Момент, когда земная твердь вдруг перестает быть твердью и уходит из-под ног — одно из самых пугающих ощущений в жизни. Землетрясения вызывают животный ужас. Он охватывает людей, даже когда колебания не очень сильные — качается люстра, дребезжит посуда в буфете. Что уж говорить, если дом ходит ходуном и начинает разрушаться. Самые мощные толчки не оставляют времени даже на испуг: вот только что был город, и нет его. Страшный грохот, тучи пыли, а когда она осядет — дымящиеся развалины…
Землетрясение — это внезапный выброс энергии в недрах Земли, вызывающий колебания ее поверхности. Землетрясения бывают природными и техногенными (когда взрывные работы или подземные испытания оружия приводят к сдвигу больших пластов горной породы). Природные землетрясения, по последним представлениям, происходят по причине постоянного горизонтального движения тектонических плит, которые могут сталкиваться, наезжать друг на друга. Смещения в недрах порождают сейсмические волны — колебания, которые распространяются в земной коре, подкоровой литосфере и в мантии Земли. Сейсмологи говорят, что Земля постоянно «дышит». В местах сильного смещения плит на поверхности растут молодые горы, а под землей в результате трения краев плит друг о друга накапливается огромная энергия. Её высвобождение, подобное подземному взрыву, и приводит к интенсивным землетрясениям.
Что касается волн цунами, то это следствие землетрясений, извержений вулканов и оползней на дне океана. При этом большие массы воды получают толчок и приходят в движение, обрушиваясь на побережье. Воображение сразу рисует волны размером с гору. Но на самом деле цунами больше похоже на мощное стремительное наводнение, сметающее всё на своем пути.
Сила землетрясений измеряется разными способами. Не специалисты обычно путают интенсивность и магнитуду.
Магнитуда землетрясения (от латинского magnitudo «важность, значительность, крупность, величие») — величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды была предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, поэтому в обиходе её называют шкалой Рихтера.
Шкала магнитуды содержит условные единицы (от 1 до 9,5), которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом. Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, и она не бывает больше 9,5 единиц (а не баллов!). Неграмотно говорить или писать, «землетрясение магнитудой 10 баллов» - такого не может быть.
Интенсивность землетрясения — это оценка сейсмического воздействия на охваченной землетрясением территории. Её дают спустя некоторое время после события, когда становится известно о последствиях. Интенсивность определяется в баллах по одной из принятых шкал. Они немного разные в России, в Европе, в США и в Японии, но, в принципе, оценивают одни и те же внешние проявления: от почти не ощущаемых колебаний почвы до тотальных разрушений. Например, в Европе давно заметили, что при определенной интенсивности землетрясения начинают сами собой звонить колокола… Во всех принятых шкалах интенсивность измеряется в баллах от 1 до 12, только в Японии принята шкала в 7 баллов.
Интересно, что на Земле есть территории, где практически отсутствует угроза землетрясений. Они, к примеру, никогда не регистрировались в Австралии — эта страна целиком расположена на одной тектонической плите, как на прочном фундаменте. Африка, кроме западной кромки континента, тоже находится в сейсмобезопасной зоне. Основная территория России тоже относительно безопасна.
Но нигде не следует расслабляться.
Новосибирская область, где живут основатели и многие авторы нашего канала, вроде бы максимально удалена от гор и разломов земной коры, но и здесь, бывает, ощутимо потряхивает. Самое крупное естественное землетрясение в нашем регионе произошло в 1882 году в районе Бердска. Его интенсивность потом оценили в 5,7 баллов. Также сильное землетрясение в 5 баллов случилось в районе Камня-на-Оби в 1914 году. Всё это происшествия природного характера, в центральной части Западной Сибири они случаются редко. Но в 20 веке участились техногенные землетрясения, связанные с добычей природных ископаемых. В Кузбассе в районе Белово 19 июня 2013 года произошло крупнейшее в мире техногенное землетрясение магнитудой 6 единиц. Постоянно трясет Горловский угольный разрез, а его «щупальца» тянутся от Искитимского района к новосибирскому Академгородку. Специалисты считают, что серия мелких землетрясений может когда-то спровоцировать сильный толчок. При 5 единицах магнитуды уже возможны серьезные разрушения.
