Прогноз землетрясений - наиболее важная проблема, которой занимаются ученые во многих странах мира. Однако, несмотря на все усилия, этот вопрос еще далек от разрешения. 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 бальности. Предсказание землетрясений состоит из долгосрочного прогноза на десятки лет, среднесрочного прогноза на несколько лет, краткосрочного на несколько недель или первые месяцы и объявление непосредственной сейсмической тревоги. Наиболее впечатляющий достоверный прогноз землетрясения был сделан зимой 1975 года в городе Хайчен на северо-востоке Китая. Наблюдая этот район в течение нескольких лет разными методами, был сделан вывод о возможном сильном землетрясении в ближайшем будущем. Возрастание числа слабых землетрясений позволило объявить всеобщую тревогу 4 февраля в 14 ч. Людей вывели на улицы, были закрыты магазины, предприятия и подготовлены спасательные команды. В 19 ч 36 мин произошло сильное землетрясение с магнитудой 7,3, город Хайчен подвергся разрушению, жертв было мало. Но даже наряду с другими удачными предсказаниями землетрясений они скорее исключение, чем правило. Сейсмическое районирование разного масштаба и уровня проводится на основании учета множества особенностей: геологических, в частности тектонических, сейсмологических, физических и др. Составленные и утвержденные карты обязаны учитывать все строительные организации несмотря на то, что увеличение предполагаемой силы землетрясения хотя бы на 1 балл влечет за собой многократное удорожание строительства, так как связано с необходимостью дополнительного укрепления построек. Сейсмическое районирование территории предполагает несколько уровней от мелко- к крупномасштабным. Например, для городов или крупных промышленных предприятий составляют детальные карты микросейсмического районирования, на которых необходимо учитывать особенности геологического строения небольших участков, состав грунтов, характер их обводненности, наличие скальных выступов горных пород и их типы. Наименее благоприятными являются обводненные грунты (возникновение гидравлического удара), рыхлые суглинки, лессы, обладающие большой просадочностью. Аллювиальные равнины более опасны при землетрясении, чем выходы скальных пород. Все это надо учитывать при строительстве и проектировании зданий, гидроэлектростанций, заводов. Сейсмостойкому строительству во всех странах уделяется очень большое внимание, особенно для таких ответственных объектов, как атомные электростанции, гидроэлектростанции, химические и нефтеперерабатывающие заводы. Проектирование и строительство зданий в сейсмоопасных зонах требуют сделать их устойчивыми к землетрясениям. Как метко отмечено в книге Дж. Гира и Х. Шаха (1988 год), самое главное в проектировании сейсмостойких зданий - это "связать" здание, то есть соединить все элементы постройки: балки, колонны, стена и плиты в единую прочную, но вместе с тем и гибкую конструкцию, способную противостоять колебаниям грунта. Благодаря таким мерам в Мехико строят здания по 35-45 этажей, а в Токио, высокосейсмичном районе, - даже в 60 этажей. Такие постройки обладают гибкостью, то есть способностью качаться, изгибаться, как деревья при сильном ветре, но не разрушаться. Хрупкие же материалы, например кирпич или кирпич-сырец, разрушаются сразу. Не забудем также, что в Японии много атомных электростанций, но конструкция их зданий рассчитана на очень сильные землетрясения. Старые постройки стягивают стальными обручами или тросами, укрепляют снаружи железобетонной рамой, скрепляют арматурой, проходящей через все стены. Существующие нормы и правила не в состоянии, конечно, полностью обеспечить сохранность объектов при землетрясении, но они значительно снижают последствия ударов стихии и поэтому требуют неукоснительного выполнения. Существует большое количество разнообразных предвестников землетрясений, начиная от собственно сейсмических, геофизических и кончая гидродинамическими и геохимическими. Можно проиллюстрировать их несколькими примерами. Так, сильные землетрясения в противоположность слабым в конкретном районе происходят через значительные промежутки времени, измеряемые десятками и сотнями лет, так как после разрядки напряжений необходимо время для их возрастания до новой критической величины, а скорость накопления напряжений по Г.А. Соболеву не превышает 1 кг/см2 в год. К. Касахара в 1985 году показал, что для разрушения горной породы необходимо накопить упругую энергию в 103 эрг/см3 и объем горных пород, высвобождающий энергию при землетрясении, связан прямой зависимостью с количеством этой энергии. Следовательно, чем больше магнитуда землетрясения, а соответственно и энергия, тем больше будет временной интервал между сильными землетрясениями. Данные по сейсмически активной Курило-Камчатской островной дуге позволили С.А. Федотову установить повторяемость землетрясений с магнитудой М = 7,75 через 140 ? 