Облака – предвестники землетрясений

Атмосферные облака метеорологической природы не имеют четких линейных границ, поэтому неудивительно, что линейно протяженные гряды облаков, обнаруженные на спутниковых снимках начала космической эры, вызвали в научной среде интерес к этому феномену. После того как снимки сопоставили с картами разломов земной коры, стало понятно, что облачные аномалии связаны с геологическим строением, а именно – разрывными нарушениями земной коры. Хотя природа необычного явления пока неясна, накопленная информация позволяет использовать его на практике – для выявления сейсмоактивных регионов

Впервой половине прошлого столетия во время полевых исследований французский геолог А. Шлюмберже (он работал в Альпах) и известные российские геологи И. В. и Д. И. Мушкетовы (в Средней Азии) обнаружили, что над разломами земной коры возникают облачные гряды, не сдуваемые воздушными потоками.

Физические принципы этого явления однозначно объяснить не удалось, что, однако, не помешало впоследствии, в 1970-х гг., найти ему широкое применение в космической геологии. На снимках Земли из космоса контуры облаков оказались достаточно выраженными, чтобы с помощью фотографий проводить картирование разломов в шельфовых зонах континентов. Снимки с грядами облаков использовал также известный геолог П. В. Флорен­ский для поиска нефтегазоносных областей на Средней Волге и п-ове Мангышлак на Каспии.

Благодаря спутниковым съемкам выяснилось, что протяженность линейных облаков может достигать нескольких сотен и даже тысяч километров. Вскоре обнаружили еще одно природное явление, сопоставимое с первым по значимости, но противоположное по характеру: размывание облачности над разломом (Морозова, 1980). Размывание облачности может проявляться двояко: либо в виде узкого просвета (каньона), возникающего в сплошном облачном покрове, либо посредством образования резкой неподвижной линейной границы облачного массива, надвигающегося на разлом. Все три вида необычной облачности получили общее название – линейные облачные аномалии (ЛОА).

С одной стороны, очевидно, что это явление не может быть обусловлено исключительно атмосферными процессами, поскольку ЛОА привязаны к геологии местности – повторяют конфигурацию разломов земной коры. С другой – разломов существует великое множество, а на облачности почему-то отображаются лишь некоторые из них: периодически появляясь и исчезая, они «живут» в течение нескольких минут или часов, а иногда и более суток. По мнению академика Ф. А. Летникова (2002) из Института земной коры СО РАН, причина кроется в том, что разлом оказывает влияние на атмосферу только в моменты тектонической или энергетической активности.

Иначе говоря, линейные облачные аномалии имеют литосферную природу, и их появление служит сигналом, свидетельствующим о начале активизации геодинамических процессов. Такие процессы часто завершаются землетрясением, а значит, мониторинг ЛОА – это еще один возможный способ заблаговременно выявить надвигающуюся катастрофу.

Перед землетрясением

Начиная со времени, когда доступ к метеорологиче­ским спутниковым снимкам открыли широкому научному сообществу (например, на сайте Федерального космического агентства России), до наших дней удалось накопить достаточно информации, чтобы установить взаимосвязь между надвигающимся землетрясением и определенным состоянием облачности. Так, было установлено, что рой ЛОА возникает за несколько часов (иногда 1-2 суток) до землетрясения (Моро­зова, 2008).

В некоторых случаях на одном и том же снимке над разными разломами или различными участками одного разлома имеются и гряды, и каньоны. По-видимому, геодинамическая активность может приводить как к генерации, так и к деградации облачности, в зависимости от состояния атмосферы.

Динамику процесса нарушения облачности излучением из разлома наглядно иллюстрируют снимки циклона, движущегося с материка в сейсмоактивную область мегаземлетрясения, случившегося в марте 2011 г. у берегов Японии. Пока циклон находился вне этой области, его вихревое облачное поле имело характерную округлую форму с размытым контуром. По мере смещения циклона в зону сейсмичности, когда на него стало воздействовать излучение из линейного разлома земной коры, в облачном поле циклона над разломом образовалась вертикальная стена, отобразившаяся на снимке в виде резкой линейной границы облачности.

Помимо линейных облачных аномалий, обусловленных воздействием разрывных нарушений литосферы, предвестником землетрясений также могут служить облачные массивы неатмосферной природы, возникающие в регионе очага накануне толчка. Предположительно, они обусловлены выбросом флюидов из недр. Эти «облака землетрясений» возникают как накануне толчка, так и после него, и сохраняют свое положение в пространстве от нескольких часов до многих суток. Например, в период катастрофического землетрясения в Китае 12 мая 2008 г. короткая гряда таких облаков, возникшая за сутки до первого толчка над активным разломом вблизи эпицентра, наблюдалась более месяца, что свидетельствовало о сохранении сейсмической активности.

