Предвестники землетрясений2

• Тигран Оганесян

В начале XXI века заметно участились сильные землетрясения в наиболее сейсмически неспокойных регионах Земли, причем на протяжении нескольких последних месяцев образовался новый пик активности в северо-восточной части Индийского океана. 26 декабря 2004 года в нескольких сотнях километров к западу от индонезийского острова Суматра произошло второе по силе за последние сто лет землетрясение с магнитудой 9,0-9,3, вызвавшее мощнейшее цунами, а спустя всего три месяца, 28 марта 2005 года, в 173 километрах к юго-востоку от декабрьского эпицентра был зафиксирован новый сильный толчок с магнитудой 8,7, тоже внесенный учеными в условный список "Топ-10 столетия".

В беседе с корреспондентом "Эксперта" директор Международного института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (МИТП РАН) член-корреспондент РАН Александр Соловьев отметил, что на основании имеющейся у ученых исторической информации можно предположить наличие довольно устойчивого цикла сейсмической активности Земли с периодом примерно один раз в полвека: "К сожалению, у нас очень короткий временной отрезок серьезных инструментальных наблюдений, но известно, по крайней мере, что явная активизация имела место в конце девятнадцатого - начале двадцатого века, затем была 'кучка' крупных землетрясений в середине прошлого века (в частности, сильнейшее за последние сто лет чилийское в 1960 году и аляскинское в 1964 году), и похожая картина вырисовывается сейчас".

Землетрясения предсказать нельзя

Вероятность того, что в скором времени в зоне так называемого Сундского разлома, то есть участка Индийского океана, где Индийская тектоническая плита подкапывается под Бирманскую, может произойти как минимум еще один толчок схожей магнитуды, оценивается специалистами довольно высоко.

А всего каких-нибудь десять-пятнадцать лет назад в геофизическом мейнстриме существовало устойчивое неприятие самой идеи о возможности сколько-нибудь эффективного прогнозирования землетрясений. По сути, в ведущих научпоповских толстых журналах Запада вплоть до недавнего времени было наложено негласное табу на публикацию любых исследований в этой области. Более того, эти издания всячески поощряли статьи, которые можно было объединить под общим девизом "Землетрясения предсказать нельзя!".

Не остаются в стороне от этого процесса и многие солидные исследовательские учреждения. Так, Геологическая служба США в своих обзорах до сих пор регулярно упоминает о том, что краткосрочный прогноз землетрясений "в ближайшие пятьдесят лет невозможен". Дело в том, что в США традиционно основной упор делался не на прогноз, а на сейсмостойкое строительство, и этот прагматический подход активно поощряется мощным строительным лобби.

И все-таки, несмотря на энергичное противодействие мейнстримовской геофизической тусовки (прежде всего ее американской составляющей), былой общий скепсис ученых по отношению к возможностям научного прогнозирования землетрясений постепенно сменяется живым интересом к этой области исследований. Как отмечает Александр Соловьев, "если сравнить тематику научных докладов на предстоящей конференции Европейского геофизического союза в Вене даже с конференцией позапрошлого года, сразу же бросается в глаза, что количество выступлений, посвященных прогнозированию землетрясений, выросло чуть ли не на порядок".

И что особенно приятно, считавшееся почти неприличным на международных научных конференциях по сейсмологии и геофизике словосочетание "прогноз землетрясений" наконец перестало восприниматься таковым прежде всего благодаря исследованиям российской геофизической школы, возглавляемой патриархом отечественной сейсмологии и математической геофизики академиком Владимиром Кейлис-Бороком.

Симптомы неустойчивости

В начале 60-х годов прошлого века Владимир Кейлис-Борок при активной поддержке академика Михаила Садовского, который более тридцати лет возглавлял Институт физики Земли (ИФЗ) и был главным куратором всех геофизических исследований в АН СССР, приступил к разработке принципиально нового фундаментального научного направления - вычислительной сейсмологии. В число ее основных задач входило внедрение в геофизику новых математических и статистических методов с целью повышения точности и объема обработки данных, комплексный анализ и интерпретация геофизических наблюдений, автоматизация их обработки при помощи ЭВМ.