А вообще, на Земле, охваченной плотной сетью сейсмостанций, регистрируется до 1 миллиона землетрясений в год. Приблизительно два в минуту! Большую часть из них мы не ощущаем. Но несколько раз за век случаются настоящие катастрофы. Ученые говорят, что число разрушительных землетрясений на Земле растет. Сильные подземные толчки (магнитудой 7,5 и более) происходили в XIX веке семь раз, в XX веке — 10 раз, а в XXI веке их за 23 года уже 10! Вот они в хронологическом порядке:
1) 2001 год, Индия. 26 января 2001 года в 03:16 по Всемирному координированному времени (UTC) на юго-западе Индии в штате Гуджарат произошло землетрясение магнитудой 7,6. Подземные толчки ощущались почти на всей территории Индии, в Непале, Пакистане и на западе КНР. Жертвами землетрясения стали, по разным оценкам, от 13,8 до 20 тыс. человек, около 166,8 тыс. человек пострадали. Землетрясение было самым разрушительным в Индии за полвека.
2) 2003 год, Иран. 26 декабря в 01:26 UTC землетрясение магнитудой 6,6 практически полностью уничтожило город Бам в юго-восточной иранской провинции Керман. По официальным данным, жертвами стали 26 271 человек (почти половина населения города), порядка 30 тыс. человек получили ранения.
3) 2004 год, Индийский океан в районе индонезийского острова Суматра. 26 декабря в 00:58 UTC здесь случилось мощнейшее землетрясение магнитудой до 9,5 единиц. В результате произошел сдвиг тектонических плит протяженностью 1200 километров. Образовалась волна цунами высотой до 10 метров, которая понеслась к берегам Индонезии, Таиланда, Шри-Ланки, юга Индии и восточного побережья Африки. Трагедия случилась не мгновенно, но тогда еще на прибрежных территориях не было Единой службы оповещения об угрозе цунами. Миллионы ничего не подозревающих людей работали и отдыхали на берегах и в море. Очевидцы рассказывают, что сначала вода отступила далеко от берега, и местные жители бросились собирать морские деликатесы на обнажившемся дне. Даже начавшийся следом сильный прилив не заставил любопытных бежать подальше от опасности. И тут океан ударил с такой силой, что все побережье было смыто за считанные минуты. В бурлящей воде погибли до 300 тысяч человек в 14 странах, так или иначе пострадали более 2 миллионов. Экономический ущерб составил около 15 миллиардов долларов. Он был бы в любом случае, а вот люди… Больно думать, что у них было время спастись, но их не предупредили об опасности. Сейчас шансов уцелеть при цунами гораздо больше. Об угрозе предупредят заранее, местные власти обязаны организовать эвакуацию населенных пунктов, но лучше её не дожидаться, а просто ехать и бежать подальше от берега. Желательно в горы. В прибрежных горах Таиланда сейчас оборудовано множество убежищ для терпящих бедствие — это большие помосты с навесом, где есть запас воды и пищи, контейнеры с пледами и фонариками. Какое-то время можно пересидеть, пока вода не схлынет…
4) 2005 год, Южная Азия. 8 октября в 3:50 UTC произошло землетрясение в Южной Азии — в Пакистане, Индии и Афганистане. Магнитуда составила 7,6. Эпицентр находился в 105 км к северо-востоку от Исламабада. В Пакистане погибли порядка 86 тыс. человек, более 69 тыс. человек получили ранения. В Индии жертвами стали 1 350 человек, 6 266 получили ранения. Более 4 млн человек в регионе лишились крова. Землетрясение стало самым разрушительным в Южной Азии за последние 100 лет. В его результате образовался разлом длиной 100 км, вдоль которого были разрушены практически все сооружения. Толчки ощущались также в КНР, Таджикистане и Казахстане.