Аномальные облачные явления возникают и в результате техногенных землетрясений: наводимая сейсмичность инициирует активизацию разломов, и они становятся источниками мощного излучения. Так, например, сразу после подземного ядерного взрыва вокруг полигона наблюдались ЛОА, которые исчезали и вновь возникали на протяжении последующих двух недель. Во время испытаний ядерного оружия в Северной Корее они появлялись преимущественно над разломами морского дна в ареале воздействия взрывов. Важно отметить, что по масштабу влияния на земную кору запуск баллистических ракет оказался равноценен небольшому ядерному взрыву.

Таким образом, спутниковый мониторинг ЛОА позволяет осуществлять глобальный контроль испытаний мощного энергетического оружия даже при пасмурной погоде на полигоне. Такой контроль оптимален, поскольку нагляден, экологически чист и экономически эффективен.

Волнение в небесах

Горные хребты и массивы создают крупные возмущения в распределении воздушных течений, облачности. Когда из-за неоднородностей рельефа на подветренной стороне горных хребтов образуются параллельные гряды облаков, в метеорологии это явление называют орографической облачностью. Воздушный поток пересекает горный хребет, и с его подветренной стороны формируются волны. В восходящих холодных потоках этих волн образуются гряды облаков, а в теплых нисходящих – безоблачные промежутки. Такие же волны в атмосфере возникают и за островами в океане – они хорошо видны на спутниковых снимках.

Если орографические облака распространяются по воздушному потоку в одном направлении, то гряды сейсмогенных облаков взаимно пересекаются, образуя решетку. В период недавнего катастрофического землетрясения в Японии такая конфигурация облачных полей наблюдалась у Курильских островов, и это явление не могло быть вызвано орографическим влиянием или температурными неоднородностями над водной поверхностью. Сохранялась она не более двух часов, после чего на месте этой «сетки» остались только облачные полосы широтной ориентации (вдоль географической параллели – с запада на восток). Столь быстрая перестройка в атмосфере была обусловлена, по-видимому, большой энергетической мощно­стью литосферных процессов.

23 августа этого года произошло сильное землетрясение в штате Вирджиния (США), в 140 км от столицы государства. О предстоящем событии могли сообщить сразу два типа облачных предвестников, появившихся за сутки до первого подземного толчка. Над регионом землетрясения на фоне «сетки» из облачных полос образовались более широкие безоблачные каньоны. Кроме того, в это же время про­тяженные ЛОА наблюдались на значительном расстоянии – в сотнях километров от этого региона, над Атлантическим океаном, – причем эпицентр располагался на продолжении наземной проекции одной из этих аномалий.

Появление облачных аномалий двух видов можно считать возможным краткосрочным предвестником землетрясения в регионе. Анализ статистических данных показал: вероятность того, что вскоре после обнаружения такого знамения дей­ствительно произойдет сейсмическое событие, составляет 77 %.

Орбитальные сторожа

Территория (или акватория), которая находится под влиянием сейсмического процесса, может быть весьма обширной. Значит, сделать достоверный прогноз разрушительного землетрясения можно только в тех районах, где постоянно действует система наблюдений за предвестниками, способная одновременно охватывать область радиусом не менее 500 км. К сожалению, существующие сети геофизического контроля способны охватывать территории в десятки раз меньше. В то же время зона радиовидимости спутникового центра может простираться на многие тысячи километров, поэтому наиболее подходящей системой слежения за глобальной сейсмической активностью представляется спутниковый мониторинг линейных облачных аномалий. Дистанционное зондирование Земли с орбит искусственных спутников достаточно точно определяет основные параметры атмосферы, в частности вертикальные и горизонтальные размеры облачных массивов. Этого достаточно, чтобы получить правильное представление о глобальных и региональных изменениях в системе «атмосфера – литосфера» в различных временных и пространственных масштабах.

На спутниковых снимках с координатной привязкой дислокация ЛОА позволяет определить географическое расположение активизировавшихся разломов. По тому, как оно изменяется с течением времени, можно судить о направлении и скорости распространения напряжений в земной коре в региональном и глобальном масштабе. На мелкомасштабных снимках, полученных с высокоорбитальных спутников, фиксируется территория, охватывающая несколько тектонических плит, что позволяет следить за их взаимодействием.

К счастью, осуществлять сейсмический мониторинг вполне по силам уже существующей глобальной сети спутников, с которых поступают данные для прогнозирования погоды. Регламент орбитальных наблюдений за облачным покровом Земли вполне удобен для оперативной регистрации ЛОА. Данные со спутников поступают в режиме непосредственной передачи, скорость обработки информации достаточно высокая, так что результат можно получить за считанные минуты.

