Журнал «Вокруг Света» №06 за 2008 год - Вокруг Света

Из 600 тысяч горожан погибли около 2 тысяч человек и еще 27 тысяч получили ранения. Но если бы не принятые меры, число пострадавших могло достичь 150 тысяч. Впрочем, эйфория от успешного прогноза продолжалась недолго: 28 июля 1976 года непредсказанное разрушительное Таншаньское землетрясение оставило под руинами китайских городов (в том числе и в Пекине ) сотни тысяч человек. В последующие годы в Китае удавалось предсказывать землетрясения, но значительно чаще стихия наносила удар неожиданно. При этом неподтверждавшиеся прогнозы не раз порождали панику среди населения и приводили к большим экономическим потерям, так что в дальнейшем даже было решено ограничить практику проведения эвакуационных мероприятий.

Выжить в завалах многоэтажек было почти невозможно. Нефтегорск, 1995 год. Фото EPIX/SYGMA/CORBIS/RPG

Неудачу китайской программы предсказания землетрясений можно было бы списать на подверженность народных наблюдателей вспышкам особой бдительности или, наоборот, неоправданного благодушия. Если так, тогда решение проблемы должны обеспечить развитые сети геофизических наблюдений. Именно на это сделали ставку США и Япония . Причем регистрацией колебаний земной коры дело не ограничивалось. Измерялись уровень, температура и химический состав воды в скважинах, скорости движения земной поверхности, аномалии гравитационного и геомагнитного полей, проводился мониторинг атмосферных, ионосферных и геоэлектрических явлений. В Советском Союзе не хватало возможностей для развертывания региональных сетей наблюдения, и вместо этого был создан ряд высококлассных локальных полигонов для комплексных геофизических наблюдений. Ожидалось, что успех придет благодаря исследованиям процесса подготовки землетрясений и новым способам распознавания аномалий, в частности, с использованием методов искусственного интеллекта — благо сильных математиков и геофизиков в стране хватало.

Но надежды на технику тоже не оправдались. Огромный рост объема получаемой геофизической информации не привел к качественному росту эффективности прогноза. Геофизикам удалось пронаблюдать большое число различных физических аномалий, предположительно связанных с процессами подготовки землетрясений (наподобие, например, быстрых движений земной поверхности перед Хайченгским землетрясением). Однако подавляющее большинство из них не обнаруживались при других землетрясениях или на других полигонах. Несмотря на все усилия, так и не удалось получить эффективный и экономически оправданный прогноз землетрясений, при котором предотвращенные потери устойчиво превосходили бы ущерб от ложных тревог.

Испытания модели дома на вибростенде. Пало-Альто, США. Фото ROGER RESSMEYER/CORBIS/RPG

Какие бывают прогнозы землетрясений?

В строгом смысле слова прогноз землетрясения — это заблаговременное определение места, времени и силы ожидаемого сейсмического события. Но дать такой полный прогноз удается редко, и в практических целях используют более простые варианты. Первым приближением к прогнозу служит сейсмическое районирование, отвечающее на вопрос, какой силы подземные толчки в принципе могут ожидаться в данной местности. Следующие степени приближения по времени дают соответственно долгосрочный (десятки лет), среднесрочный (годы, месяцы) и краткосрочный (дни, часы) прогнозы землетрясений. Долгосрочный прогноз часто основывают на гипотезе сейсмического цикла, предложенной в середине 1960-х годов Сергеем Александровичем Федотовым, ныне академиком РАН. Ее суть состоит в том, что разрушительные землетрясения (с магнитудой 7,5 и более) повторяются в сейсмоактивных районах квазипериодически с интервалом 140 ± 60 лет, причем на разных стадиях этого цикла характер сейсмического режима меняется. С учетом районирования и параметров сейсмического цикла выделяются потенциально наиболее опасные области на срок в десятки лет, и в них концентрируются исследования с целью уточнения пространственных и временных рамок возможного сильного землетрясения. Проблема прогноза землетрясений привлекает большое число непрофессионалов. Кажется, что заниматься прогнозом так же просто, как писать стихи (а кто этим не баловался в своей жизни?). Любители обычно недостаточно осведомлены о сути проблемы, но, что хуже, редко бывают строги в своих оценках полученного результата. Типичен случай, когда результаты и алгоритм прогноза все время подгоняются их автором под поступающую новую информацию, вследствие чего создается сильно завышенное впечатление о точности применяемого метода. Сравнивая такой прогноз со строгими профессиональными результатами, любитель часто приходит к ошибочному выводу о высокой эффективности своего детища.