5) 2006 год, 27 мая в 05:54 по местному времени (22:54 UTC 26 мая) на индонезийском острове Ява произошло землетрясение магнитудой 6,4. Зона бедствия охватывала административный округ Джокьякарта, южные районы провинции Центральная Ява и ряд соседних с ними районов провинции Восточная Ява. В результате удара стихии погибли 5 778 человек. До 137 тыс. человек получили ранения. Было разрушено более 150 тыс. жилых домов, порядка 600 тыс. человек остались без крова. По оценкам властей Индонезии, стихия нанесла ущерб на сумму $3,1 млрд.
6) 2008 год, Китай. 12 мая в 6:28 UTC в центральной китайской провинции Сычуань произошло землетрясение магнитудой 7,9. Эпицентр находился в уезде Вэньчуань в 80 км к северо-западу от столицы провинции, города Чэнду. Толчки ощущались в Пекине (1,5 тыс. км от эпицентра) и Шанхае (1,7 тыс. км), в этих городах началась эвакуация из офисных зданий. Землетрясение почувствовали в Индии, Пакистане, Таиланде, Вьетнаме, Бангладеш, Непале, Монголии и России. Жертвами стихийного бедствия стали 87 587 человек, более 370 тыс. получили ранения.
7) 2010 год, Гаити. 12 января, 21:53 UTC в море недалеко от столицы Порт-о-Пренс произошло землетрясение с магнитудой 7 единиц. Мгновенно были разрушены почти 100 тысяч домов, в том числе резиденция президента страны. Под развалинами погибли до 300 тысяч человек. Полтора миллиона остались без крова.
8) 2011 год, Япония. 11марта в 5:46 UTC в центральной и северо-восточной Японии произошло разрушительное землетрясение магнитудой 9,0. Очаг находился на глубине 10 км под дном Тихого океана, в 130 км к востоку от порта Сендай. Землетрясение вызвало сильное цунами, обрушившееся на тихоокеанское побережье Японии. Погибли 19 759 человек, еще 6 242 человека получили ранения, без вести пропавшими числятся 2 553 человека. Последствием катаклизма стала авария на атомной электростанции "Фукусима-1". Ущерб оценивался почти в $300 млрд. По мнению экспертов, полная ликвидация последствий катастрофы займет около 40 лет, а аукаться по всему миру она будет еще не известно сколько. Радиоактивную воду со станции приходится сливать в океан…
9) 2015 год, Непал. 25 апреля в 5:54 UTC в центральной части Непала произошло землетрясение магнитудой 7,9. Погибли 8 964 человека, пострадали более 17,5 тыс. человек. Разрушены более 500 тыс. жилых домов, ущерб нанесен еще не менее 269 тыс. строений. На Эвересте землетрясение вызвало сход снежных лавин, в результате погибли 24 альпиниста. В Катманду обрушилась историческая смотровая башня Дхарахара, построенная в 1824–1832 годах. Подземные толчки также ощущались в столице Индии и ее восточных, северных и северо-восточных штатах (там погибли более 60 и пострадали 250 человек), а также в Мьянме и Бангладеш.
10) 2023 год, Турция и Сирия. Самая свежая рана… 6 февраля в 01:17 UTC землетрясение магнитудой 7,7 произошло в провинции Кахраманмараш на юго-востоке Турции. Спустя небольшое время последовал второй толчок с магнитудой 7,5. Подземные толчки ощущались в 10 провинциях страны, а также в близлежащих государствах, в том числе в Сирии, где также были зарегистрированы крупные разрушения. С момента первого удара стихии было зарегистрировано более 1000 повторных подземных толчков магнитудой от 3 до 6,7. Тысячи людей погибли сразу или оказались заживо погребены в развалинах и не смогли дождаться помощи, потому что спасательные службы не справлялись с расчисткой разрушенных городов. Всего жертвами землетрясения стали 38 тысяч человек в Турции и 8500 в Сирии. Жертв было бы гораздо меньше, если бы не строительный бум в Турции. Местные власти, как выяснилось, за мзду закрывали глаза на нарушения технологии строительства в сейсмоопасных районах. Почти не пострадал в эпицентре землетрясения лишь один небольшой город Эрзинь. Его молодой мэр Оккеш Эльмасоглу не брал взятки и не допускал нелегального строительства, несмотря на обиды и даже угрозы земляков. В результате никто из 42 тысяч жителей Эрзиня не пострадал.