60 лет. Иными словами, выявляется некоторая периодичность или сейсмический цикл, позволяющий давать хотя и очень приблизительный, но долгосрочный прогноз. Сейсмические предвестники включают рассмотрение группирования роев землетрясений; уменьшение землетрясений вблизи эпицентра будущего сильного землетрясения; миграции очагов землетрясений вдоль крупного сейсмоактивного разрыва; асейсмические скольжения по плоскости разрыва на глубине, возникающие перед будущим внезапным сдвигом; ускорение вязкого течения в очаговой области; образование трещин и подвижек по ним в области концентрации напряжений; неоднородность строения земной коры в зоне сейсмичных разрывов. Особый интерес в качестве предвестников представляют форшоки, предваряющие, как правило, основной сейсмический удар. Однако главная непреодоленная сложность заключается в трудности распознавания настоящих форшоков на фоне рутинных сейсмических событий. В качестве геофизических предвестников используют точные измерения деформаций и наклонов земной поверхности с помощью специальных приборов - деформаторов. Перед землетрясениями скорость деформаций резко возрастает, как это было перед землетрясением в Ниигата (Япония) в 1964 году. К предвестникам относится также изменение скоростей пробега продольных и поперечных сейсмических волн в очаговой области непосредственно перед землетрясением. Любое изменение напряженно-деформированного состояния земной коры сказывается на электрическом сопротивлении горных пород, которое можно измерять при большой силе тока до глубины 20 км. То же относится и к вариациям магнитного поля, так как напряженное состояние пород влияет на колебания величины пьезомагнитного эффекта в магнитных минералах. Довольно надежны в качестве предвестников измерения колебания уровня подземных вод, поскольку любое сжатие в горных породах приводит к повышению этого уровня в скважинах и колодцах. С помощью гидрогеодеформационного метода были сделаны успешные краткосрочные предсказания: например, в Японии в Изу-Ошиме 14 января 1978 года, в Ашхабаде перед сильным землетрясением 16 сентября 1978 года с М = 7,7. В качестве предвестников используется также изменение содержания родона в подземных водах и скважинах. Все многообразие предвестников землетрясений неоднократно анализировалось с целью выявления общих закономерностей и устранения ошибок. Геофизик Т. Рикитаки провел статистический анализ связей длительности аномалий Т и ее амплитуды А и ожидаемой магнитуды М, выделив три класса предвестников. Для среднесрочных предвестников он получил уравнение: log DТ = аМ - b, где а = 0,76; b = -1,83, а Т - сутки. При М = 5-7 время проявления предвестников составляет первые месяцы - первые годы. 5. Техногенные землетрясения
Эти землетрясения связаны с воздействием человека на природу. Проводя подземные ядерные взрывы, закачивая в недра или извлекая оттуда большое количество воды, нефти или газа, создавая крупные водохранилища, которые своим весом давят на земные недра, человек, сам того не желая, может вызвать подземные удары. Повышение гидростатического давления и наведенная сейсмичность вызываются закачкой флюидов в глубокие горизонты земной коры. Достаточно спорные примеры подобных землетрясений (может быть произошло наложение как тектонических сил, так и антропогенной деятельности) - Газлийское землетрясение, произошедшее на северо-западе Узбекистана в 1976 году и землетрясение в Нефтегорске на Сахалине, в 1995 году. Слабые и даже более сильные “наведенные” землетрясения могут вызывать крупные водохранилища. Накопление огромной массы воды приводит к изменению гидростатического давления в породах, снижению сил трения на контактах земных блоков. Вероятность проявления наведенной сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Так, для плотин высотой более 10 метров наведенную сейсмичность вызывали только 0,63% из них, при строительстве плотин высотой более 90 метров - 10%, а для плотин высотой более 140 метров - уже 21%. Увеличение активности слабых землетрясений наблюдалось в момент заполнения водохранилищ Нурекской, Токтогульской, Червакской гидроэлектростанций. Интересные особенности в изменении сейсмической активности на западе Туркменистана автором наблюдались при перекрытии стока воды из Каспийского моря в залив Кара-Богаз-Гол в марте 1980 года, а затем, при открытии стока воды 24 июня 1992 года. В 1983 году залив перестал существовать как открытый водоем, в 1993 году в него было пропущено 25 кубических километров морской воды. Благодаря высокой и без того сейсмической активности этой территории, быстрое перемещение водных масс “наложилось” на фон землетрясений региона и спровоцировало некоторые его особенности. Быстрая разгрузка или нагрузка территорий, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, связанной с деятельностью человека может совпасть с их естественным сейсмическим режимом, и даже, спровоцировать ощутимое людьми землетрясение. К слову, на примыкающей к заливу территории с большим масштабом работ по добыче нефти и газа, друг за другом возникли два относительно слабых землетрясения - в 1983 года (Кумдагское) и 1984 года (Бурунское) с очень небольшими глубинами очагов.
