В первые часы после землетрясения на Суматра-Андаманских островах в 00 ч. 58 м. 53 м. по Гринвичу 26 декабря 2004 г. сообщалось, что оно имело магнитуду около 8 баллов, в результате чего вероятность возникновения разрушительного телецунами (цунами при пересечении океана) была сочтена минимальной.
Позднее было показано, что это событие было примерно в 10 раз больше, но только после того, как проект Centroid-Moment Tensor (CMT) Гарвардского университета предоставил оценку момента, основанную на 2,5 часах данных.
По этой оценке, магнитуда составляла Mw~9.0, в диапазоне, способном генерировать повреждающие телецунами. Фактически землетрясение вызвало телецунами, в результате которого к тому времени уже погибло более ста тысяч человек.
Оценка величины была пересмотрена по меньшей мере до 9,3 баллов, и точный масштаб события, вероятно, станет предметом дальнейших исследований в ближайшие годы.
Сейсмологи не смогли правильно определить величину самого сильного землетрясения за последние 40 лет.
Надежная оценка магнитуды - та, что определяет землетрясение на Суматра-Андаманских островах как способное вызвать повреждение телецунами - может быть получена только с использованием данных, собранных в течение получаса после его возникновения, и только с применением магнитудной модели (в отличие от моментальной модели).
Если бы такое определение было принято в течение первого часа после толчка, оно могло бы быть использовано для своевременного направления предварительного уведомления. Величину землетрясения можно объективно определить по сейсмическому моменту m0 , (произведению площади разлома, среднего проскальзывания и жесткости окружающих пород), или, эквивалентно моментной магнитуде M^, непосредственно рассчитанной с момента землетрясения по стандартной формуле Mw=2 log 10(m0)/3-10.73.
Обычные методы определения магнитуды используют только пиковую амплитуду наблюдаемых сейсмограмм и дают быстрые результаты. Они используются, хотя и имеют тенденцию недооценивать масштабы самых сильных землетрясений (что хорошо известно сейсмологам с 1970-х гг.).
Проблема недооценки этой величины связана с тем, что при длительном повреждении не происходит мгновенного смещения. Скольжение по тысячекилометровому разлому, как землетрясение на Суматра-Андаманских островах, происходит примерно за 500 с, поскольку фронт разлома распространяется со скоростью около 2 км/с от одного конца разлома к другому. Следовательно, сейсмические волны, излучаемые в результате разлома, систематически испытывают дефицит энергии в периоды, короче, чем этот характерный временной диапазон.
Обычные методы обычно оптимизированы для оценки магнитуд небольших землетрясений, т.к. землетрясения с магнитудой 6 или 7 происходят много раз в год. Эти методы используют сейсмические волны с периодами в диапазоне 1-20 с потому что отношение сигнала к шуму является самым высоким в этом диапазоне.
Следовательно, обычные процедуры оценки магнитуды имеют систематическое отклонение вниз при применении к редкому событию с магнитудой 9 или более.
Верхний предел магнитуды этих методов можно расширить, попытавшись скорректировать смещение. Для очень сильных землетрясений в процедуре оценки магнитуды необходимо учитывать более протяжённые периоды времени. Однако чем дольше этот период, тем больше данных необходимо собрать, прежде чем можно будет сделать оценку магнитуды, что приведет к задержке в публикации объявления о землетрясении очень большой силы.
То, что землетрясение на Суматра-Андаманских островах имело магнитуду, значительно превышающую 8 баллов, очевидно даже в 50-200 секундном интервале. В качестве примера можно привести вертикальное смещение грунта в результате землетрясения, произошедшего 23 декабря 2004 г., по сравнению с землетрясением меньшей магнитуды Mw-8.1 на острове Маккуари. Оба землетрясения наблюдались на станции АНМО (Альбукерке, Нью-Мексико).
Смещение землетрясения на Суматра-Андаманских островах примерно в 10 раз больше, чем землетрясение на острове Маккуари, хотя два события находятся примерно на одинаковом расстоянии от АНМО.
Кроме того, землетрясение на Суматра-Андаманских островах вызвало смещение в АНМО, которое примерно в 50 раз больше, чем землетрясение магнитудой Mw=7.2, произошедшее 2 ноября 2002 года примерно в том же регионе.
Эти две приблизительные оценки,MW=9 и Mw=8.9 ниже, чем у Stein и Okal, где Mw=9.3. Но они ясно показывают, что землетрясение на Суматре-Андаманском острове намного больше магнитуды 8 и что можно легко и быстро сделать оценку магнитуды около 9 баллов.
Приведенные выше примеры свидетельствуют о подходе к быстрому определению магнитуды сильных землетрясений: cначала определите расположение потенциального землетрясения С, используя стандартные средства (например, метод Гейгера), а затем систематически сравните смещение за длительный период (например, 50-200 с) смещение опорного события R (расположенного в том же общем географическом регионе, что и С, и наблюдаемое на том же сейсмометре).
Таким образом, этот метод предназначен в первую очередь для оценки того, является ли магнитуда потенциального землетрясения не менее 8,6 баллов, что достаточно, чтобы вызвать телецунами повреждающего действия.Именно на этот вопрос необходимо было ответить утром 26 декабря 2004 года.
Альтернативный подход
мог бы заключаться в использовании синтетических сейсмограмм либо на основе базы данных ранее рассчитанных примеров, либо рассчитанных на ходу.
В идеале, кандидаты и референтные события должны располагаться в одном месте. Однако событий, разделенных на несколько сотен километров, будет достаточно, учитывая длительные периоды, которые используются.
События также должны иметь аналогичные координационные механизмы. На практике диапазон вероятных механизмов очага сильного землетрясения в конкретной тектонической среде ограничен (например, большинство крупных субдукционно-зонных явлений - низкоугловые толчки), поэтому сходство требований к механизмам очага также не представляет большой проблемы.
Цель контрольного замера двоякая:
- Во-первых, он позволяет нормализовать амплитуды многих отдельных сейсмических фаз (например, PKP, P, SS, R, G и т.д.), которые вносят свой вклад в сейсмограмму, и скорректировать их на уменьшение амплитуды с увеличением расстояния.
- Во-вторых, он обеспечивает легко понятный стандарт, по которому лицо, принимающее решения, может судить о надежности оценки величины.
Наиболее убедительной проверкой достоверности результатов работы автоматизированной системы определения магнитуды должно быть изучение фактических перемещений грунта и подтверждение того, что они находятся в диапазоне величин, ожидаемом для землетрясения такой магнитуды.
Этот метод применяется для оценки магнитуды землетрясений на острове Суматра-Андаман в 2004 году и на острове Маккуари в 2004 году (магнитуды 9,0 и 8,1, соответственно).
Используются только данные, начиная с первой поступающей волны (P или PKF) и до 30 минут после. Величины станций, рассчитанные на основе амплитудных соотношений, имеют средние значения 8.77±0.02(la) и 8.27±0.09(la) для Суматры и острова Маккуари, соответственно. Таким образом, метод правильно выделяет землетрясение на острове Суматра-Андаман как потенциально разрушительное телецунами.
После землетрясения на острове Суматра-Андаман и особенно после объявления президентом США 10 января 2005 г. о намерении Соединенных Штатов участвовать в расширенной глобальной системе предупреждения о цунами внимание было сосредоточено на технических и людских ресурсах, необходимых для обеспечения надежности такой системы.