Все вышеизложенное — простая констатация фактов. Где же тут наука? Сейсмологи старательно регистрируют землетрясения, геофизики пытаются разобраться в их причинах и особенностях. Но до сих пор наука не может дать ответы на закономерные вопросы:
· Почему невозможны точные краткосрочные (хотя бы за полчаса) прогнозы землетрясений? Ведь именно они могли бы спасти миллионы жизней.
· Почему разрушительные землетрясения стали происходить чаще?
· Почему землетрясения с меньшей магнитудой нередко бывают более разрушительными, чем более мощные?
Хотя последний по счету вопрос вроде бы начал проясняться.
Геофизики Калифорнийского университета недавно опубликовали исследование, где утверждают, что чаще стали происходить самые разрушительные, так называемые сверхсдвиговые (они же сверхзвуковые) землетрясения. Это недавно открытое явление, при котором распространение разрывов породы (трещин) вдоль поверхности тектонического разлома происходит со скоростями, превышающими скорость сейсмической сдвиговой волны (S-волны). Это вызывает эффект, аналогичный звуковому удару. В результате такие землетрясения потенциально более разрушительны, чем другие с такой же и меньшей магнитудой. Ученые предположили, что они, скорее всего, происходят вдоль наиболее крупных разломов, подобных разлому Сан-Андреас у тихоокеанского побережья США. Из этого может следовать практический вывод, что в таких местах следует усилить внимание к сейсмобезопасности конструкций.
Однако, физическая основа описанного явления до сих пор выглядела странной и даже противоречащей законам природы. Базовая сейсмическая модель соответствует скорости разрыва, эквивалентной скорости распространения сдвиговых волн (или S-волн). Это колебания со скоростью около 3 км/с. Сверхсдвиговые землетрясения разрушают эту модель, достигая скорости разрыва 5 км/с.
Недавний эксперимент израильских ученых с эластичными гелями показал, что трещины действительно могут распространяться со скоростями, превышающими скорость сдвиговых и даже звуковых волн. Напряжения, приложенные к материалу под давлением, распространяются от вершины трещины по всей ее длине, когда потенциальная энергия превышает энергию разрушения материала. Открытие, сделанное исследователями из Еврейского университета в Иерусалиме, похоже, подтверждает эту модель сверхсдвига. В частности, ученым удалось экспериментально подтвердить существование сверхсдвиговых трещин, которые превышают скорость сдвиговых волн и ускоряются до скорости волн расширения (6 км/с).
Чтобы выявить знаменитые сверхсдвиговые трещины, исследователи использовали пористый гидрогель, обычно применяемый для молекулярного анализа. Для каждого образца был вытравлен сетчатый рисунок, чтобы можно было легко наблюдать за распространением трещин. В том месте, где гель должен был начать трескаться при растяжении (кончик трещины), была сделана небольшая выемка. После растяжения всех образцов и отслеживания трещин с помощью высокоскоростной камеры исследователи были чрезвычайно впечатлены скоростью их распространения. Самые быстрые из них распространялись со скоростью, на 30% превышающей скорость звука! Еще более удивительным оказалось то, что динамика сверхсдвига подчинялась принципам, полностью отличающимся от динамики обычных трещин. «Этот неклассический режим разрушения при растяжении представляет собой фундаментальное изменение в нашем понимании процесса разрушения», — пишут исследователи в своей статье. По их мнению, одна из причин, по которой базовые уравнения не могут объяснить то, что происходило в их экспериментах, заключается в том, как гели сопротивляются растяжению в начальной точке трещины. Понимание этого явления может пролить свет на механизмы, лежащие в основе сверхсдвиговых землетрясений. В перспективе это может облегчить их прогнозирование и минимизировать ущерб. В ближайшем будущем исследователи планируют распространить свои эксперименты на другие материалы и сотрудничать с теоретиками, ранее изучавшими сверхсдвиги.
Второй по счету вопрос пока остается без ответа. Точнее, попытки ответов есть, но выглядят они не очень правдоподобно. Один из крупных российских специалистов считает, что на частоту сильных землетрясений влияет мировой океан. Его уровень повышается по причине глобального потепления, и толща воды начинает сильнее давить на дно, что приводит к усилению тектонических процессов. Может быть, я чего-то не понимаю, но лёд, до того, как растаять, ведь тоже изрядно весил и давил на массу воды под ним.