Исследование спутниковых изображений Земли позволяет получать информацию о протекающих в ее оболочках процессах в широком временном и пространственном диапазоне. Так, мелкомасштабные снимки со спутников, облетающих планету по дальним круговым орбитам, отличаются обзорностью. Такие снимки позволяют анализировать атмосферную динамику и связанные с ней литосферные процессы на огромных территориях. Несколько десятков гео­стационарных спутников с орбиты высотой около 36 тыс. км могут передавать изображения практически любого места поверхности Земли с часовым или получасовым интервалом. Крупномасштабные снимки со спутников Terra и Aqua в настоящее время уже используются для того, чтобы получать карты мелких, локальных ЛОА и изучать составляющие их виды облаков.

К сожалению, один только спутниковый мониторинг облачных аномалий помогает уверенно прогнозировать лишь регион и время начала землетрясения (с точностью до суток). Для того чтобы точно определить положение эпицентра землетрясения, необходимы комплементарные методы. Хотя, по словам члена-корреспондента РАН А. В. Николаева, председателя Экспертного совета по прогнозу землетрясений РАН, уже сегодня, «оставляя пока в стороне вопрос о возможном месте возникновения землетрясения, мы ‹…› увеличиваем вероятность точного предсказания времени возникновения землетрясения». Ближайшая цель – организовать синхронную регистрацию и совместную обработку ЛОА и сейсмических полей, что позволит в значительной мере усовершенствовать методику прогнозирования землетрясений.

Значительную часть владений России занимают труднодоступные территории и акватории, поэтому дальнейшее развитие способов спутникового мониторинга природных явлений и катастроф – актуальная задача современной науки. Дальнейшее исследование обнаруженного атмосферного геоиндикатора сейсмического процесса не только принесет практическую пользу, но и расширит существующие представления о природе последнего. Разработка нового научного направления поможет открыть следующую страницу в изучении сейсмичности, разрывной тектоники, в осуществлении экологического контроля подземных ядерных взрывов.

Литература

Авенариус И. Г., Буш В. А., Трещов А. А. Использование космических снимков для изучения тектонического строения шельфов // Геология и геоморфология шельфов и материковых склонов. М.: Наука, 1985. С. 163-172.

Летников Ф. А. Синергетика среды обитания человека. Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов / Под ред. А. Г. Гамбурцева. Т. 3. М.: Янус-К, 2002. С. 69-78.

Морозова Л. И. Проявление Главного Уральского разлома в поле облачности на космических снимках // Исследование Земли из космоса, 1980. № 3. С. 101-103.

Морозова Л. И. Спутниковый мониторинг: отображение и выявление геоэкологических аномалий и катастроф в Дальневосточном регионе России // Инженерная экология, 2008. № 4. С. 24-28.

Сидоренко А. В., Кондратьев К. Я., Григорьев Ал. А. Космические исследования окружающей среды и природных ресурсов Земли. М.: Знание, 1982. 78 с.

Флоренский П. В. Комплекс геолого-геофизических и дистанционных методов для изучения нефтегазоносных областей. М.: Недра, 1987. 205 с.

Morozova L. I. Satellite Meteorological Images as Carriers of Information on Seismic Processes // Geol. of Pac. Ocean. 2000. Vol. 15. P. 439-446.

Shou Z. Precursor of the largest earthquake of the last forty years // New Concepts in Global Tectonics Newsletter. 2006. No. 41. P. 6-15.

Данные спутниковой съемки свидетельствовали о приближении землетрясения в Японии – http://www.roscosmos.ru/main.php?id=2nid=15949

Оползни. Признаки возникновения. Действия при угрозе оползней.

ОПОЛЗЕНЬ – скользящее смещение (сползание) масс грунтов и горных пород вниз по склонам гор и оврагов, крутых берегов морей, озер и рек под влиянием силы тяжести. Причинами оползня чаще всего являются подмыв склона, его переувлажнение обильными осадками, землетрясения или деятельность человека (взрывные работы и др.).

Признаками надвигающегося оползня являются заклинивание дверей и окон зданий, просачивание воды на оползнеопасных склонах.

При получении сигналов об угрозе возникновения оползня отключите электроприборы, газовые приборы и водопроводную сеть, приготовьтесь к немедленной эвакуации по заранее разработанным планам.

При эвакуации берите с собой документы, ценности, а в зависимости от обстановки и указаний администрации теплые вещи и продукты. Срочно эвакуируйтесь в безопасное место и, при необходимости, помогите спасателям в откопке, извлечении из обвала пострадавших и оказании им помощи.

После смещения оползня в уцелевших строениях и сооружениях проверяется состояние стен, перекрытий, выявляются повреждения линий электро-, газо-, и водоснабжения.

Землетрясения – это подземные толчки и колебания земной поверхности, вызываемые в основном геофизическими причинами.

Им принадлежит первое место по причиняемому материальному ущербу и одно из первых мест – по числу жертв.

Наиболее частой причиной землетрясений является появление чрезмерных внутренних напряжений и разрушений пород.

Подавляющая часть землетрясений связана с процессами горообразования.

