О прогнозе явления

Предсказание любого явления, особенно стихийного,— дело чрезвычайно сложное. В природе все взаимосвязано и взаимообусловлено. Факторов, от которых зависит каж­дое явление, исключительно много, зачастую их просто невозможно учесть. Однако нередко именно неучтенные факторы способны изменить ход событий и кажущийся верным прогноз вдруг дает совершенно неожиданный результат. Сложность в предсказании цунами усугубляет­ся его зависимостью от землетрясения. Поэтому и про­гноз цунами следует также подразделять на долгосрочный и краткосрочный.

К краткосрочному относится прогноз цунами от уже происшедшего землетрясения. Учет всех данных, всех параметров землетрясения дает возможность и в наши дни почти точно предсказывать, будет цунами или нет. Хотя «почти» пока еще остается и, как мы увидим даль­ше, вводит немалый процент ошибок в предсказание, но недалек тот день, когда точный краткосрочный прогноз станет реальностью.

К долгосрочному следует отнести предсказание всех тех цунами, которые возникнут в будущем при сильных землетрясениях. Но в этом случае, очевидно, приходится говорить не столько о цунами, сколько о прогнозе силь­ных землетрясений.

Что же сделано в этом направлении, какие исследова­ния ведутся учеными, чтобы обезопасить людей от рас­сматриваемого стихийного бедствия?

Во многих описаниях землетрясений указывается на сообщения очевидцев о том, что довольно часто при землетрясениях (иногда перед ними, иногда после них) наблюдаются случаи свечения атмосферы: то отдельные вспышки, то слабые подсветы самой разной, иногда до­вольно причудливой формы, то сполохи или единичные яркие шары, то отблески на облаках. В случае прохож­дения цунами наблюдаются и свечения морской воды (точнее, не самой воды, а микроорганизмов, возбужден­ных движением волны) обычно ночью. При некоторых землетрясениях отмечается возникновение гейзеров и песчаных фонтанов.

При сильных и очень сильных землетрясениях появ­ляются видимые земляные волны и возникают очень большие трещины (следует заметить, однако, что трещи­ны, как правило, имеют поверхностное происхождение и почти никогда не достигают глубины гипоцентра даже при мелкофокусных землетрясениях, не говоря уже о глубоких), отмечаются случаи погружения зданий в почву. Иногда происходит обводнение низменностей, даже образование целых озер в результате запруд, воз­никающих при обвалах и оползнях. Нередко при земле­трясениях слышны подземный гул и сильный грохот. Очень часто изменяется уровень воды в колодцах и сква­жинах, зависящий от изменения уровня водоносного слоя внутри земной коры.

При катастрофических землетрясениях рождались новые небольшие горы и вулканы и исчезали старые, изменялось направление течения рек и образовывались крупные водопады.

По свидетельству очевидцев, Монеронское землетрясе­ние сопровождалось гулом, напоминавшим взрывы бомб или канонаду. Гул, в частности, был слышен на расстоя­нии до 200 км (нос. Ильинское) в основном в направле­нии больших осей изосейст.

Участники экспедиции на Монерон свидетельствуют и о других явлениях, предшествовавших этому землетрясе­нию или сопровождавших его. Так, В. С. Глинчиков, на­ходившийся на мостике катера, обратил внимание на резкое (до шквального) усиление ветра перед толчками, хотя в эту ночь сильного ветра не наблюдалось. В море, в направлении Невельска или несколько севернее, члены экспедиции Й. В. Пригорев, В. С. Глинчиков и С. Н. Сукач наблюдали ярко-оранжевую вспышку подковообразной формы, а затем, на протяжении 5—8 мин., еще два отсвета типа зарниц, значительно менее ярких, чем пер­вая вспышка, смещавшихся к югу. Существование ука­занных световых эффектов подтверждается наблюдателя­ми и с западного берега Сахалина.

Достоверность перечисленных фактов в большинстве своем признается наукой. Однако еще бытует мнение, что землетрясения можно предсказать, пользуясь народными приметами или различными предчувствиями. Действи­тельно, существуют рассказы очевидцев и письменные свидетельства о различных фактах аномального поведе­ния животных, птиц, рыб, о предчувствиях людей и т, п. перед землетрясениями.