Хуже всего обстоит дело с первым вопросом. Долгосрочные и среднесрочные прогнозы землетрясений существуют и довольно информативны. Они, например, позволяют вовремя принять инженерные меры для защиты особо опасных объектов или даже отказаться от их строительства в зонах с повышенной сейсмоопасностью. Но, в общем, и без таких прогнозов понятно, что лучше бы людям вообще не селиться в зонах тектонических разломов и вблизи «молодых», растущих горных систем. Но там, как назло, живет большая часть из 8-ми миллиардного населения Земли...
Что касается краткосрочных прогнозов, то во все времена находились люди, которые пытались предсказывать точные даты и места разрушительных землетрясений. Иногда подводя под это наукообразную базу. Но такие прогнозы далеко не всегда сбываются, и от провидцев отворачиваются современники. Сейчас такую драму переживает израильский геофизик российского происхождения Александр Ягодин. Увы, из его текстов невозможно понять, что за «гравитационно-сейсмические волны» он открыл и регистрирует. Но его первоначальный подход, основанный на наблюдениях за поведением животных, мне очень импонирует. Многие животные, в том числе домашние, определенно что-то чувствуют незадолго до землетрясения и начинают волноваться и необычно себя вести. Например, аквариумные рыбки и ракообразные буквально выпрыгивают из воды. Мечутся и воют коты и собаки. Но не все и не всегда. Кроме того, животные могут беспокоиться и по другим причинам. Публикаций на эту тему масса, и почти все они носят характер беллетристики. Но я нашла интересный околонаучный обзор на эту тему — подробный студенческий доклад на конференции молодых ученых. Из него, например, следует, что японцы не бескорыстно любят золотых рыбок — их поведение заметно меняется перед ударами подземной стихии.
Как утверждает автор доклада, на свете существует наука сейсмобиология. Пока удалось обнаружить единственную такую научную лабораторию в Институте сейсмологии Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан. Сотрудники проводят эксперименты на биополигонах, пишут научные статьи, участвуют в международных конференциях по прогнозу землетрясений. Не очень понятно, что там с воспроизводимостью экспериментов. Но люди хотя бы пытаются… Возможно, когда-нибудь ученые точно установят, каким образом животные чувствуют приближение подземных толчков (если это так), и будут созданы высокочувствительные приборы для краткосрочного прогноза сильных землетрясений.
Что касается представителей академической науки, то они готовы подробно объяснять, почему краткосрочный прогноз землетрясений принципиально невозможен. Если коротко: районы будущих выбросов подземной энергии понятны, предвестники известны, но сами выбросы обладают неустранимым свойством — они внезапны. Прогноз типа «в вашем городе или неподалеку обязательно когда-нибудь случится сильное землетрясение» никого не устраивает. Правда, некоторые авторы делают оговорку: именно существующие на данное время сейсмологические методы не позволяют сделать точный краткосрочный прогноз. Нужны более совершенные методы и, желательно, мультидисциплинарный подход в изучении землетрясений.
Примеры иных взглядов на природу землетрясений существуют. Так, в Институте Арктики и Антарктики РАН с 60-х годов прошлого века разрабатывают альтернативный подход к прогнозированию землетрясений на основе солнечно-атмосферных факторов. По мнению специалистов, до 95 процентов самых опасных поверхностных землетрясений обусловлены именно циклической солнечной активностью. Прогнозные сводки для Северного полушария публикуются на сайте института. Метод постоянно совершенствуется, специалисты сейчас переходят от среднесрочных к краткосрочным прогнозам.
Мне показалось особенно интересным, что уже есть попытки не только прогнозировать, но и предупреждать крупные землетрясения. Существует идея, что если периодически разгружать напряжение в недрах путем искусственных взрывов, то крупных катастроф можно избежать. Такие обнадеживающие экспериментальные работы велись в России, но на их масштабирование не хватило средств. В США есть государственная программа по спасению Сан-Франциско. Это одно из самых опасных мест в мире — там со стороны океана на континент выходит гигантский разлом Сан‐Андреас. Американская инженерная военная служба постепенно оконтуривает эту территорию тысячами скважин с глубиной в несколько километров. Предполагается, что если время от времени загонять в скважины жидкость, то она будет работать как смазка, и разломы станут постепенно разряжаться. Так удастся предотвратить разрушительную катастрофу, спровоцировав вместо нее 10—15 землетрясений более слабой магнитуды.