Время глубокого скепсиса

Постепенно в отношении самой возможности прогноза землетрясений стал развиваться глубокий скепсис, особенно сильный в тех странах, где были созданы технически наиболее совершенные сети наблюдений и где перспектива получения надежного прогноза еще недавно казалась такой близкой. При этом сомнения в возможности прогноза получили весомую теоретическую поддержку. В сейсмологии известен эмпирический закон Гутенберга — Рихтера. Он связывает число и силу толчков степенным соотношением: при увеличении энергии землетрясения в 1000 раз (на 2 единицы магнитуды) количество событий такого масштаба уменьшается примерно в 100 раз. Отсюда, кстати, вытекает важный вывод, что львиная доля всей выделяемой в земной коре сейсмической энергии приходится на небольшое число сильнейших событий. Именно они, когда задевают крупные города, причиняют наибольший ущерб. Сейсмологи без особого успеха пытались объяснить закон Гутенберга — Рихтера с самого его открытия. Однако во второй половине ХХ века выяснилось, что такой закон распределения встречается не только в сейсмологии. Сходным образом распределяются населенные пункты по числу жителей, компании по величине капитала, военные конфликты по числу жертв. В физике степенные законы распределения типичны для критических процессов (например для фазовых переходов).

Чтобы объяснить широкое распространение степенных распределений, американец Курт Визенфельд (Kurt Wiesenfeld), датчанин Пер Бак (Per Bak) и китаец Чао Танг (Chao Tang) выдвинули в 1987 году весьма плодотворную идею развития самоорганизованной критичности, или, коротко, СОК-гипотезу. Она утверждает, что сложные динамические системы, в частности земная кора, самопроизвольно эволюционируют в направлении критического состояния с сильным взаимодействием соседних элементов.

Сейсмостойкие здания могут даже падать, не разрушаясь. Тайпей, 1999 год.  Фото GLENN SMITH/SYGMA/CORBIS/RPG 

В таком состоянии в системе могут развиваться события самого разного масштаба подобно тому, как в большой толпе раздраженных людей периодически возникают то мелкие, то крупные стычки, а иногда, казалось бы, без видимой причины, вся толпа может прийти в движение. Каждое отдельное такое движение непредсказуемо, но статистически можно определить их вероятность. Модель СОК позволила объяснить, почему для самых разнообразных природных систем типично возникновение степенных законов распределения. Стало естественным объяснять такие распределения активным динамическим характером порождающей его системы.

СОК-гипотеза давала основание рассматривать литосферу Земли (земную кору и верхнюю часть мантии) как среду, постоянно находящуюся в неустойчивом состоянии. Но отсюда следовало, что реализация в данный момент того или иного землетрясения — исключительно дело случая и принципиально непредсказуема. Случайный взмах крыльев «бабочки Брэдбери» может привести в действие спусковой механизм, вызывающий катастрофические изменения. Если все так, то проблема предсказания землетрясений снимается, как принципиально неразрешимая, а то и вовсе «ненаучная», вроде попыток изобрести вечный двигатель. Говорить о предсказании землетрясений в части международного научного сообщества стало считаться дурным тоном, и даже само слово «предсказание» было изгнано из научной литературы. Если уж приходилось касаться этой щекотливой темы, то пользовались менее обязывающим словом «прогноз». Мода в науке не менее требовательна, чем в одежде, и в 1990-х годах в США и Японии исследовательский проект, ставящий целью поиск методов предсказания землетрясений, имел весьма мало шансов получить поддержку. В 1994 году конгресс США даже принял особое решение о прекращении целевого субсидирования программ прогноза землетрясений и переводе усилий на задачи сейсмостойкого строительства.

В самом деле если прогноз невозможен, то следует заняться другими вопросами, например развитием программ быстрого оповещения. Своевременная информация о приближающихся волнах цунами уже спасла тысячи жизней. Если бы в Индонезии , на Цейлоне и в Индии существовали такие системы, число жертв гигантского Суматранского землетрясения 2004 года было бы намного меньше. Разрабатываются и еще более быстрые системы оповещения, нацеленные, например, на остановку скоростных поездов и опасных производств за то небольшое время, пока сейсмическая волна со скоростью 6—8 км/с распространяется по земной коре от эпицентра землетрясения до потенциально опасного объекта.