Чтобы предсказать землетрясения, ученые должны понять, как они происходят, что происходит непосредственно перед и во время их начала, и есть ли признаки того, что движение неизбежно. Пока что ничего из этого неизвестно.
В октябре 2012 года итальянские суды признали виновными шестерых ученых и одного государственного служащего — все они были членами Национальной комиссии по прогнозированию и предотвращению крупных рисков — в непредумышленном убийстве за якобы преуменьшение информации в дни, предшествовавшие разрушительному землетрясению, которое произошло в Л'Акуиле 6 апреля 2009 года. Десятки тысяч зданий были разрушены, 1000 человек получили ранения, а 308 человек погибли. Суды посчитали, что это произошло потому, что ученые не предупредили мирных жителей о риске сильного землетрясения. (Все приговоры, кроме одного, были отменены в апелляции в 2014 году, а срок заключения оставшегося обвиняемого сократили с шести до двух лет.)
Случай вызвал бурные споры в научном сообществе и показал любопытный факт о землетрясениях в целом: ученые не могут предсказать, где и когда они произойдут. Но почему бы и нет?
Землетрясения: как они происходят?
В течение столетий люди задавались вопросом, что заставило Землю сотрясаться. В 1960-х годах ученые наконец остановились на теории тектоники плит, которая утверждает, что поверхность Земли состоит из плит — твердых плит горных пород, — которые движутся относительно друг друга поверх более горячего расплавленного материала внешнего ядра. По мере того, как эти плиты движутся, они скользят мимо и сталкиваются друг с другом; на границах этих плит находятся разломы, которые имеют грубые края и слипаются, в то время как остальная часть плиты продолжает двигаться. Когда это происходит, энергия, которая обычно заставляет плиты двигаться мимо друг друга, накапливается, пока в конечном итоге сила движущихся плит не преодолеет трение на неровных краях разлома. Разлом отлипает и высвобождает эту энергию, которая излучается наружу через землю волнами, вызывая землетрясение, когда волны достигают поверхности.
Чтобы определить эпицентр землетрясения — место на поверхности Земли, прямо над гипоцентром, где начинается землетрясение, — ученые смотрят на волны, создаваемые землетрясением. P-волны распространяются быстрее и первыми сотрясают землю; затем следуют S-волны. Чем ближе вы находитесь к эпицентру землетрясения, тем ближе друг к другу эти две волны ударят. Измеряя время между волнами на трех сейсмографах, ученые могут триангулировать(вычислить) местоположение эпицентра землетрясения.
Проблемы прогнозирования
Хотя ученые создают сложные модели землетрясений и изучают историю землетрясений вдоль линий разломов, никто не обладает достаточным пониманием условий — горных пород, минералов, жидкостей, температур и давлений — на глубинах, где начинаются и развиваются землетрясения, чтобы иметь возможность их предсказывать. «Мы можем создавать землетрясения в контролируемых условиях в лаборатории или наблюдать их вблизи в глубокой шахте, но это особые ситуации, которые могут не очень походить на сложные разломы, которые существуют на глубине в земной коре, где происходят крупные землетрясения», — сказал в 2012 году изданию Mental Floss Майкл Бланпьед, помощник координатора Программы по оценке сейсмической опасности Геологической службы США . «Наши наблюдения за землетрясениями всегда находятся на расстоянии, рассматриваются косвенно через призму сейсмических волн, поверхностных разломов и деформации грунта. Чтобы предсказать землетрясения, нам нужно хорошо понимать, как они происходят, что происходит непосредственно перед и во время начала землетрясения, и есть ли что-то, что мы можем наблюдать и что говорит нам о том, что землетрясение неизбежно. Пока ничего из этого не известно».
По словам ученых, нынешнее понимание заключается в том, что землетрясения начинаются — или зарождаются — с малого, на изолированном участке разлома, а затем быстро растут. «Это зарождение может произойти где угодно, и даже когда у нас есть примеры повторяющихся землетрясений, они могут зарождаться в разных местах». « Если есть процесс, который происходит за секунды — {или} минуты, часы, месяцы? — перед землетрясением, этот процесс может быть очень неуловим и его трудно наблюдать через километры твердой породы, особенно когда мы даже не знаем, куда смотреть».