Так, например, известно, что некоторые домашние животные перед землетрясением ведут себя очень беспо­койно: куры, свиньи пытаются выйти из своих помеще­ний; кошки насовсем покидают дома; воют собаки; мычат коровы. Грызуны оставляют свои норы. Отдельные люди испытывают угнетенное состояние перед возникно­вением подземных толчков.

Замечено также, что некоторые породы декоративных рыбок явно меняют свое поведение в аквариумах, а у берегов в отдельных случаях исчезает промысловая рыба. Наблюдается появление или исчезновение морских водо­рослей. Птицы покидают свои гнезда.

Утверждают даже, что некоторые растения реагируют на стихийные проявления в природе. Так, например, королевская примула, растущая у подножий вулканов, расцветает перед извержением.

Подобного рода сообщений, как видим, немало. Что можно сказать об этом? Вряд ли разумно отрицать дей­ствительное существование многих из перечисленных фактов. Однако далеко не всегда все перечисленное под­тверждается. Из бесед с жителями сейсмоактивных райо­нов иногда можно услышать, что вроде и собака выла, и кошки бегали, и корова мычала, и человек чувствовал себя неважно, а никакого землетрясения не произошло. Бывает и наоборот — все чувствовали себя хорошо, а землетрясение произошло, и немалой силы. Иногда кое-что из таких предсказаний и оправдывается. Но отсюда совсем не следует делать вывод об их практической при­менимости.

Как видим, с одной стороны, имеется много факторов, которые могли бы быть использованы как биологические индикаторы предвестников землетрясения. Однако, с дру­гой стороны, их явно недостаточно для составления на­дежных научных прогнозов.

К этой проблеме сейчас начинают проявлять большой интерес и правительства многих стран, и международные организации (ЮНЕСКО). Особенно это выявилось после ряда катастрофических землетрясений в последние годы в разных странах: в Агадире (Марокко) и Чили в 1960 г., в Иране в 1962 г., в Скопле (Югославия) в 1963 г.

Наибольшее внимание прогнозу землетрясений сейчас уделяется в Японии, США и СССР. Эти страны, особенно Япония, вся территория которой сейсмична, пожалуй, более всего подвержены землетрясениям и цунами. Не­удивительно, что именно в Японии был сделан впервые в 1905 г. сравнительно точный долгосрочный прогноз будущего сильного землетрясения (1923 г.).

В Японии в 1962 г. была составлена программа иссле­дований по проблеме прогноза. Она содержит (в кратком изложении) следующие основные пункты:

1.     Геодезические измерения. Цель работ — получить детальные сведения о деформациях земной коры с по­мощью повторных съемок и нивелирований.

2.     Мареографические измерения (уровень моря). Они должны выявлять возможные изменения уровня моря в пунктах регистрации.

3.     Непрерывные измерения деформаций наклономера­ми и деформометрами. Основная цель работ — выяснить связь между процессом накопления деформаций и воз­никновением землетрясений. Предполагается выявить специфические изменения за несколько часов и суток до сильного толчка на расстоянии в несколько десятков ки­лометров от эпицентра.

4.     Исследования сейсмичности. Благодаря огромному количеству микротолчков их анализ, быть может, позво­лит за сравнительно короткий срок установить характер сейсмичности в данном районе.

5.     Определение скорости сейсмических волн методами разведочной сейсмологии. Перед сильным толчком, как из­вестно, скорость волн может изменяться, и это необходи­мо учитывать.

6.     Исследования активных разломов. Катастрофические землетрясения часто сопровождаются разломообразова-нием на поверхности, поэтому, изучая характер и распо^ ложение активных разломов начиная с неогена, мы мо­жем судить о сейсмоактивности рассматриваемой терри­тории в прошлом.

7.     Измерение геомагнитного поля и теллурических то­ков. Неоднократно отмечались изменения геомагнитного поля в эпицентральной зоне сильного землетрясения, а также резкие изменения теллурических токов и магнит­ного поля перед сильным землетрясением и изменения электрического сопротивления пород.

Однако наличие данных еще не доказательство. И цель планируемых работ состоит в проверке этих предвест­ников.

