Наука против стихии: как учёные пытаются предсказать землетрясения?

Человек — хозяин природы или нет? Каждый раз начинаешь в этом сомневаться, когда слышишь новости о катастрофических землетрясениях, в которых гибнут люди. Почему учёные до сих пор не могут предсказывать, где и когда начнёт двигаться почва? Или всё-таки надежда есть? Мы погрузились в эту тему и провели поистине кругосветное расследование.

Райский остров Шри-Ланка. Небольшие домики, утопающие в зелени, песчаные пляжи, прозрачный тёплый океан. Но 20 лет назад природа тут была настроена разрушать. 26 декабря 2004 года здесь произошла крупнейшая в мировой истории железнодорожная катастрофа и вызвана она была природной причиной. Гигантские волны цунами, образовавшиеся после землетрясения в океане, накрыли проходивший вдоль берега переполненный людьми поезд. Погибли по разным оценкам от 1 700 до 2 000 человек. 1270 из них, те, кого удалось найти, похоронены здесь.  Рыбак по имени Лал до сих пор помнит день трагедии в деталях. Он работал в саду, дети смотрели телевизор, а жена готовила на кухне. Мужчина издалека заметил огромную волну, и ему удалось спасти семью. Но не родной дом.

Позже Лал основал музей, посвящённый катастрофе, а вырученные деньги и сейчас регулярно отправляет жертвам тех событий. Эту трагедию никто не предвидел, и только через год здесь начала работать система предупреждения о цунами — их появление можно предвидеть, если землетрясение зафиксировано в море или недалеко от его берегов.

Но как предсказать сами подземные толчки? Наука этим занимается давно — и даже были отдельные успехи. Так, в 1975-м в Китае удалось снизить количество жертв в 5 раз — людей вывели из зданий и поселили в палатках накануне сильных толчков. А почётный профессор Токийского университета Сюндзи Мураи спрогнозировал японское землетрясение 2011 года благодаря наблюдению за литосферными плитами со спутников. 

Но обычно эти трагедии всё равно приходят неожиданно — даже в наши дни. Вот, например, до сих пор окончательно не разобранные развалины в Газиантепе на границе Турции и Сирии. В 2023-м землетрясение унесло здесь почти 60 000 жизней, повредило памятники древности и возродило страхи перед природой.  Нет ли у науки всё-таки способа узнавать о землетрясениях заранее? Между прочим, в случае конкретно турецкой катастрофы предупреждения звучали, и из очень интересного источника. 

За 3 дня до трагедии сейсмолог-самоучка из Голландии Фрэнк Хугербитс в своём блоге предсказал точную магнитуду и место землетрясения, упомянув, что произойдёт оно «со дня на день». В вычислениях он опирался на положение планет и Луны. Научное сообщество, правда, считает сбывшиеся прогнозы Хугербитса и Мураи скорее исключением, чем правилом — ведь другие их предсказания чаще не сбывались. Земная кора вообще сложная штука — и в разных регионах причины землетрясений могут быть своими. Вот, скажем, наша Камчатка. По словам экскурсовода музея вулканов Натальи Литвиновой, литосфера, она как бы дрейфует на мантии. И, например, возле Камчатки происходит движение Тихоокеанской литосферной плиты под Евразию со скоростью 8 см в год. То есть на ладошку в год к нам приближаются Гавайи. Всё это сопровождается выбросом энергии — плита ползёт и в этих точках регистрируются подземные толчки.

Сотрясания земной тверди, на самом деле, принесли человечеству и некоторую пользу. Например, благодаря землетрясениям, мы также знаем, как устроена наша Земля. Потому что сейсмоволна, вообще сейсмотомография, она помогает нам выявить, где более плотные структуры нашей планеты, где более расплавленные. То есть с разной скоростью волна проходит разные места по-разному.

Движение тектонических плит, кстати, считают признаком здоровья и молодости нашей планеты. Если оно прекратится, значит, она начала остывать. Это приведёт к ослаблению геомагнитного поля и утрате защиты от космического излучения. Под угрозой окажется всё живое. Таким же проявлением бодрствования Земли считаются извержения вулканов, которые, в отличие от землетрясений, лучше поддаются прогнозированию. Что же касается подземных толчков, то предвестников у них описано уже около 600, и ни один не работает наверняка. 

Профессор Камчатского государственного университета Валерий Гаврилов утверждает, что невозможно опираться только на предвестники землетрясений. Фактически невозможно серьезно говорить о том, что будут разработаны какие-то методы, позволяющие достаточно надёжно вести краткосрочное прогнозирование землетрясений.  Тем не менее, учёные во всём мире не сдаются и пытаются лучше понять процессы, происходящие внутри нашей планеты.

Более чем актуальна эта проблема и для Греции, в истории которой были очень разрушительные землетрясения. Над тем, как их если не предотвратить, то хотя бы предсказывать, бьются, например, вот здесь, в Центре сейсмологии Салоникского университета имени Аристотеля. Местные учёные покрыли регион сетью сейсмометров, которые передают в аналитический центр данные о времени, месте и силе происходящего толчка. Профессор, преподаватель сейсмологии Салоникского университета имени Аристотеля Костантинос Папазахос продемонстрировал компьютеры, которые используются для записи и анализа землетрясений.  Толчки регистрируются на нескольких станциях. Они записывают волны и отображают на экране. Датчики очень чувствительны.  Всё это помогает давать хотя бы долгосрочные прогнозы, необходимые для городского планирования.