На базе лаборатории, которой тогда руководил Владимир Кейлис-Борок, в ИФЗ был создан специальный отдел вычислительной геофизики, в 1990 году преобразованный в Международный институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики. Уже к концу 60-х Кейлис-Борок становится одним из крупнейших авторитетов в мировой геофизике. Признанием этого факта, в частности, является избрание его членом Национальной академии наук США в 1971 году, задолго до того, как он получил аналогичный академический статус на родине (1987).

Примерно к тому же времени относится и начало активных исследований Кейлис-Бороком и его коллегами возможности прогнозирования мест сильных землетрясений. Сравнительный анализ сейсмичности различных регионов Земли и успешная работа по распознаванию потенциальных участков сильных землетрясений, в свою очередь, создали предпосылки для решения новой, более сложной задачи - прогноза времени землетрясений.

Длительное изучение различных "предвестников" землетрясений позволило группе Кейлис-Борока сделать один из первых удачных прогнозов - было предсказано Ирпинское землетрясение в Италии в 1980 году. Придя к выводу о необходимости создания фундаментальной теоретической базы прогноза землетрясений, Владимир Кейлис-Борок внедрил в геофизическую науку новейший математический пласт - теорию нелинейных динамических систем. При помощи этой теории ему удалось выявить, что сильные землетрясения предваряются так называемыми универсальными симптомами неустойчивости, характерными для широкого класса динамических систем.

Наконец, на базе нового подхода к прогнозу землетрясений, в котором основное внимание уделялось комплексному анализу и совместному использованию различных групп "предвестников", в 80-е годы Кейлис-Борок создал целое семейство математических алгоритмов среднесрочного прогноза, основными из которых стали М8 и КН. Алгоритм М8 был разработан для прогноза сильнейших землетрясений мира с магнитудой 8,0 и выше, а КН - для прогноза сильных землетрясений регионального уровня.

Вот что об этом этапе среднесрочного прогнозирования рассказывает нынешний директор МИТП РАН Александр Соловьев: "Одним из наших первых серьезных успехов, в значительной степени повлиявшим затем на принятие решения о создании отдельного института в Москве, стал прогноз калифорнийского землетрясения в Лома-Приета (по названию местечка рядом с Сан-Франциско). Так получилось, что информацию об этом прогнозе довели до окружения Горбачева непосредственно перед тем, как он поехал на встречу с Рейганом в Рейкьявик (в 1988 году). В ходе переговоров наш доклад был передан американцам. Менее чем через год после рейкьявикского саммита в Калифорнии действительно произошло сильное землетрясение, и наша работа сравнительно быстро получила широкую международную огласку".

Многолетний эксперимент по прогнозированию землетрясений на базе алгоритма М8 - в каком-то смысле визитная карточка российских ученых из МИТП: с 1985-го по начало 1990-х годов основное внимание уделялось его первичной отработке, поэтому преобладал ретроспективный анализ, а в последние десять-пятнадцать лет осуществляется нормальный прогноз. В самом общем виде он работает следующим образом: рассматривается "большое тихоокеанское кольцо", территория этого кольца покрывается кругами радиусом 600 км, каждый из таких кругов раз в полгода анализируется - изучается фоновая сейсмичность в предыдущие периоды и на основании такого анализа делается прогноз, следует ли в течение ближайших пяти лет ожидать в том или ином регионе землетрясений с магнитудой порядка 8,0.