В Индии, 11 декабря 1967 года в районе плотина Койна, возникло землетрясение с магнитудой 6.4, от которого погибло 177 человек. Оно было вызвано заполнением водохранилища. Рядом расположенному городку Койна-Нагар был причинен большой ущерб. Случаи возникновения сильных наведенных землетрясений с магнитудами около шести известны при строительстве Ассуанской плотины в Египте, плотины Койна в Индии, Кариба в Родезии, Лейк Мид в США. Обширный комплекс проблем может возникнуть вокруг нефтегазового комплекса и при бурении на шельфе Каспийского моря. Интенсивная разработка месторождений углеводородного сырья, а именно они привлекают основное внимание инвесторов, сопровождается антропогенным воздействием на окружающую среду, которая в Южном Каспии сейсмически не благополучна и без этого. Аварии на продуктопроводе под станцией Аша в Башкирии (Россия), когда сгорели с людьми два пассажирских состава, крупнейшая экологическая катастрофа под Усинском в России, где авария на нефтепроводе привела к нефтяному загрязнению обширной территории, течений и пойм многих рек - свидетели цепи подобных взаимосвязанных событий. При неблагоприятном сочетании техногенных факторов, и особенностей природного деформационного процесса возрастает вероятность возникновения техногенных землетрясений, а также значительных смещений земной поверхности, способных привести к аварийным катастрофическим ситуациям. Таким как разрывы продуктопроводов, выход из строя эксплуатационных скважин, разрушения жилых и производственных строений, коммуникаций. Колоссальный экологический ущерб от подобных аварий отодвигаетна второй план ущерб экономический. К примерам подобного сочетания неблагоприятных факторов, на которое наложилось антропогенная деятельность человека можно отнести оползень случившийся в канадском городке Френк. В 1901 году небольшое землетрясение привело к потере прочности склонов горы Тартл. Вибрации горных склонов из-за взрывов производимых для добычи каменного угля и от движения составов по железной дороге проложенной у подножья горы постоянно воздействовали на горный массив. От добычи каменного угля в нем образовались большие пустоты - ежесуточно здесь извлекалось до 1100 тонн. Всего было извлечено почти 397 тысяч кубометров породы, а пустоты образовавшиеся в недрах составили объем порядка 181 тысячу кубических метров. Землетрясение, антропогенная деятельность и образовавшиеся пустоты в недрах горы ослабили в конце концов устойчивость горных склонов. 29 апреля 1903 года, вершина горы Тартл на высоте 900 метров сдвинулась с места и вниз обрушилась лавина скальных пород объемом почти 30 миллионов кубометров. Скально-земляной вал высотой в 30 метров и шириной фронта в два с половиной километра в считанные секунды преодолел расстояние около четырех километров со скоростью в 160 км/час и похоронил под собой долину реки Кроузнест и шахтерский городок Френк. Погибло 70 жителей, а 16 шахтеров работавших в шахтах чудом спаслись, прокопав себе путь в слоях угля. Хотим мы этого или не хотим, но человек будет продолжать осваивать новые территории, воздвигать новые и более грандиозные сооружения, добывать из под земли углеводородное сырье и минералы. Риск потерь от сейсмических явлений будет возрастать, соответственно этому должен строиться и подход к мониторингу окружающей среды и прогнозу неблагоприятных ситуаций.