В современном мире землетрясения наносят самый большой вред там, где к ним не готовятся и строят плохо. Ну а в районах постоянной сейсмической активности толчки снизу воспринимают примерно как дождь или ветер. Они есть, значит, от них просто надо защищаться. Когда впервые приезжаешь в Петропавловск-Камчатский, то видишь дома с такими необычными рельефами сбоку, первая мысль — наверное, это какие-то трубы отопления. Места здесь холодные, зима долгая. А потом оказывается, что на самом деле это подпорки, которые удерживают дома от разрушения во время землетрясений.

Здесь же, на Камчатке, российским учёным удалось дать успешный прогноз землетрясения, которое произошло 18 августа 2024-го. Сейсмологи поставили своё оборудование в несколько ранее пробуренных для других целей скважин (глубиной более 2,5 км). Это позволяет получать данные по 9 показателям, включая уникальные замеры земных шумов и удельного сопротивления геосреды.

Валерий Гаврилов рассказывает, что это самая эффективная из всех  скважин, потому что пробурена в очень хорошем месте. Там где она пересекает разломную зону, которая соединяется с разломной зоной в районе Авачинского залива, где идет подготовка землетрясений. Это металлическая труба, зарытая на глубину 2,5 км. И это основа подземной электрической антенны. Дальше здесь стоят два геофона, а сама скважина вся залита водой. Данные поступают с датчиков на блоки, а дальше передаются в институт по запросу.

Собирая все данные, учёные создают карту аномальных явлений. И за 10 дней до августовского землетрясения они увидели скачки по всем параметрам. Кажется, победа? Увы, пока таких станций мало, и речь идёт об относительно неточных краткосрочных прогнозах. Универсального метода разработать до сих пор никому не удалось. Поэтому жителям сейсмически активных регионов только и остаётся, что пользоваться народными приметами. Есть люди, например, которые говорят, что перед землетрясениями у кого-то закладывает уши или начинает болеть голова. Кто-то говорит, что есть в земле какие-то шумы, которые прекращают шуметь на какое-то время. Т.е. ненаучные факты есть. А некоторые учёные убеждены, что если человечество научится предсказывать землетрясения, это может создать новую сложность.

Костантинос Папазахос объясняет, что многие мегаполисы построены близко к центрам землетрясений и вулканам, ведь эти районы обычно более плодородны. Представьте, если бы в Лос-Анджелесе сказали, что завтра произойдет землетрясение, какая бы возникла паника и давка? Работать со стихийным бедствием иногда гораздо сложнее, чем с его последствиями.

Сегодня главным способом борьбы с катастрофами остаётся всё-таки правильная подготовка. Вот, например, японские технологии строительства. Традиционный способ укрепления зданий от землетрясений — это поперечные балки. Стены становятся крепче, но всё равно могут треснуть от толчков, поэтому стали думать как бы сделать конструкции зданий гибкими, чтобы они может быть шатались, но не рушились. Поэтому появились шарнирные элементы, но здание всё равно очень сильно раскачивается. Поэтому самый современный способ защиты здания от землетрясения — это наличие ещё и подвижного фундамента. Он смягчает толчки и здание качается уже не так сильно. 

Там есть и специальные испытательные центры для тестирования зданий на сейсмоустойчивость. На движущейся платформе, которая имитирует землетрясение, хорошо видно, какая колоссальная разница между старыми постройками и новыми. Вот — многоэтажное здание, нижние части которого усилены сталью и прорезиненными шарнирами.

Д.тех.н., старший научный сотрудник, руководитель испытательного центра по исследованию землетрясений Японии Хироси Накадзава рассказывает — на фундаментную плиту ставят прорезиненную смягчающую конструкцию, и уже на ней строят здание. Во время землетрясения оно двигается, но испытывает теперь не такие сильные перегрузки, как сам фундамент.

А китайские разработчики предлагают использовать искусственный интеллект для проектирования укреплённых домов. Успокоить планету нельзя, и предвидеть её поведение пока тоже, но за счёт качественного строительства можно существенно уменьшить опасные последствия.

Благодарим за помощь в подготовке выпуска:

• КамГУ им. Витуса Беринга за содействие в создании сюжета.  И лично Гаврилову Валерию Александровичу — доктору физико-математических наук, заведующего лабораторией комплексного мониторинга сейсмоактивных сред Института вулканологии и сейсмологии  ДВО РАН за интервью. Также Валерий Александрович руководит научно-исследовательской лабораторией экстремальных явлений Камчатки КамГУ им. Витуса Беринга, для которой развитие методов прогнозирования камчатских землетрясений является одной из приоритетных задач.
• Благодарим тех, кто помогал нам организовать съёмки в Турции: Сопровождающего и переводчика Елену Воронцову и турагентство АлантаТур.

Полный выпуск «Чуда техники с Сергеем Малозёмовым» от 6 октября доступен по ссылке

Все полные выпуски программы «Чудо техники» находятся здесь