Высочайшие горы или глубокие океанические желоба в геологическом масштабе являются молодыми образованиями, находящимися в процессе формирования. Земная кора в таких областях подвижна. Землетрясения такого плана называются тектоническими. Наряду с тектоническими процессами землетрясения могут возникать и по другим причинам. Одной из таких причин является деятельность вулканов. Лава и раскаленные газы, бурлящие в недрах вулканов, давят на верхние слои Земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Извержение лавы из кратера сопровождается выделением энергии и порождает вулканические землетрясения.

Сотрясения земли могут быть также вызваны обвалами и большими оползнями, Это местные обвальные землетрясения.

Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении. Самые сильные землетрясения на Земле имеют магнитуду 9.0.

Предвестниками землетрясений являются:

Деформация земной коры, определяемая из космоса или съемкой поверхности земли

Изменение уровня грунтовых вод в скважинах; содержание радона в воде и др.

Предвестником землетрясения может служить необычное поведение животных накануне землетрясения

Муравьи покидают свои жилища. Глубоководные рыбы всплывают на поверхность. Кошки покидают селения и переносят котят в открытые места. Птицы в клетках за 10-15 мин до начала землетрясения начинают летать, перед толчком слышатся необычные крики птиц

Предвестники землетрясений

Следя за изменением различных свойств Земли, сейсмологи надеются установить корреляцию между этими изменениями и возникновением землетрясений. Те характеристики Земли, значения которых регулярно изменяются перед землетрясениями, называют предвестниками, а сами отклонения от нормальных значений – аномалиями.

Ниже будут описаны основные (считают, что их более 200) предвестники землетрясений, изучаемые в настоящее время.

Сейсмичность. Положение и число землетрясений различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Например, сильное землетрясение часто предваряется роем слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требует большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.

Движения земной коры. Геофизические сети с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (изменение формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится исключительно точная съемка с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому иногда между ними проходит несколько лет и изменения на земной поверхности не будут вовремя замечены и точно датированы. Тем не менее подобные изменения являются важным индикатором деформаций в земной коре.

Опускание и поднятие участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или мареографов в море. Поскольку мареографы устанавливаются на грунте, а записывают положение уровня моря, они выявляют длительные изменения среднего уровня воды, которые можно интерпретировать как поднятия и опускания самой суши.

Наклоны земной поверхности. Для измерения угла наклона земной поверхности был сконструирован прибор, называемый наклономером. Наклономеры обычно устанавливаются около разломов на глубине 1-2 м ниже поверхности земли и их измерения указывают на выразительные изменения наклонов незадолго до возникновения слабых землетрясений.

Деформации. Для измерения деформаций горных пород бурят скважины и устанавливают в них деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек. После этого деформация определяется путем деления относительного смещения точек на расстояние между ними. Эти приборы настолько чувствительны, что измеряют деформации в земной поверхности вследствие земных приливов, вызванных гравитационным притяжением Луны и Солнца. Земные приливы, представляющие собой движение масс земной коры, похожее на морские приливы, вызывают изменения высоты суши с амплитудой до 20 см. Крипометры подобны деформографам и используются для измерения крипа, или медленного относительного движения крыльев разлома.

Скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются. Изменение скорости продольных волн – сначала ее понижение (до 10%), а затем, перед землетрясением,- возврат к нормальному значению, объясняется изменением свойств горных пород при накоплении напряжений.

Геомагнитизм. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движения земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля были разработаны специальные магнитометры. Такие изменения наблюдались перед землетрясениями в большинстве районов, где были установлены магнитометры.

Земное электричество. Изменения электросопротивления горных пород могут быть связаны с землетрясением. Измерения проводятся с помощью электродов, помещенных в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними. Опыты, проведенные сейсмологами Геологической службы США обнаружили некоторую корреляцию этого параметра со слабыми землетрясениями.

Содержание радона в подземных водах. Радон – это радиоктивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Он постоянно выделяется из Земли в атмосферу. Изменения содержания радона перед землетрясением впервые были замечены в Советском Союзе, где десятилетнее возрастание количества радона, растворенного в воде глубоких скважин, сменилось резким его падением перед Ташкентским землетрясением 1966 года (магнитуда 5.3).

Уровень воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясениями часто повышается или понижается, как это было в Хайчэне (Китай), по-видимому из-за изменений напряженного состояния горных пород. Землетрясения могут и прямо влиять на уровень воды; вода в скважинных может колебаться при прохождении сейсмических волн, даже если скважина находится далеко от эпицентра. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других – ниже.

Изменение температурного режима приповерхностных земных слоев. Инфракрасная съемка с космической орбиты позволяет “рассмотреть” своеобразное тепловое покрывало нашей планеты – невидимый глазу тонкий слой в сантиметры толщиной, создаваемый вблизи земной поверхности ее тепловым излучением. Сейчас накоплено много факторов, которые говорят об изменении температурного режима приповерхностных земных слоев в периоды сейсмической активизации.