Практическое задание Раздел 1 защита населения и территорий при чрезвычайных ситуациях на радиационно опасных объектах (РОО); Таблица 1. Исходные данные к задачам 1,2
Задача 1
Определить дозы облучения, которые получают рабочие объекта
1. Определим Т вх = 3 час, Т вых = 3+5 =8 час
2. Найдем по формуле (1) значение уровней радиации на время входа и выхода:
Р 3 = Р 1 (t 3 /t 1) -1,2 = 200(3/1) -1,2 =200*0.26= 53,5 р/ч
Р 8 = Р 1 (t 8 /t 1) -1,2 = 200(8/1) -1,2 =200*0.08=16,5 р/ч
3. По формуле (2) вычислим экспозиционную дозу, которую получат рабочие за 4 часа, если для производственного одноэтажного здания Д = (5Р вх *t вх -5 Р вых *t вых)/К осл
К осл = 7; Д=(5*53,5*3-5*16,5*8)/7=20,3р
Вывод: Дозу которую получают рабочие объекта в 1-ом жилом доме (каменном) за 5 часов составила Д=20,3р это доза безопасна для выполнения работ на этом объекте.
Задача 2
Определить дозу радиации, которую могут получить люди во время спасательных работ на открытой местности, если команда прибыла в район работ с уровнем радиации в момент входа Р вх, далее уровень радиации измеряли каждый час.
Вычислить с использованием приведенных выше формул.
При этом необходимым является условие, чтобы полученная доза радиации Д, определенная по формуле (2), не превышала заданную:
Д = (5Р вх *t вх -5 Р вых *t вых)/К осл
Д = (5*53,5*3-5* 16,5*8)/7=120-80=40:7=5,7 (6)
5,7<7 следовательно дожидаться ослабления не нужно.
Вывод: Доза радиации составила в одном жилом доме 5,7р/ч это доза не превышает заданную дозу Дзад=7р/ч. Задача 3 .
Определить допустимую продолжительность пребывания рабочих на зараженной территории.
Таблица 2. Исходные данные к задаче 2, 3
Решив систему уравнений, получаем значения допустимой продолжительности облучения.
Т = t вх 6 /(t вх -Д зад *К осл /5Р вх) 5 -t вх
Т = 3 6 /(3-25*7/5*8) 5 -3=729(3-280) 5 -3
Допустимое время пребывания на РЗМ можно приближено определить по формуле (8), полученной на основании формулы (6):
Т = Д зад *К осл /Р вх (8)
Т = 25*7/8=21,9 ч
Вывод: время пребывания рабочих на зараженной территории 21.9 ч
Задача 4.
Определить допустимое время начала преодоления участка РЗМ
Доза облучения + на 1 час после РЗ, определенная по формуле (4): Д 1 =(150*0,5)/2=37,5
Отношение дозы через 1 ч после радиоактивного загрязнения к заданной: Д 1 /Д зад = 37,5/10= 3,75
Коэффициент для пересчета уровней радиации пропорционален изменению уровня радиации во времени после радиоактивного загрязнения, а, следовательно, и изменению экспозиционной дозы излучения. Тогда К t = 1,425. По формуле (2) задания 3
Определяем средний уровень радиации Р ср на 1 час после Р 3 по формуле (5): Р ср = 150 р/ч
Продолжительность движения через участок РЗМ: 10/20=0,5 ч.
К t = (t 1 /t зад)-1,2 = 1,425; t зад = 2,8 ч.
Преодоление участка можно начать через 2,8 ч, т.е. в 16ч.50мин.
Таблица 3. Исходные данные к задаче 4
Вывод: Продолжение участка может начаться через 2,8часа т.е. в 16ч50м.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Прогнозирование землетрясений
Введение
землетрясение географический прогнозирование катастрофа
С момента появления первых землетрясений человечество преследует неукротимое желание возможности предсказания и прогнозирования этих явлений. На протяжении многих столетий данная проблема оставалась нерешенной. Первоначально организовывались группы исследователей, которые занимались изучением не только катастрофических последствий землетрясений, но и наблюдали предшествующие природные изменения. Тем не менее, попытки ученых далеко не всегда увенчивались успехом.
