Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие – нет - Нейт Сильвер

Одной из самых активно изучаемых сейсмических зон в мире является Паркфилд, штат Калифорния, располагающийся вдоль разлома Сан-Андреас (в районе, ограниченном Фресно и Бейкерсфилдом). В течение довольно длительного времени с интервалами примерно в 22 года, то есть в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 гг., в Паркфилде возникали землетрясения. В одном из научных исследований, профинансированном USGS{341}, был описан тренд и дан прогноз, что с вероятностью в 95 % в период между 1983 и 1993 гг. (а скорее всего, в 1988 г.) в этом районе произойдет очередное землетрясение. Однако в реальности более-менее заметное землетрясение произошло в Паркфилде лишь в 2004 г., что явно не соответствовало предсказанию.

Помимо того что предсказание землетрясений в Паркфилде было ошибочным, оно усилило популярное заблуждение о том, что эти события происходят через равные промежутки времени и что региону «суждено» пережить землетрясение, если оно не наблюдалось там в течение какого-то времени в прошлом. Землетрясения возникают в результате роста напряжения вдоль линий разлома. Напряжение нарастает, пока не происходит выброс наподобие того, как из гейзера выбивается струя горячей воды. Затем напряжение спадает, и процесс начинается с самого начала.

Однако система разломов довольно сложна – регионы, подобные Калифорнии, имеют множество разломов, и каждый из них обладает собственными особенностями и спецификой. В результате землетрясения может произойти частичное снижение напряжения на одном участке разлома, но оно может передаться соседним или даже отдаленным уголкам того же разлома{342}. Более того, напряжение на разломе сложно зафиксировать напрямую до тех пор, пока не произойдет землетрясение.

То есть если в Сан-Франциско в соответствии с прогнозом значительное землетрясение происходит каждые 35 лет, из этого вовсе не следует, что такие события распределяются равномерно (например, в 1900, 1935, 1970 гг.). Правильнее предположить, что вероятность ежегодных землетрясений составляет 1 из 35, и что это соотношение не будет особенно сильно меняться со временем вне зависимости от того, сколько времени прошло с предыдущего.

Пустыня Мохаве, штат Калифорния

Казалось, что после фиаско Брэди и Паркфилда интерес к попыткам предсказывать землетрясения утихнет. Однако он вернулся в 2000‑х гг. с удвоенной силой, и произошло это благодаря появлению методов прогнозирования, основанных на статистике.

Один из таких методов активно выдвигался Владимиром Кейлисом-Бороком, родившимся в России, математиком и геофизиком, который, несмотря на то, что ему уже далеко за 80, до сих пор преподает в Калифорнийском университете. Кейлис-Борок многое сделал для развития теории формирования землетрясений. Впервые его взгляды стали известны широкой публике после того, как в 1986 г., во время встречи на высшем уровне в Рейкьявике с Михаилом Горбачевым, президенту Рейгану передали лист бумаги с предсказанием сильного землетрясения, которое должно будет произойти в течение ближайших пяти лет в Соединенных Штатах. Позднее многие согласились с тем, что речь шла о землетрясении в Лома-Приета, обрушившемся на Сан-Франциско в 1989 г.{343}.

В 2004 г. Кейлис-Борок со своей командой заявил о том, что им удалось достичь «значительного прогресса» в предсказании землетрясений{344}. Выявляя закономерности при изучении слабых землетрясений в заданном регионе, исследователи могли, по их собственным словам, предсказывать более значительные. Для этого Кейлис-Борок использовал достаточно сложные и туманные методы{345}. Каждое из землетрясений, имевших место в прошлом, описывалось серией из восьми уравнений, применявшихся для различных комбинаций времени и пространства. Однако, по словам команды, этот метод позволил достаточно точно предсказать землетрясения 2003 г. в Сан-Симеоне, штат Калифорния, и на острове Хоккайдо в Японии.

Остается не до конца понятным, действительно ли исследователи выступили с публичными и заблаговременными заявлениями о землетрясениях в Сан-Симеоне и на Хоккайдо{346}; поиск по текстам газетных статей за 2003 г. через систему Lexis-Nexis не привел к каким-либо результатам{347}. При оценке успеха того или иного метода прогнозирования крайне важно разделять сами предсказания и последующие рассказы о них; предсказание прошлого представляет собой явный оксюморон, и очевидно, что его не стоит относить к примерам успеха{348}.