Изменение химического состава вод и газов. Все геодинамически активные зоны Земли отличаются существенной тектонической раздробленностью земной коры, высоким тепловым потоком, вертикальной разгрузкой вод и газов самого пестрого и нестабильного во времени химического и изотопного состава. Это создает условия для поступления в подземные

Поведение животных. В течение столетий многократно сообщалось о необычайном поведении животных перед землетрясением, хотя до последнего времени сообщения об этом всегда появлялись после землетрясения, а не до него. Нельзя сказать, действительно ли описанное поведение было связано с землетрясением, или же это было просто обычное явление, которое каждый день случается где-нибудь в окрестностях; к тому же в сообщениях упоминаются как те события, которые вроде бы случились за несколько минут до землетрясения, так и те, что произошли за несколько дней.

Миграция предвестников землетрясений

Значительную сложность при определении места очага будущего землетрясения по наблюдениям за предвестниками представляет собой большой ареал распространения последних: расстояния, на которых наблюдаются предвестники, в десятки раз превышают размеры разрыва в очаге. При этом краткосрочные предвестники наблюдаются на больших расстояниях, чем долгосрочные, что подтверждает более слабую их связь с очагом.

Теория дилатансии

Теория, способная объяснить некоторые из предвестников, основана на лабораторных опытах с образцами горных пород при очень высоких давлениях. Известная под названием “теория дилатансии”, она впервые была выдвинута в 1960-х годах У.Брейсом из Массачусетского технологического института и развита в 1972 году А.М. Нуром из Станфордского университета. В этой теории дилатансия обозначает увеличение объема горной породы при деформации. Когда происходят движения земной коры, в породах растут напряжения и образуются микроскопические трещины. Эти трещины меняют физические свойства пород, например, уменьшаются скорости сейсмических волн, увеличивается объем породы, меняется электросопротивление (возрастает в сухих породах и уменьшается во влажных). Далее, по мере того, как в трещины проникает вода, они уже не могут схлопываться; следовательно, породы увеличиваются в объеме, и поверхность Земли может подняться. В результате вода распространяется по всей расширяющейся зане, повышая поровое давление в трещинах и снижая прочность пород. Эти изменения могут привести к землетрясению. Землетрясение высвобождает накопленные напряжения, вода выдавливается из пор, и многие из прежних свойств пород восстанавливаются.

Современная наука прогнозирует ураганы, наводнения, извержения вулканов и другие стихийные бедствия, помогая избежать жертв и сократить экономический ущерб. И только землетрясения наносят удар совершенно непредсказуемо, убивая людей там, где они чувствуют себя наиболее защищенными, - в собственных домах.

Вечером 11 ноября 1855 года в столице Японии Эдо (современный Токио) горизонт был подернут дымкой, от земли поднимался странный ветерок и туман, называемый в Японии «чики», но звезды горели необычайно ярко. И старик сторож сказал князю, что такая же погода была в Етиго и Синсю, когда он чудом пережил два сильных землетрясения. Над ним посмеялись, но он наварил запас риса, погасил везде огонь и стал ждать.

Ночью земля затряслась, дома повалились, но благодаря предусмотрительности сторожа пожара на его дворе не было. Японский геофизик профессор Цуней Рикитаке (Tsuneji Rikitake), автор модели возникновения земного магнитного поля, посвятивший специальное исследование обоснованности народных примет, предсказывающих землетрясения, считает эту историю легендой. И все же старый сторож, возможно, по-своему был прав. Установлено, что при сейсмической активизации из земли может выделяться особенно много радиоактивного газа радона. Испускаемые им заряженные частицы ионизируют молекулы воздуха, порождая центры конденсации влаги и способствуя образованию тумана.

Иногда зоны активных геологических разломов трассируются из космоса или с самолета по линейным скоплениям облаков. Предпринимались даже попытки прогноза землетрясений по картам облачности, впрочем без особого успеха. Проявления предвестников землетрясений очень мозаичны, поэтому естественно стремление сейсмологов использовать характеристики, осредняющие их проявление на большой площади.

Такой характеристикой могут быть параметры ионосферы (особенно нижних ее слоев, более подверженных воздействию с поверхности Земли). Неоднократно фиксировалось аномальное поведение ионосферы в районах сильных землетрясений. Предложен ряд моделей, связывающих развитие аномалий в ионосфере с выбросами радона, изменением напряженности электрического поля в атмосфере, возбуждением ионосферы низкочастотными упругими колебаниями, возникающими при подготовке землетрясений.

Показано, что средние статистические характеристики ионосферы изменяются во время подготовки и реализации землетрясений. Однако эти изменения малы и выявляются только статистически для большого числа землетрясений, а для отдельных событий незаметны на фоне шума.