Суммарное количество жертв землетрясений на Земле за последние 500 лет составило около 5 млн. человек, почти половина из них приходится на Китай. Землетрясения составляют 13% от общего числа природных катастроф и занимают 3-е место среди стихийных бедствий, отдавая первенство тропическим штормам и наводнениям.
На сегодняшний день актуальность вопросов прогнозирования землетрясений не вызывает сомнений, поскольку именно точный прогноз помогает спасти жизни людей. Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно (в десятки раз) опережая извержения вулканов. Материальный ущерб одного разрушительного землетрясения может составлять сотни миллионов долларов, в связи с этим успех прогнозирования приобретает огромную важность.
Целью курсовой работы является выявление наиболее эффективных методов прогнозирования землетрясений. Для достижения данной цели в ходе исследования были решены следующие задачи:
1. дана общая характеристика понятию землетрясения;
2. исследованы вопросы географического распространения землетрясений;
3. изучены наиболее актуальные вопросы и проблемы прогнозирования землетрясений;
4. совершен экскурс в историю предсказаний землетрясений;
5. рассмотрены различные виды прогнозирования.
Теоретическая и практическая значимость данной работы состоит в том, что рассматриваемые аспекты прогнозирования землетрясений позволят осуществлять наиболее эффективный анализ причин и времени их возникновения, а также использовать возможные пути избежания катастрофических последствий данного стихийного бедствия.
1 . Общая характеристика землетрясений
Землетрясения представляют собой колебания Земли, порожденные внезапными изменениями в состоянии недр планеты. Эти колебания по своей сути являются упругими волнами, которые распространяются с высокой скоростью в толще горных пород. Сильнейшие землетрясения иногда ощущаются даже на расстояниях более 1500 км от очага и могут быть зарегистрированы сейсмографами (специальными высокочувствительными приборами) даже в противоположном полушарии. Район, где зарождаются колебания, называется очагом землетрясения, а его проекция на поверхность Земли - эпицентром землетрясения. Очаги большей части землетрясений расположены в земной коре на глубинах не более 16 км, но в отдельных районах глубины очагов достигают 700 км. Ежедневно происходят тысячи землетрясений, но лишь некоторые из них ощущаются человеком.
Первые упоминания о землетрясениях можно обнаружить в Библии, в трактатах античных ученых - Геродота, Плиния и Ливия, а также в древних китайских и японских письменных источниках. До XIX в. большинство сообщений о землетрясениях содержало описания, красочно приукрашенные суевериями, и гипотезы, основанные на скудных и недостоверных сведениях.
Немногие природные явления способны причинять разрушения такого масштаба, как землетрясения. На протяжении столетий они были причиной гибели миллионов людей и бесчисленных разрушений. Хотя с древнейших времён землетрясения вызывали ужас и суеверный страх, до возникновения в начале ХХ столетия науки сейсмологии мало что было понято о них.
Начало регулярным описаниям землетрясений в 1840 г. положил А. Перри (Франция). В 1850-х годах Р. Малле (Ирландия) собрал большой каталог землетрясений, а его детальный отчет о землетрясении в Неаполе в 1857 г. стал одним из первых строго научных описаний сильных землетрясений. Хотя уже с давних времен ведутся многочисленные исследования, нельзя сказать, что причины возникновения землетрясений детально изучены.
По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.
Тектонические землетрясения возникают в результате непредвиденного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при конкретных температурах и давлении). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 суммарная протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение - 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.
На поверхности Земли землетрясения проявляются сотрясением и иногда смещением земли. Когда эпицентр большого землетрясения расположен на каком-то расстоянии от берега, в открытом море, морское дно иногда смещается так, что появляются цунами. Сотрясение при землетрясениях может также вызвать оползни и иногда вулканическую деятельность.
Вулканические землетрясения происходят в результате резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.
Причиной техногенных землетрясений могут явиться подземные ядерные испытания, заполнение водохранилищ, добыча нефти и газа путем нагнетания жидкости в скважины, взрывные работы при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.
