На Геофизическую службу РАН возложена ответственность за объявление тревоги цунами для населенных пунктов на побережьях, которые находятся вблизи от очагов сильных землетрясений, - говорит Виктор Чебров, директор Камчатского филиала ГС РАН. - Камчатский, Сахалинский, Владивостокский центры параллельно обрабатывают данные, поступающие в реальном времени со всех сейсмических станций Дальнего Востока России".
Российская служба предупреждения о цунами - совместная система нескольких ведомств. Система взаимодействия между ними четко отработана, что неоднократно проверялось на практике. За время существования службы с 1958 года угроза цунами объявлялась более 80 раз, и примерно треть этих предупреждений оправдалась.