Попытки предсказания землетрясений

Можно ли предсказать землетрясение? За прошедшие века было предложено много способов предсказания-от учета по­годных условий, типичных для землетрясений, до наблюдений за положением небесных тел и за странностями в поведении жи­вотных. Большинство попыток предсказать землетрясение было безуспешным.

С начала 1960-х годов научные исследования по прогнозу зе­млетрясений приняли невиданный размах, особенно в Японии, СССР, КНР и США. Их цель-добиться в предсказаний земле­трясений по крайней мере такой же надежности, как в прогнозе погоды. Наибольшей известностью пользуется предсказание времени и места возникновения разрушительного землетрясения, особенно краткосрочный прогноз. Однако существует и другой вид прогноза землетрясений: оценка интенсивности сейсмических сотрясений, ожидаемых в каждом отдельном районе. Этот фак­тор играет главную роль при выборе участков для строительства таких важных сооружений, как плотины, больницы, ядерные ре­акторы, и в конечном счете наиболее важен для уменьшения сейсмической опасности. В данной главе мы рассмотрим на­учный подход к прогнозу времени и места землетрясений, а ме­тоды прогноза сильных колебаний грунта опишем в гл 11.

Как было указано в гл. 1, изучение характера сейсмичности на Земле за исторический период времени позволило предсказывать те места, где в будущем могут возникать разрушительные земле­

трясения. Однако хроника прошлых землетрясений не дает воз­можности прогнозировать точное время следующей катастрофы. Даже в Китае, где за последние 2700 лет произошло от 500 до 1000 опустошительных землетрясений, статистический анализ невыявил четкой периодичности сильнейших землетрясений, но по­казал, что крупные катастрофы могут разделяться длительными периодами сейсмического молчания.

В Японии, где также существует длительная статистика зе­млетрясений (рис. 1), начиная с 1962 г. проводятся интенсивные исследования по прогнозу землетрясений, но пока они не принес­ли определенного успеха. (Впрочем, надо иметь в виду, что в по­следние годы на Японских островах не происходило крупных разрушительных землетрясений, хотя отмечено много слабых толчков.) Японская программа, объединяющая усилия сотен сейсмологов, геофизиков и геодезистов, привела к получению огромного количества разнообразных сведений и позволила вы­делить много признаков готовящегося землетрясения. Один из самых примечательных предвестников землетрясений среди из­ученных до сих пор-явления, отмеченные на западном побе­режье японского острова Хонсю. Проводившиеся там геодезиче­ские измерения показали (см. графики на рис. 2), что в окрестно­стях города Ниигата в течение примерно 60 лет происходило не­прерывное поднятие и опускание береговой линии. В конце 1950-х годов скорость этого процесса уменьшилась; затем во время землетрясения Ниигата 16 июня 1964 г. в северной части этого района (вблизи эпицентра) было отмечено резкое опуска­ние величиной более 20 см. Характер распределения верти­кальных движений, показанный на графиках рис. 2, был выяснен только после землетрясения.[1]
Но в случае повторения таких крупных изменений высоты рельефа это, несомненно, послужит некоторым предостережением. Позднее в Японии было проведе­но специальное изучение исторических циклов землетрясений в окрестностях Токио, а также были выполнены локальные изме­рения современной деформации коры и частоты землетрясений. Полученные результаты позволили некоторым японским сейсмо­логам предположить, что повторения сильнейшего землетрясе­ния Канто (1923 г.) в настоящее время не ожидается, но что в со­седних районах землетрясения не исключены.

С начала нашего столетия, если не раньше, стали выдвигаться предположения о разных типах «спусковых механизмов», спо­собных вызвать начальную подвижку в очаге землетрясения. Среди наиболее серьезных предположений-роль суровых по­годных условий, вулканических извержений, гравитационное при­тяжение Луны, Солнца и планет[2]). Чтобы найти такие эффекты, были проанализированы многочисленные каталоги землетрясений,

в том числе весьма полные списки для Калифорнии, но определенных результатов получено не было. Например, выдви­нуто предположение о том, что, поскольку каждые 179 лет пла­неты оказываются приблизительно на одной линии, возникаю­щее при этом дополнительное притяжение вызывает резкое усиление сейсмичности. Следующее такое расположение планет ожидается в 1982 г. Разлом Сан-Андреас в южной Калифорнии не производил разрушительных сейсмических толчков после зе­млетрясения Форт-Техон в 1857 г., так что воздействие этого «планетного» спускового механизма на указанный разлом в 1982 г. можно было бы считать особенно вероятным. К счастью для Калифорнии, этот аргумент имеет серьезные изъ­яны. Во-первых, мировые каталоги землетрясений показывают, что в прошлые эпизоды такого расположения планет: в 1803, 1624 и 1445 г.-усиления сейсмической активности не наблюда­лось. Во-вторых, дополнительное притяжение относительно не­больших или отдаленных планет незначительно по сравнению с взаимодействием между Землей и Солнцем. Значит, помимо 179-летней надо рассматривать и возможность множества других периодичностей, связанных с совместным действием наиболее крупных небесных тел.

Чтобы обеспечить надежный прогноз, такой как предсказание фаз Луны или результата химической реакции, необходима, как правило, прочная теоретическая основа. К сожалению, в настоя­щее время точно сформулированной теории происхождения зе­млетрясений все еще нет. Тем не менее на основе наших нынеш­них, пусть ограниченных, знаний о том, где и когда происходят сейсмические толчки, мы может делать грубые предсказания то­го, когда на том или ином известном разломе можно ожидать следующее сильнейшее землетрясение. Действительно, после зе­млетрясения 1906 г. Г.Ф. Рид, используя теорию упругой отдачи (описанную в гл. 4), заявил, что следующее сильнейшее землетря­сение в районе Сан-Франциско должно произойти примерно че­рез сто лет.