Большинство тектонических землетрясений зарождаются на глубине не более десятков километров. В зонах субдукции (где одна тектоническая плита пододвигается под другую), где старшая и более холодная океанская кора спускается ниже другой тектонической плиты, землетрясения могут происходить на значительно больших глубинах (до семисот километров). Эти сейсмически активные области субдукции известны как зоны Wadati-Benioff. Это - землетрясения, которые происходят на глубине, на которой пододвинутая литосфера больше не должна быть ломкой из-за высокой температуры и давления. Возможный механизм образования землетрясений с глубоким центром - образование разрывов, вызванное оливином, подвергающимся фазовому переходу в структуру шпинели.
Магнитуда землетрясений обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч.Ф. Рихтера, предложившего ее в 1935 г.). Магнитуда землетрясения - безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения и некоторого стандартного землетрясения.
Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине. Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:
2 - самые слабые ощущаемые толчки;
4"/2 - самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6 - умеренные разрушения;
8"/2 - самые сильные из известных землетрясений.
Интенсивность землетрясений оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности. Для ретроспективной оценки балльности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения. В США оценка интенсивности обычно проводится по модифицированной 12-балльной шкале Меркалли.
На Земле в год происходит примерно одно катастрофическое землетрясение, около 100 разрушительных и около 1 млн. ощутимых в населенной местности (по Б. Гутенбергу и Ч. Рихтеру).
Причины землетрясений окончательно не ясны. Землетрясения зарождаются в различных частях земной коры и в подкоровом слое, в условиях твердой среды. Большинство ученых считает, что причины землетрясений - смещения на глубине в веществе Земли, связанные или с моментальным сдвигом, со скольжением, или с кручением вещества. Это доказывается тем, что гипоцентры землетрясений расположены вдоль плоскостей ранее существовавших разрывов земной коры (разлом Сан-Андреас, зона на юге Крыма и др.). Вдоль берегов Охотского моря также имеется такая зона. Плоскости этих разломов обычно наклонены в сторону суши. Области суши по ним движутся в сторону моря. Эти движения вызывают напряжения, с которыми связываются повторные разрывы, которые и вызывают землетрясения.
Гипотеза разрывного происхождения землетрясений доказывается тем, что в целом ряде землетрясений поперечные волны, образующиеся при сдвигах, оказываются более интенсивными, чем волны продольные. В случае простого сжатия и растяжения вещества без разрыва продольные волны были бы более сильными.
Выяснению причин землетрясений способствует анализ сейсмограмм. Разрабатываемая аппаратура позволяет раздельно изучать продольные и поперечные волны, что очень важно.
2 . Географическое распространение и прогнозирование землетрясений
Большинство землетрясений сосредоточено в двух протяженных, узких зонах. Одна из них обрамляет Тихий океан, а вторая тянется от Азорских островов на восток до Юго-Восточной Азии. Тихоокеанская сейсмическая зона проходит вдоль западного побережья Южной Америки. В Центральной Америке она разделяется на две ветви, одна из которых следует вдоль островной дуги Вест-Индии, а другая продолжается на север, расширяясь в пределах США, до западных хребтов Скалистых гор. Далее эта зона проходит через Алеутские острова до Камчатки и затем через Японские острова, Филиппины, Новую Гвинею и острова юго-западной части Тихого океана к Новой Зеландии и Антарктике.
Вторая зона от Азорских островов простирается на восток через Альпы и Турцию. На юге Азии она расширяется, а затем сужается и меняет направление на меридиональное, следует через территорию Мьянмы, острова Суматра и Ява и соединяется с циркумтихоокеанской зоной в районе Новой Гвинеи. Выделяется также зона меньшего размера в центральной части Атлантического океана, следующая вдоль Срединно-Атлантического хребта. Существует ряд районов, где землетрясения происходят довольно часто. К ним относятся Восточная Африка, Индийский океан, в Северной Америке долина р. Св. Лаврентия и северо-восток США. Иногда в районах, которые принято считать неактивными, происходят сильные землетрясения, как, например, в Чарльстоне (шт. Южная Каролина) в 1886 г.