По сути, не знаем, что такое землетрясение. Еще в 1980-х годах известный советский сейсмолог Николай Виссарионович Шебалин настаивал, что предсказание землетрясений невозможно, так как для них нет хорошей физической модели. Это утверждение нуждается в некоторых пояснениях. Принято считать, что причиной землетрясений являются высокие тектонические напряжения, а сами они трактуются по аналогии с разрушением обычного образца горной породы, только очень большого. Нетрудно взять образец, положить под пресс и, постепенно повышая усилие, наконец его разрушить. Можно также (пусть косвенным путем и весьма грубо) оценить величину напряжений в литосфере.

Так вот, оказывается, что эти напряжения много меньше тех, что требуются для разрушения пород. Как же тогда возникают землетрясения? Пока непонятно. Особенно загадочно существование так называемых глубоких землетрясений. При огромных давлениях внутри мантии Земли (а очаги землетрясения фиксируются до глубины в 700 километров) даже для того, чтобы произошла подвижка по уже готовому разлому, требуются гигантские напряжения. А никаких указаний на существование столь высоких напряжений нет и в помине.

Наоборот, все данные говорят о том, что напряжения в мантии весьма умеренные. Пожалуй, если бы глубоких землетрясений не было, то в учебниках вполне убедительно доказывалось бы, что их и быть-то не может. Без удовлетворительной физической модели набор возможных прогнозных признаков интерпретировать трудно.

Остается, по сути, отслеживать вариации интенсивности сейсмического процесса и пытаться выявить неустойчивости в его режиме. Именно на такой подход и ориентированы существующие в настоящее время методы прогноза.

1

Проведен анализ методов изучения предвестников землетрясений: геологические, геофизические, гидрогеохимические, биологические, механические, сейсмологические, биофизические. Проанализированы алгоритмы среднесрочного прогноза сейсмических событий: алгоритм М8, алгоритм «Сценарий Мендосино», алгоритм Калифорния-Невада, метод расчета карт ожидаемых землетрясений. Сделан вывод, что главным препятствием для осуществления надежного прогноза является недостаточное изучение механизмов проявления предвестников землетрясений и закономерностей их связи с параметрами ожидаемого землетрясения. Установлено, что традиционным способом решения прогнозных задач является поиск и анализ корреляционных связей между аномальными проявлениями в физических полях и пространственным распределением. Приведена классификация предвестников землетрясений. Предложено разделение сейсмического цикла при прогнозировании на 4 основные стадии (по С.А.Федотову). Приведена классификация землетрясений на тектонические, вулканические и обвальные.

алгоритм

сейсмические события

землетрясения

предвестники землетрясений

1. Грибанов Ю.Е. Предвестники землетрясений – реальность и вымысел [Электронный ресурс].–URL:http://planeta.moy.su/blog/predvestniki_zemletrjasenij_realnost_i_vymysel/2011-11-23-10295.

2. Имаев B.C., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. Сейсмотектоника Якутии. ISBN:5-89118-1665 Издательство: ГЕОС, 2000.

3. Паукова Е.В. Современное состояние проблемы прогноза землетрясений. МГУ им. Ломоносова.2003.

4. Приходовский М.А. Классификация предвестников землетрясений «Известия науки», 17.03.2004 [Электронный ресурс]. – URL:http://www.inauka.ru/blogs/article40386.html

5. Серебрякова Л.И. Методы, средства и краткие результаты работ на прогностических геодинамических полигонах, выполнявшихся в 1960-1990-е годы. Центральный НИИ геодезии, аэрофотосъемки и картографии, Москва.

6. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. Москва. Наука 1993, с 3-7.

7. Трофименко С.В., Гриб Н.Н. Снижение риска и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций сейсмического характера в южной Якутии: Якутск: Издательство Якутского госун-та, 2003. - 27 с.

8. Федотов С.А. О сейсмическом цикле, возможности количественного сейсмического районирования и долгосрочном сейсмическом прогнозе. М.Наука, 1968 с. 121-150.

Земля непрерывно испытывает деформации вследствие развития внутренних напряжений. В литосфере возникают как упругие и пластические деформации, так и разрывы. При разрывах напряжения резко меняются и в результате возникают распространяющиеся в теле земли упругие волны. Такое возмущение в целом является землетрясением .

По своим последствиям для человека землетрясения представляют собой самое мощное и чрезвычайно опасное катастрофическое природное явление. Катастрофическая природа землетрясений известна человечеству на протяжении всей его истории. Первые упоминания о разрушительных событиях относятся еще к 2100 годам до н. э.

Южная Якутия относится к Байкало-Становому поясу, характеризующемуся высокой сейсмичностью - здесь возможны землетрясения 10-11 баллов . Зоны с возможными сейсмическими катастрофами, представляющие угрозу для жизни приживающих здесь людей, занимают почти половину территории Якутии и около одной трети всех сейсмоопасных областей России . На сейсмоопасной территории Южной Якутия проживает более 120000 человек.