Изучением предвестников сильных землетрясений за­нимаются  исследователи и  многих других  стран.  По мнению большинства сейсмологов, для решения пробле­мы долгосрочного прогноза необходимо не только полу­чить ответ на все пункты указанной программы, но и:

а)     исследовать поведение земных пород при предельных

давлениях  и температурах в  лабораторных условиях;

б)    изучить миграцию очагов землетрясений (нередко

наблюдающиеся случаи перемещения очагов в одном

направлении); в) найти методы обнаружения большой

концентрации энергии в одном месте; г) выявить зако-

номерности изменения скорости звука в породе при из-

менении напряжений в ней; д) исследовать изменения

локальных магнитных полей; е) обратить внимание на

изменения уровней воды в колодцах и скважинах;

ж) изучить роль упругих приливов, обусловленных Лу-

ной и Солнцем; з) провести анализ тектонических дви-

жений за большие промежутки времени; и) заняться

изучением пьезомагнитного эффекта; к) вести система-

тические наблюдения за изменением химического состава

воды в глубинных источниках и т. д.

Приведенный перечень далеко не охватывает всех направлений, по которым должны идти научные иссле­дования с целью прогноза землетрясений. Следует ука­зать на большую работу, проделанную в этом направле­нии чл.-кор. АН СССР С А. Федотовым. Он исходил из предположения повторяемости циклов сейсмической ак­тивности в конкретном районе земного шара (в данном случае имеется в виду Курило-Камчатская зона). Зная период цикла и стадию изменения сейсмичности, можно приблизительно прогнозировать время активного состоя­ния, в которое могут возникнуть наиболее сильные толчки.

Интересный пример предсказания двух сильных зем­летрясений приводит Э. Роберте: «Японский сейсмолог Омори, анализируя периодичность прошлых землетрясе­ний, пытался установить закон, который позволил бы предсказывать новые удары. К сожалению, такого зако­на он не вывел, но зато удивительно точно предсказал район и время будущих землетрясений. Изучив историю Землетрясений в Тихоокеанском районе, которые яви­лись причиной катастрофы в Сан-Франциско (1906 г.), Омори высказал свои соабражения. В апреле он объя­вил, что, по его мнению, вскоре произойдут два сильных землетрясения: одно — в северной части Тихоокеанского пояса, другое — в Южной Америке, в районе Перу и

Чили. В августе того же года сильные землетрясения действительно произошли в названных Омори районах Мало того, произошли они в один и тот же день!» 10

Несомненно, это следует рассматривать не более как случайное счастливое совпадение.

Как пишет X. Кавасуми, он значительное время зани­мался изучением наклонов земной коры, в частности, на Кии и Мурото, а также на других полуостровах, выдаю­щихся на юг в Тихий океан. Обнаружено, что в боль­шинстве случаев наблюдаются систематические наклоны грунта в одном направлении. Из этого X. Кавасуми де­лает следующий вывод: «…центр сейсмической активно­сти Тихоокеанского пояса в японском секторе, по-види­мому, последовательно перемещается вдоль побережья на юго-запад. После катастрофического землетрясения Наикайдо (1854 г.) сейсмоактивность проявлялась в 1894 г в прибрежной зоне океана у Немуро и Кусиро (на о-ве Хоккайдо) и затем перемещалась на юго-запад, ознамено­вавшись землетрясениями в районах Санрику (1896 г.), Канто (1923 г.), Тонанкай (1944 г.), каждое из которых сопровождалось катастрофическими цунами. Из этих фактов, а также аналогичных событий в прошлом следу­ет, что новый центр активности опять будет в районе Нанкайдо. В октябре 1946 г. я представил в Японскую академию наук статью на эту тему.

Представление, что систематические наклоны на полу­островах, сложенных третичными осадками, являются предвестниками предстоящих разрушительных землетря­сений в прилегающей прибрежной зоне океана, было подтверждено землетрясением 1944 г. в районе Тонан­кай, а также недавним землетрясением в Нанкайдо», (Между прочим, ожидаемое землетрясение пока еще не произошло.)