Однако к январю 2004 г. Кейлис-Борок довольно громко заявил о другом своем предсказании: в течение следующих девяти месяцев землетрясение магнитудой не менее 6,4 балла должно было произойти в пустыне Мохаве в Южной Калифорнии{349}. Это заявление привлекло всеобщее внимание: Кейлису-Бороку были посвящены статьи в журнале Discover, газете Los Angeles Times и примерно в десятке других значимых изданий. Ему позвонили из офиса губернатора Шварценеггера; власти собрали чрезвычайное заседание. Даже знаменитые своим скепсисом сотрудники USGS были готовы уделить этой информации внимание; на сайте института было написано, что «работа команды Кейлиса-Борока основывается на вполне разумном подходе к исследованиям в области предсказания землетрясений»{350}.

Однако крупного землетрясения в пустыне Мохаве не произошло ни в тот год, ни в последующее десятилетие. Команда Кейлиса-Борока продолжала выступать со своими предсказаниями землетрясений в Калифорнии, Италии и Японии, но без особого успеха: проведенный в 2010 г. анализ показал, что прогнозы оказались точными лишь в трех случаях, а в 23 были ошибочными{351}.

Суматра, Индонезия

Но в предсказаниях землетрясений встречаются ошибки и иного рода: прогнозируется, что в каком-то регионе землетрясение заданной магнитуды маловероятно или невозможно, – а затем оно вдруг происходит. Дэвид Боумэн, бывший ученик Кейлиса-Борока, возглавляющий в настоящее время департамент геологических наук в Университете штата Калифорния в Фуллертоне, удвоил свои усилия по предсказанию землетрясений после землетрясения 2004 г. на Суматре – ужасающего бедствия с магнитудой 9,2 балла, приведшего к возникновению цунами и гибели 230 тыс. человек.

Методика Боумэна (как и Кейлиса-Борока) базировалась на серьезном математическом аппарате и использовала землетрясения средней силы для предсказаний более значительных{352}. Однако это был более элегантный и амбициозный подход. Боумэн предложил теорию, в рамках которой попытался дать количественную оценку величине напряжения в различных точках в системе разломов. В отличие от подхода Кейлиса-Борока, метод Боумэна позволял предсказывать вероятность землетрясения в любой части разлома. Таким образом, он мог предсказать не только где может произойти землетрясение, но и те участки земной поверхности, где его возникновение было бы маловероятным.

Поначалу Боумэн и его команда достигли определенного успеха; его метод позволил выявить зону риска на Суматре, в эпицентре которой в марте 2005 г. произошел серьезный афтершок с измеренной магнитудой 8,6 балла. Однако в научной работе, которую он опубликовал в 2006 г., было высказано предположение, что риск землетрясений в другой части разлома, в Индийском океане недалеко от индонезийской провинции Бенкулу особенно мал{353}. Но уже через год, в сентябре 2007 г., целый ряд землетрясений произошел именно в этой области, причем магнитуда самого сильного из них достигала 8,5 балла. К счастью, землетрясения произошли достаточно далеко от берега и привели к незначительным жертвам. Однако они оказались разрушительными для теории Боумэна.

Между молотом и наковальней

После того как его модель потерпела фиаско, в 2007 г. Боумэн поступил так, как редко делают прогнозисты. Вместо того чтобы возложить всю вину на неудачу (его модель допускала некоторую возможность землетрясения около Бенкулу, однако незначительную), он еще раз изучил ее и решил, что его подход к предсказанию землетрясений был фундаментально ошибочным, – после чего сдался.

«Я – несостоявшийся прогнозист, – рассказывал мне Боумэн в 2010 г. – Я совершил смелый и глупый поступок – выступил с предсказанием, которое можно проверить. Именно это, в принципе, мы и должны делать, но, когда предсказания оказываются ошибочными, это приносит боль».

Идея Боумэна заключалась в том, чтобы выделить основополагающие причины землетрясений – и на их основе формулировать прогнозы. В сущности, он хотел понять, каким образом изменяется и распространяется напряжение во всей системе. В основе его подхода лежала теория хаоса.