Вкратце его аргументы сводились к следующему. Геодезиче­ские измерения, выполненные поперек разлома Сан-Андреас перед землетрясением 1906 г., показали, что относительное сме­щение по разные стороны разлома за 50 лет достигло величины 3,2 м. После того как 18 апреля 1906 г. на этом разломе про­изошла упругая отдача, максимальное относительное смещение составило около 6,5 м. Произведя арифметический расчет, полу­чаем: (6,5 :3,2)-50 = 100. Следовательно, до следующего сильней­шего землетрясения должно пройти 100 лет. При таком расчете мы должны сделать довольно слабо обоснованное допущение, что региональная деформация происходит равномерно и что свой­ства разлома, существовавшие перед землетрясением 1906 г., в результате этого землетрясения не изменились. Благоразумие требует от нас учитывать и то, что вдоль разлома Сан-Андреас в ближайшие столетия может произойти не новое землетрясение с магнитудой 8,25, а целый ряд толчков более умеренной силы.

В настоящее время производится много экспериментальных работ, исследуются различные явления (перечисляемые в следую­щем разделе), которые могут оказаться предвестниками, «симп­томами» готовящегося землетрясения. Хотя попытки всеобъе­млющего решения проблемы и выглядят довольно внушительно, они дают мало оснований для оптимизма: едва ли система про­гноза будет практически реализована в большинстве районов ми­ра в ближайшем будущем. К тому же методы, которые кажутся сейчас наиболее перспективными, требуют весьма сложного обо­рудования и больших усилий работников науки. Создание сетей прогностических станций во всех зонах высокого сейсмического риска было бы чрезвычайно  дорогостоящим Мероприятием.

Кроме того, с прогнозом землетрясений неразрывно связана одна важнейшая дилемма. Предположим, данные сейсмологиче­ских измерений указывают на то, что на определенной площади в определенный период времени произойдет землетрясение опре­деленной магнитуды. Надо полагать, что данная площадь и раньше считалась сейсмичной, иначе на ней не проводились бы подобные исследования. Отсюда следует, что если’ в указанный период землетрясение действительно произойдет, это может ока­заться простым совпадением и не будет веским доказательством того, что использованные для прогноза методы верны и не при­ведут к ошибкам в будущем. И конечно, если будет сделан кон­кретный прогноз, а ничего не произойдет, это будет воспринято как доказательство того, что метод ненадежен.

В последнее время в Калифорнии сильно активизировалась деятельность, связанная с прогнозом землетрясений, в результате чего в 1975 г. был образован научный совет, задачей которого является оценка надежности прогнозов для ведомства штата по мерам в случае чрезвычайного положения и, следовательно, для губернатора штата. Совет играет важную, но все же не решаю­щую роль в определении реального значения тех или иных данных и заявлений отдельных лиц или групп (обычно это за­явление сейсмолога или сейсмологов, работающих в какой-либо государственной или университетской лаборатории). Рекоменда­ции совета не касаются времени и содержания публичного опове­щения об опасности, выпускаемого властями штата. По состоя­нию на 1978 г., этому совету только в двух случаях пришлось заниматься вопросами, касающимися ожидаемых в Калифорнии землетрясений.

Было решено, что каждый подлежащий рассмотрению про­гноз должен включать четыре основных элемента: 1) время, в те­чение которого произойдет данное событие, 2) место, в котором оно произойдет, 3) пределы магнитуды, 4) оценку вероятности случайного совпадения, т.е. того, что землетрясение произойдет вне связи с явлениями, подвергавшимися специальному изуче­нию.

Значение деятельности такого совета не только в том, что он выполняет задание властей, ответственных за обеспечение мини­мальных потерь при землетрясении, но и в том, что проявляемая этим советом осмотрительность полезна для ученых, составляю­щих прогнозы, так как обеспечивает независимую проверку. В более широком социальном плане такое научное жюри помо­гает отсеивать необоснованные предсказания всякого рода ясно­видцев, а иногда и недобросовестных людей, ищущих известно­сти-пусть даже временной-или денежной выгоды.

Социальные и экономические следствия прогноза землетрясе­ний вызывают противоречивые толкования. По мере развития сейсмологических исследований в различных странах, вероятно, будут делаться многочисленные предсказания землетрясений, ко­торые должны возникнуть в вероятных очаговых зонах. Напри­мер, в Китае уже выпущено много таких прогнозов, и мы рас­смотрим их позже в этой главе.

В западных странах проведено изучение отрицательных, рав­но как и положительных следствий прогноза. Если бы, например, в Калифорнии можно было уверенно предсказать время крупно­го разрушительного землетрясения примерно за год до ожидае­мого срока и затем непрерывно уточнять его, то число жертв и даже величина материального ущерба от этого землетрясения значительно сократились бы, но общественные связи в плейсто-сейстовой области были бы нарушены, а местная экономика при­шла бы в упадок. Важнейшие социальные и экономические ре­зультаты такого прогноза иллюстрирует дополнение 6 ниже в этой главе. Конечно, без практической проверки такие оценки выглядят весьма умозрительными; общие последствия будут в высшей степени сложными, поскольку реакция государственно­го, общественного и частного секторов может оказаться совер­шенно различной. Например, если после научного прогноза и официального предупреждения резко возрастет общественная потребность в страховании от землетрясений, это подорвет его доступность и окажет временное, но чрезвычайно серьезное влия­ние на стоимость недвижимой собственности, земельных участ­ков и строительства, на величину вкладов и занятость населения. Население, ученые и представители властей пока еще весьма смутно представляют себе все эти проблемы.