Несколько иначе обстоит дело с краткосрочными про­гнозами. К ним, очевидно, следует относить приблизи­тельное предсказание места и времени возможного воз­никновения землетрясения за несколько часов, дней, не­дель или месяцев. В этом отношении уже есть кое-какие обнадеживающие результаты. Правда, касаются они только отдельных районов земного шара с довольно по­

стоянным тектоническим «поведением» земной коры. В качестве примера можно привести широко известный район земного шара — разлом Сан-Андреас (Калифор­ния, США). Его два крыла с достойным удивления по­стоянством смещаются относительно друг друга. Точнее, огромная область западного разлома смещается в север­ном направлении со скоростью приблизительно 5 см в год. С целью предупреждения катастрофического земле­трясения, подобного Калифорнийскому (Сан-Францис-скому, 1906 г.), американскими учеными предложен метод «спускания землетрясения на тормозах». Суть его за­ключается в следующем: когда в результате смещения участка земной коры напряжение в конкретном исследуе­мом месте по теоретическим расчетам достигает опасной величины, в месте предполагаемого разрушения земных пород бурятся глубокие скважины. В скважины под большим давлением нагнетается вода. Проникая в мел­кие трещины, образующиеся в земной коре перед круп­ным разрушением или при форшоках, вода, расширяя эти трещины, вызывает очень мелкие землетрясения — микроземлетрясения. И вода, и микроземлетрясения в данном случае играют как бы роль смазки от крупного толчка, который не сможет произойти из-за недостатка скопления энергии в одном месте. Энергия расходуется постепенно на серию мелких толчков, напряжение ослаб­ляется, и катастрофы не происходит.

Как видим, в этом случае люди не только рассчиты­вают, когда приблизительно произойдет землетрясение, но и противодействуют его стихийному проявлению.

Другой пример краткосрочного предсказания. Извест­но, что в отдельных районах земного шара в подземных водах изменяется концентрация растворимых инертных газов (гелия, радона и др.) во время изменения активно­сти сейсмических процессов. Этот факт свидетельствует о приближении сильного толчка и может быть использо­ван как предвестник для предсказания скорого землетря­сения. Такой метод исследуется в Институте сейсмологии Академии наук Узбекской ССР. В частности, наблюде­ния за изменениями химического и газового состава под­земных вод Приташкентского бассейна показали, что за­долго до Ташкентского землетрясения содержание гелия и радона в термоминеральной воде стало заметно увели­чиваться. К середине 1965 г. оно возросло почти вдвое, но в октябре 1965 г. наступила стабилизация, затем рез­кий спад перед 26 апреля 1966 г., когда в Ташкенте про­изошло 8-балльное землетрясение.

Сразу же после толчка концентрация радона и дру­гих инертных газов резко упала. Когда результаты пер­вых лет наблюдений были систематизированы, открылись важные количественные закономерности. Оказалось, что В период, предшествующий сильным подземным толчкам, концентрация гелия в подземных водах увеличивается в 10—12 раз, радона — в 3—4 раза. Растут концентрации и других газов, например аргона и фтора. Изменяется со­отношение содержания изотопов и других элементов.

Найденные закономерности подтвердились при изу­чении сильного землетрясения, которое произошло 14 мая 1970 г. в Дагестане. Сбой ритма «гелиевого дыхания» планеты удалось наблюдать и в других сейсмоактивных районах.

На основе гелий-радонового метода сделаны первые успешные предсказания землетрясений. Например, о под­земной стихии в районе оз. Иссык-Куль ташкентские ученые узнали за три месяца до толчка. Сейчас они предсказывают две трети землетрясений, происходящих в Средней Азии. Узнают о приближающейся катастрофе как минимум за день до первых толчков.

К сожалению, оба приведенных примера нельзя рас­пространить на сейсмические зоны всего земного шара, так как каждый район имеет свои особенности, а указан­ные причины присущи только конкретным районам.

Что касается краткосрочного прогноза цунами, то здесь нужно хорошо знать следующее: а) точное место (координаты эпицентра) происшедшего землетрясения; б) механизм очага землетрясения; в) высоту волны в рчаге цунами; г) время пробега волны до каждого конк­ретного пункта побережья; д) величину возможной высо­ты волны на интересующем нас участке побережья; е) дальность заплеска волны в глубь суши; ж) динами­ческие усилия подошедшего цунами на береговые соору­жения.