Наконец, несколько слов о цунами. Это не самостоятельное природное явление, а последствие подводных землетрясений, извержений вулканов и оползней.
Цунами обычно представляет собой серию волн, и первая волна часто не является самой разрушительной. Разрушительная сила цунами огромна: волны могут достигать ширины до 100 километров, высоты до 30 метров и скорости до 800 километров в час (в удаленных от берега районах океана).
Самые разрушительные цунами уносят тысячи жизней. Например, в 2011 году в Японии было зарегистрировано около 20 000 погибших, а в 2004 году в результате цунами в Индийском океане погибло 300 000 человек в 14 странах. Европа тоже не безопасна. Цунами унесло 60 000 жертв в Португалии и соседних странах в 1755 году, а недавно, в октябре 2020 года, цунами обрушилось на Турцию и некоторые греческие острова во время землетрясения в Эгейском море. Постоянная угроза цунами существует на дальневосточном побережье России.
Из-за большой опасности возникновения катастрофических волн многие страны и объединения стран создали системы предупреждения о цунами. Их роль – предоставлять как можно более точную и своевременную информацию об угрозе, чтобы спасательные подразделения могли быстро эвакуировать людей с побережья.
Системы предупреждения состоят из двух компонентов — прогнозирование и оповещение. Сеть станций измерения сейсмичности, оборудованных системой GPS, устанавливается в океане. Они отправляют данные через спутник в систему оповещения. Скорость распространения оповещения зависит от типа системы. Например, жители Японии узнали об угрозе мощного цунами в течение 3 минут после землетрясения 2011 года. Это позволило избежать миллионов смертей в густонаселенных районах, но жертв все равно оказалось много. Некоторые люди понадеялись переждать стихию на крышах многоэтажных зданий, но даже сейсмоустойчивые конструкции были разрушены мощным потоком воды…
Подводя итоги, надо сказать, что пока у человечества не хватает сил, знаний и средств, чтобы успешно противостоять угрозе землетрясений. Но надо помнить, что люди погибают не от колебаний почвы самих по себе, а от разрушения жилищ и других конструкций. Пожалуй, для следующей публикации я поищу новые идеи и технологии в сфере сейсмоустойчивого строительства.
Почитать подробнее:
1. Будет хуже: почему недавнее землетрясение под Искитимом — ещё не самое страшное. Объясняет ученый:
https://ngs.ru/text/gorod/2020/09/28/69479455/
2. О сверхсдвиговых землетрясениях: https://www.gazeta.ru/science/news/2022/11/01/18929605.shtml
3. О природе сверхсдвиговых землетрясений: https://new-science.ru/treshhiny-rasprostranyajushhiesya-bystree-skorosti-zvuka-brosajut-vyzov-zakonam-fiziki
4. О сейсмобиологии: https://core.ac.uk/download/pdf/53079013.pdf
5. Лаборатория сейсмобиологии в Казахстане: https://seismology.kz/?page_id=581
6. Проблемы краткосрочного прогноза землетрясений (формальный аспект): https://portal.ifz.ru/ntr/soderzhanie/tom-99-nomer-3-2020/03
7. Влияние солнечной активности на образование землетрясений: http://www.for68.com/riyu_Japanese/qplus/news.shtm?tabidmain=5&tabidsecondly=2&id=89848
8. О методах борьбы с землетрясениями: https://scfh.ru/papers/brosit-vyzov-zemletryaseniyu
9. О системах предупреждения о цунами: http://www.electronic-sirens.com/ru/%D0%BE-%D1%86%D1%83%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8-%D0%B8-%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC-%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B6%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F/у
Ирина Самахова
Статья впервые была опубликована 23 августа
Специально для Telegram-канала «Глобальные вызовы. Локальные решения»