В Южной Якутии происходит интенсивное развитие промышленных инфраструктур, активно развивается - промышленное и гражданское строительство. Все это требует детального изучения проблемы сейсмической опасности в указанном районе, решение который было бы весьма затруднительно без выяснения геолого-геофизических связей, способствующих возникновению высокого уровня сейсмичности. К наиболее сильным землетрясениям на территории Южной Якутии можно отнести Тас-Юряхское 1967 г. и Южно-Якутское 1989 г. с магнитудами М7 и Мб,6 соответственно, а также землетрясения 2005-2007 гг. .

Пожалуй ни одна из научных проблем геофизики не вызывала столь бурных дискуссий и полярных мнений, как проблема прогноза землетрясений. (Некоторые ученые утверждают, что прогноз землетрясений возможен уже в настоящее время, другие же уверенны в том, что для решения этой проблемы потребуется еще немалое количество времени)

Ученые различных стран прилагают огромные усилия в изучении природы землетрясений и их прогноза. К сожалению, в настоящее время спрогнозировать место и время землетрясения, за исключением нескольких случаев, до сих пор еще не удается. Попытки предсказать место, время и силу будущего землетрясения, осуществленные в разных странах, в основном были безуспешны. Есть и удачные случаи. Например, Хайченгское землетрясение в 1975 г. в Китае. Тогда удалось эвакуировать население за 2 часа до сейсмического толчка.

В настоящее время инвестируются огромные финансовые вложения по прогнозу землетрясений. Однако, большое количество землетрясений так и осталось не спрогнозированными. Это повлекло за собой потерю человеческих жизней более полумиллиона человек за последние 15 лет.

Характеристики Земли, значения которых регулярно изменяются перед землетрясениями, называют предвестниками, а сами отклонения от нормальных значений -аномалиями .

Для того, чтобы объяснить и понять природу предвестников предпринимались многочисленные попытки построения моделей подготовки землетрясений. В настоящее время не создано не одной модели, которая смогла бы в полной мере объяснить все явления, которые возникают на последней стадии подготовки сейсмического события.

Сейсмолог С.А.Федотов предлагает разделить сейсмический цикл при прогнозировании землетрясений на 4 основные стадии :

1. Само землетрясение. Длительность стадии несколько минут;
2. Постепенно уменьшающиеся по частоте проявления и энергии афтершоки. Для сильных землетрясений стадия длится несколько лет, занимает 10% от сейсмического цикла;
3. Постепенное восстановление напряженности. Длительность до 80% всего сейсмического цикла;
4. Активация сейсмичности. Длительность составляет около 10% сейсмического цикла. Большинство предвестников возникает именно на 4 стадии.

Одним из главных препятствий для осуществления надежного прогноза является недостаточное изучение механизмов появления предвестников и закономерностей их связи с параметрами ожидаемого землетрясения .

Исследуя изменения различных свойств Земли, сейсмологи надеются установить корреляцию между землетрясениями и этими изменениями.

На сегодняшний день отсутствует полная классификация предвестников землетрясений. Приходовский М.А. предлагает ввести классификацию предвестников по признаку причинности явления :

1. Процессы, являющиеся непосредственной причиной землетрясения («причинные» предвестники). К этому типу предвестников можно отнести расположение космических тел, которое можно с большой точностью рассчитать, а также изменения магнитных полей вследствие солнечной активности, что можно зарегистрировать с помощью приборов.
2. Процессы, являющиеся следствием зарождающегося землетрясения («порождённые» предвестники). Сейсмические волны начинающегося землетрясения являются предвестниками. Также, видимо, инфразвук, появляющийся вследствие начавшихся в коре механических процессов, можно отнести к этому классу явлений.
3. Процессы, являющиеся следствиями тех же причин, которые приводят к землетрясениям, но непосредственно не связанные с землетрясением («косвенные», или сопутствующие предвестники). Два различных следствия одного и того же процесса, такие как землетрясение и предвестник, могут иметь весьма слабую корреляцию, так как они напрямую причинно не взаимосвязаны. Например, свечение в атмосфере является следствием накопления электрических зарядов, но и землетрясение тоже является следствием этого процесса. Однако эти следствия не всегда проявляются синхронно.

Методы, на основе которых происходит изучение предвестников землетрясений, многими ученными, подразделяются следующим образом :

1. Геологические
2. Геофизические
3. Гидрогеохимические
4. Биологические
5. Механические
6. Сейсмологические
7. Биофизические.