Каждый из перечисленных пунктов представляет со­бой, по существу, самостоятельную большую или малую задачу. При этом приходится констатировать, что далеко це на каждую из них в настоящее время сейсмологи мо­гут дать исчерпывающий ответ. К более или менее уве­ренно решенным можно отнести задачи пунктов а) и г)? д) и е) относятся к разряду тех, которые могут решать­

ся несколькими путями, например: 1) путем сбора све-» дений о затоплении прибрежной полосы суши возникшей и пришедшей волной цунами и на основе статистическо­го материала определением примерной границы затопле­ния и высоты заплеска на интересующем нас участке? 2) изучением показаний приборов, расположенных в разных точках участка; 3) проведением натурных наблю­дений на уменьшенной модели участка в лабораторных условиях с последующим использованием полученных результатов на действительном участке побережья; 4) исследованием на электронной модели бухты или участка мнимого затопления путем введения и изменения необходимых параметров рельефа местности и конфигу­рации участка прибрежной полосы в работающую модель.

Все указанные методы в настоящее время применяют­ся на практике.

Задачи пунктов б) ив) наиболее сложные и очень важные. Можно, видимо, говорить об их взаимосвязи (точнее, о зависимости величины возвышения воды в очаге цунами от механизма очага землетрясения), так как вероятнее всего высота цунами в очаге обусловлива­ется именно механизмом очага землетрясения. Действи­тельно, если бы мы точно знали, каков механизм очага землетрясения, вызывающего цунами, то, по-видимому, смогли бы теоретически вычислить и высоту волны, воз­буждаемую в очаге.

Решение задачи, указанной в пункте ж), жизненно необходимо для проектных расчетов тех сооружений, которые в силу специфики их эксплуатации никак нель­зя относить от береговой черты.

Как видно из сказанного, краткосрочный прогноз цу­нами — и нерешенная и решенная задача: нерешенная — в полном объеме и требующая к себе еще значительного внимания, больших экономических затрат и немалых дополнительных исследований; решенная — в своей глав­ной части (спасение жизни людей).

В настоящее время краткосрочный прогноз цунами сводится практически к предсказанию на базе сейсмиче­ских данных возможного возникновения, прихода и по­явления волн на берегу при условии, если эпицентр зем­летрясения попадает в цунамигеныую зону 12, а энергия толчка достаточно велика, по крайней мере М>6,5. Ис­пользуя же разность во времени между скоростью рас­пространения сейсмических волн и волн цунами (в 50— 100 раз), можно вычислить время прихода цунами к тому или иному пункту побережья.

Таким образом, предполагая факт возникновения цунами свершившимся и зная время прихода волны к побережью, жители цунамиопасных районов Тихоокеан­ского побережья Дальневосточной зоны (восточного по­бережья Камчатки, Курильских и Командорских остро­вов) заблаговременно предупреждаются о грозящей им опасности.

К сожалению, оправдываемость тревог на основе только этого метода недостаточно высока. Поэтому необ­ходимо искать еще и другие методы предсказания цуна­ми, а также эффективные и действенные меры защиты от него.

Одной из наиболее существенных и действенных мер защиты от цунами является проведение цунамирайонирования береговых территорий и перенесения всех зданий и сооружений из затопляемой зоны. Для этого наряду с проведением теоретических расчетов и научных исследо­ваний на основе вероятностного прогноза цунами и за­висимости величины заплеска от интенсивности волн, для более правильного и уверенного решения вопроса необходимо широким фронтом провести упомянутое выше экспериментальное моделирование затопляемости бере­гов особенно опасных районов и по возможности наибо­лее точно установить границу их затопления.

Кроме того, в силу недостаточно высокой оправдываемости тревог, подаваемых только на базе сейсмических данных, в последнее время параллельно с этим решается вопрос о разработке и введении других, дополнительных методов краткосрочного прогноза цунами (в частности, например, гидрофизического метода, основанного на не­прерывных дистанционных наблюдениях с использовани­ем мареографов открытого моря). В этом случае, если волна цунами обнаружена на достаточном удалении от побережья, то с помощью электро- или радиосигнала от мареографа на берегу заблаговременно будет известно о существовании и движении волны. Это даст возможность принять все необходимые меры для спасения людей и некоторых материальных ценностей.

Одновременно, конечно, совершенствуется и сейсмиче­ский метод. Принимаются меры к поискам и введению в его методику дополнительных критериев цунамиопасности землетрясений и уточнению существующих, а также к расширению и автоматизации наблюдений на сейсми­ческих станциях.

Но основным методом защиты, по крайней мере для населения, от цунами пока еще приходится считать наи­более пассивный, к счастью, наиболее надежный — ме­тод заблаговременной эвакуации населения на возвы­шенные места, которые заранее известны жителям каж­дого населенного пункта цунамиопасных районов.