Еще одна проблема: большие и малые землетрясения могут начинаться по-разному. «Если все землетрясения начинаются с малого, а некоторые просто становятся большими, то прогнозирование может оказаться безнадежным делом, потому что мы вообще не заинтересованы в прогнозировании тысяч маленьких землетрясений, которые происходят каждый день».
Прогнозирование землетрясений
Хотя точное определение времени и масштаба землетрясения в настоящее время невозможно, ученые могут оценить вероятность землетрясения в регионе или на разломе в течение десятилетий. «Для этого нам нужна информация о том, как быстро разлом скользит в долгосрочной перспективе — обычно это несколько миллиметров или сантиметров скольжения в год — и насколько сильными могут быть землетрясения». «Ученые рассчитывают, сколько скольжения используется при каждом землетрясении, и, таким образом, как часто в среднем должны происходить землетрясения, чтобы не отставать от долгосрочной скорости скольжения».
Знание даты последнего землетрясения помогает улучшить прогнозирование, поскольку ученые могут оценить, произошло ли оно раньше или позже, на основе времени повторения землетрясений в этом конкретном разломе. Например, в разломе Хейворд, к востоку от залива Сан-Франциско, крупные землетрясения происходят каждые 140–150 лет. Последнее землетрясение в разломе произошло в 1868 году, поэтому ученые полагают, что этот разлом может спровоцировать еще одно землетрясение в любое время. «Однако следует отметить, что „любое время“ может означать завтра или через 20 лет».
Ученые узнали это на собственном горьком опыте. В 1980-х годах Геологическая служба США предсказала, что в течение 5 лет в разломе Сан-Андреас около города Паркфилд произойдет землетрясение магнитудой 6 баллов. «В этом районе было развернуто множество типов приборов для наблюдения за землетрясением, а также для попытки предсказать его на основе различных типов предвестников». «Как оказалось, землетрясение произошло только в 2001 году, что поставило под сомнение идею использования времени прошлых землетрясений для точного прогнозирования будущих. Кроме того, не было никаких наблюдаемых предвестников, что подорвало надежду на возможность прогнозирования землетрясений путем наблюдения за землей».
На данный момент прогнозирование — лучшее, что у нас есть, и хотя оно неточно, определение вероятности землетрясения помогает застройщикам принимать правильные решения о том, где строить и какие типы сил должны выдерживать эти здания. «Если наши здания прочные, то это не так уж важно ( можем ли мы точно предсказывать крупные землетрясения), потому что мы будем в безопасности, когда бы земля ни сотрясалась».
Прогнозные исследования
Землетрясения представляют угрозу для многих стран на земле, поэтому, несмотря на трудности, ученые усердно работают над тем, чтобы выяснить, как лучше предсказывать эти события. Они создают землетрясения в лаборатории, пробурили скважины в зоне разлома Сан-Андреас, чтобы изучить условия на глубине, и изучают деформацию грунта с помощью датчиков GPS, чтобы понять, как на разломах накапливаются напряжения.
Это исследование было использовано для создания системы раннего оповещения ShakeAlert , которая отправляет оповещения о землетрясениях через приложение и собирает данные об условиях землетрясений для лучшего прогнозирования будущих движений. Система дает людям некоторое время — от нескольких секунд до минуты, может быть, — чтобы уйти от эпицентра землетрясения и укрыться в безопасном месте, а также помогает чиновникам замедлить или остановить общественный транспорт, расчистить мосты и многое другое. В настоящее время данная систем применяется в Америке и она охватывает Калифорнию, Орегон и штат Вашингтон.
Но нет никаких гарантий, что когда-либо будет открыт надежный метод прогнозирования землетрясений. «Нам нужен метод прогнозирования, который работает лучше, чем случайное обоснованное предположение, и, несмотря на десятилетия работы над этой проблемой, до сих пор никто не продемонстрировал, что такой метод существует и работает», — сказал ученый Бланпье. «Я сомневаюсь, что мы когда-либо сможем предсказывать время крупных землетрясений заранее. Однако мы можем предсказывать много полезных вещей о землетрясениях, помимо времени их возникновения, и мы можем использовать эти знания, чтобы сделать себя и страны устойчивыми к данной природной стихии».
Спасибо за внимание.