• К Геологическим методам относится изучение разломов и трещиноватости пород, что является одним из факторов, который определяет возможное место будущего землетрясения.
• В результате Геофизических методов оценивается плотность, электропроводность, магнитная восприимчивость, скорости продольных и поперечных волн и т.д.
• Гидрогеохимические методы основаны на измерение содержания химических элементов в грунтовых и скваженных водах. Определяется содержание радона, гелия, фтора, кремнистой кислоты и других элементов, как наиболее характерных предвестников предстоящих землетрясений.
• Множество наблюдений относится к необычному поведению домашних животных: кошек, собак, лошадей, ослов и т.д. Животные выражают неординарное поведение за несколько часов до основного толчка - в ржании, крике, стремление убежать из закрытого помещения, что довольно часто спасало жизни людей и является естественным предвестником готовящейся катастрофы, относится к биологическим предвестникам.
• Механические предвестники связаны с деформацией горных пород, движением блоков и мегаблоков в сейсмоактивных регионах.
• К сейсмологическим предвестникам можно отнести отношение скоростей продольных и поперечных волн, отношение амплитуд различных типов волн, изменение времен пробега, определение коэффициентов поглощения и рассеивания, вычисления частоты проявления микроземлетрясений, выделение зон временной активности и затишья.
• Согласно гипотезе выдвинутой профессором Инюшиным В.М - биофизические предвестники отражают аномальное проявление геоплазмы Земли. Геоплазма влияет на всю биосферу, что играет немаловажную роль в развитие биологических видов. В качестве примера можно привести один из измеряемых компонентов геоплазмы - атмосферное электричество.

Прогноз землетрясений включает в себя три основные задачи: установление места, времени и силы толчка.

Прогнозирование землетрясений включает в себя как выявление их предвестников, так и сейсмическое районирование, то есть выделение областей, в которых можно ожидать землетрясение определенной магнитуды или балльности. Предсказание землетрясений состоит из долгосрочного прогноза, который осуществляется на ближайшие 10-15 лет, среднесрочного прогноза, осуществляемого на срок 1-5 лет, краткосрочного, который осуществляется на ближайшие несколько недель или дней.

Причины возникновения землетрясений можно разделить на тектонические, вулканические, обвальные и вызванные деятельностью человека.

Традиционным способом решения прогнозных задач является поиск и анализ корреляционных связей между аномальными проявлениями в физических полях и пространственным распределением, механизмами и динамикой очагов землетрясений с привлечением геоморфологических, геологических, тектонических и космических критериев сейсмичности.

Приведем краткую характеристику разработанных ранее алгоритмов среднесрочного прогноза.

1. Алгоритм М8

Данный алгоритм относится к задаче прогноза землетрясений с магнитудой М>8.0. Алгоритм разработан в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики (МНТП РАН г. Москва). Данный алгоритм позволяет производить диагностику периодов повышенной вероятности (ППВ) сильных землетрясений по набору некоторых функций общего потока основных толчков. Об объективности данного метода нельзя сказать однозначно, так как в некоторых областях Земли этот алгоритм дает точный прогноз, а в некоторых не предсказывает даже сильные землетрясения (например, Великое Азиатское землетрясение, М=9.3, декабрь 2004 г.). Указанное сейсмическое событие еще раз подтверждает тот факт, что данные методы прогноза не обеспечивают надежной достоверности прогноза землетрясений.

2. Алгоритм «Сценарий Мендосино» (MSc)

Известно, что алгоритм М8 служит для объявления ППВ в области достаточно большого размера. С помощью алгоритма «Сценарий Мендосино» данную область можно сузить. Идея использования данного алгоритма заключается на основании процедуры поиска такой области прогноза с аномальным затишьем на фоне обычной для нее высокой активности окружения. В большинстве случаев такое затишье предшествует возникновению сильного землетрясения.

3. Алгоритм Калифорния-Невада

Данный прогноз рассчитан на прогноз землетрясений средней силы. Метода Калифорния-Невада основывается на поиске аномальных вариаций потока землетрясений.

4. Метод расчета карт ожидаемых землетрясений (КОЗ)

При построении карты КОЗ исследуемый район разбивается на элементарные ячейки, в которых рассчитываются значения каждого из прогностических параметров. Вероятность ожидания сильно землетрясения вычисляется по формуле Байеса.

Помимо алгоритмов среднесрочного прогноза необходимо рассмотреть и алгоритмы краткосрочного прогноза. К алгоритмам среднесрочного прогноза относятся:

• метод Б.Войта;
• способ Д.Варнеса;
• метод саморазвивающихся процессов;
• картирование сейсмической активности по плотности потока событий;
• метод обратного прослеживания предвестников.

Таким образом, в настоящее время научный прогноз места, времени и силы землетрясения является 1 из главных задач сейсмологии. Для осуществления достоверного локального прогноза необходимо детальное изучение механизмов появления предвестников и закономерностей их связи с ожидаемым землетрясением.

Рецензенты:

Гриб Н.Н., д.т.н., профессор, заместитель директора по научно-исследовательской работе, ТИ (ф) ФГАОУ ВПО «СВФУ», г. Нерюнгри;

Трофименко С.В., д.г.-м.н., профессор, профессор кафедры Математики и информатики, ТИ (ф) ФГАОУ ВПО «СВФУ», г. Нерюнгри.

Библиографическая ссылка

Туманова К.С. К ВОПРОСУ ПОИСКОВ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=17146 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»