Вероятность землетрясения в Калифорнии летом 2005 года остается высокой

По словам Александра Соловьева, вплоть до прошлого года метод М8 работал вообще без единого сбоя: "Все 'восьмерки', которые происходили, нами предсказывались. В частности, мы предсказали оба сильных землетрясения, которые произошли в девяностые годы на территории России (в 1994-м и 1995 годах на Курильских островах). Однако последнее крупнейшее индонезийское землетрясение в декабре 2004 года нам в рамках этого алгоритма предсказать не удалось". Отчасти это можно объяснить тем, что алгоритм М8 был изначально рассчитан на предсказание землетрясений с магнитудами порядка 8-8,5, и, соответственно, используемые в нем круги радиусом 600 км рассчитаны именно на такой диапазон магнитуд. А что касается декабрьского землетрясения, то его аномально большая магнитуда требовала анализа круга с куда большим радиусом, порядка 1500 км (чем сильнее предполагаемое землетрясение, тем большую территорию надо рассматривать для более точной оценки его вероятности).

Впрочем, даже этого "прокола" с индонезийским землетрясением можно было избежать. Дело в том, что помимо собственно прогнозирования землетрясений специалисты МИТП занимаются чисто математическим моделированием сейсмичности, и в одной из их последних статей (она вышла уже в начале 2005 года, но была отправлена в печать примерно год назад) есть карта, на которой представлены результаты подобного моделирования.

Данная модель основывается на анализе возможных сценариев взаимодействия главных тектонических плит: ученые определенным образом задают направление их движения и смотрят, где должны возникать землетрясения в силу накопления тектонических напряжений. Александр Соловьев: "Обозначенные на этой карте черными кружочками точки - те самые сильные землетрясения, которые были получены в данной модели (к слову, отмеченные на карте точки - это как минимум 'девятки'). И можно увидеть, что в районе Суматры такой кружочек нарисовался, ну не совсем прямо в той самой точке, где произошло декабрьское землетрясение, но очень близко. К сожалению, связать то, что получается в теоретической модели, с реальным временем, то есть предсказать хотя бы примерный временной диапазон возможного землетрясения исходя из ее результатов, мы пока не можем - такое событие может в принципе случиться и через год, и через десять лет".

Цепь землетрясений

Сейчас основной акцент в своей работе специалисты МИТП делают на усовершенствовании среднесрочных прогнозов (алгоритм М8 формально все-таки скорее относится к долгосрочным). По мнению г-на Соловьева, наиболее перспективным направлением, активно разрабатываемым самим Владимиром Кейлис-Бороком и доктором физико-математических наук Петром Шебалиным, сегодня является "цепочечный" метод. В его рамках сначала анализируется фоновая сейсмичность в том или ином регионе, причем прежде всего обращается внимание на возникновение цепочек землетрясений. "Цепочечными" землетрясения признаются тогда, когда они происходят близко друг от друга в пространстве-времени (по расстоянию это десятки километров, в среднем 30-50).

Вокруг каждой такой точки опять-таки рисуются круги (их радиус зависит от магнитуды, а "стандарт" - около 80 км, то есть почти на порядок меньше, чем в алгоритме М8). И в случае, если сопряженные события покрывают достаточно большую территорию, последняя затем анализируется на предмет того, были ли на ней ранее выявлены среднесрочные "предвестники", какие-либо аномалии в поведении сейсмичности.

Цепочечный метод позволяет выявить корреляцию различных проявлений сейсмической активности на больших пространствах перед сильными землетрясениями, то есть рассматривает те ситуации, когда на очень большой территории наблюдается одновременное учащение землетрясений.

Как отмечает Петр Шебалин, "подобное усиление активности далеко не всегда происходит только перед сильными землетрясениями, поэтому часть выявленных цепочек нам нужно отбрасывать. Для этого мы в той пространственной области, в которой выявлены цепочки, ищем более долгосрочные 'предвестники' - те, которые проявляются в интервалах времени порядка нескольких лет. Сами же цепочки выявляются примерно за несколько месяцев до предполагаемых сильных землетрясений".

В случае, если по итогам анализа ученые приходят к выводу о высокой вероятности нового землетрясения, на отслеживаемой "цепочечной" территории объявляется "тревога". Ее средняя продолжительность, как правило, составляет около полугода.

В последние несколько лет в ряде регионов мира специалисты МИТП ведут долгосрочный эксперимент по тестированию "цепочечного" метода. Ими отслеживаются Калифорния и Невада; Япония и прилегающая часть нашего Дальнего Востока; Северные и центральные Апеннины и прилегающие к ним территории, прежде всего Северные Балканы (Словения, Хорватия, Сербия и т. д.); восточная часть Средиземноморья.

Первый серьезный успех пришел два года назад: 1 июля 2003 года на генеральной ассамблее Международного союза геодезии и геофизики в Саппоро Петр Шебалин представил доклад о тревожных симптомах в Японии, и уже через два с половиной месяца, 25 сентября, к югу от острова Хоккайдо произошло спрогнозированное им и его коллегами землетрясение с магнитудой 8,3 (к счастью, случилось оно в океане и к тому же обошлось без цунами, поэтому большого ущерба не вызвало).

По мнению г-на Шебалина, самый качественный прогноз по данной методике - калифорнийское землетрясение Сан-Симеон: "Мы отослали информацию о том, что в центральной Калифорнии на территории с линейными размерами 400 километров ожидается сильное землетрясение в конце июня 2003 года, и оно произошло через полгода, в конце декабря (с магнитудой 6,5; нами же был дан прогноз '6,4 и выше'). Именно этот прогноз многие специалисты рассматривают как особенно удачный, поскольку в этом регионе спрогнозировать событие подобной силы намного сложнее, чем в той же Японии (калифорнийский регион менее сейсмически активен, землетрясения такой магнитуды там происходят в среднем раз в двадцать лет)".

Летом 2004 года этим методом было предсказано землетрясение в Словении, причем его магнитуда была очень низкой - всего 5,5. Наконец, в начале прошлого года российским сейсмологам удалось предсказать землетрясение в зоне к юго-востоку от острова Хонсю (5 сентября 2004 года по соседству друг с другом там произошло сразу два сильных толчка с магнитудами 7,4 и 7,2).

Тревожная зона

Безусловно, говорить о тотальном прорыве в области среднесрочного прогнозирования крупных землетрясений все-таки преждевременно. У земной коры очень сложное, неоднородное строение. И точно определить, где именно произойдет прорыв тектонического напряжения, намечающийся по линии разлома, пока невозможно: тревожные симптомы могут проявляться сразу во многих местах.

Более того, вполне возможно, что даже куда более точное измерение параметров изучаемой среды не скажется на эффективности прогноза. Яркий пример - провал многолетнего эксперимента, проводившегося на Парквиллском полигоне в США. В этот эксперимент были вложены огромные по нашим меркам средства для постановки целого комплекса геофизических наблюдений в зоне разлома Сан-Андреас. Американцы ожидали в районе населенного пункта Парквилл землетрясения магнитудой 7 баллов, сосредоточили там большое количество датчиков, собранная информация была колоссальной, но за тридцать с лишним лет ожидания ничего так и не произошло.

По словам Петра Шебалина, "к настоящему времени геофизическое сообщество разделилось на два лагеря. Часть ученых пытается выявлять 'предвестники' очень локально, как в случае с тем же Парквиллом, то есть надеется поймать признаки скорого наступления события на очень маленьком участке, а другие (к которым относимся и мы) предпочитают 'крупный масштаб'. К сожалению, пока общих точек соприкосновения между первым и вторым подходом практически нет. И по моему мнению, реальный прогноз заработает лишь тогда, когда мы научимся эффективно соединять эти два совершенно разных способа интерпретации эмпирических данных".

Один из возможных способов приблизить друг к другу эти подходы - организация обширной сети мобильных наблюдательных пунктов по всему периметру предварительно выявленной "тревожной зоны" (территории, которая поддается среднесрочному прогнозированию по российской методике). "Такая система стоит недорого, - утверждает Петр Шебалин, - и после того, как мы в прошлом году дали прогноз по южной Калифорнии (согласно нашим оценкам, вероятность землетрясения в калифорнийском регионе до конца лета 2005 года остается весьма высокой), там довольно быстро поставили сеть сейсмометров".