По сравнению с мелкофокусными глубокофокусные землетрясения имеют более ограниченное распространение. Они не были зарегистрированы в пределах Тихоокеанской зоны от южной Мексики до Алеутских островов, а в Средиземноморской зоне - к западу от Карпат. Глубокофокусные землетрясения характерны для западной окраины Тихого океана, Юго-Восточной Азии и западного побережья Южной Америки. Зона с глубокофокусными очагами обычно располагается вдоль зоны мелкофокусных землетрясений со стороны материка.
Для повышения точности прогноза землетрясений необходимо лучше представлять механизмы накопления напряжений в земной коре, крипа и деформаций на разломах, выявить зависимости между тепловым потоком из недр Земли и пространственным распределением землетрясений, а также установить закономерности повторяемости землетрясений в зависимости от их магнитуды. Во многих районах земного шара, где существует вероятность возникновения сильных землетрясений, ведутся геодинамические наблюдения с целью обнаружения предвестников землетрясений, среди которых заслуживают особого внимания изменения сейсмической активности, деформации земной коры, аномалии геомагнитных полей и теплового потока, резкие изменения свойств горных пород (электрических, сейсмических и т.п.), геохимические аномалии, нарушения водного режима, атмосферные явления, а также аномальное поведение насекомых и других животных (биологические предвестники).
Такого рода исследования проводятся на специальных геодинамических полигонах (например, Паркфилдском в Калифорнии, Гармском в Таджикистане и др.). С 1960 г. работает множество сейсмических станций, оборудованных высокочувствительной регистрирующей аппаратурой и мощными компьютерами, позволяющими быстро обрабатывать данные и определять положение очагов землетрясений. Задача прогноза землетрясений, ведущегося на основе наблюдений за предвестниками (предсказание не только места, но, самое главное, времени сейсмического события), далека от своего решения, т.к. ни один из предвестников нельзя считать надежным.
Известны единичные случаи исключительно удачного своевременного прогноза, например, в 1975 в Китае очень точно было предсказано землетрясение с магнитудой 7,3. В сейсмоопасных районах важную роль играет возведение сейсмостойких сооружений.
Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности входит в задачу сейсмического районирования. Оно основано на использовании исторических данных (о повторяемости сейсмических событий, их силе) и инструментальных наблюдений за землетрясениями, геолого-географическом картировании и сведениях о движении земной коры.
Районирование территории связано и с проблемой страхования от землетрясений.
В 1950 году ученые из бывшего СССР начали свою программу по прогнозу землетрясений. В ходе исследований было получено множество интересных данных. Но предсказать реальной угрозы не удалось. Первая самостоятельная попытка советских ученых провалилась. После неудачи Советского Союза очередная попытка была предпринята Китаем. Китайцам удалось достичь некоторых результатов, однако землетрясение 1976 года не далеко от Пекина спрогнозировать так и не удалось.
Мировая общественность пришла в уныние после двух неудач подряд. Сейсмологи всего мира продолжали неустанно работать над решением проблемы. Им удавалось несколько раз достаточно точно предсказать несколько землетрясений, но основное количество трагедий никаким предсказаниям не поддавалось.
Сегодня различают несколько видов прогнозов, которые можно давать относительно землетрясений: долгосрочный прогноз, среднесрочный прогноз и краткосрочный прогноз. Меньше всего споров вызывает, конечно, долгосрочный прогноз. Во время этого прогноза изучаются изменения напряжения в литосфере, сейсмическая прозрачность литосферы. Такие прогнозы составляются сроком от нескольких месяцев до нескольких лет.
Среднесрочный прогноз позволяет предсказать землетрясение за несколько месяцев до него. В основе такого прогноза лежат наблюдения за геофизическими полями. Эти прогнозы не очень успешны, но в общем потоке событий даже такие скромные данные представляют некую ценность.
И, наконец, краткосрочный прогноз. К этими прогнозам предъявляют большие требования. Ведь от точности таких прогнозов зависят тысячи человеческих жизней. Приведем в пример два китайских землетрясения 1975 и 1976 годов. В первом случае люди были эвакуированы за два часа, во втором - погибли сотни тысяч, так как ученые побоялись ложной тревоги.
Несмотря на многочисленные неудачи исследователей в данной области на сегодняшний день вполне возможен достаточно точный прогноз землетрясений - предсказание места и времени их возникновения, а также интенсивность в эпицентре. В качестве примера укажем прогноз хайченского землетрясения 4 февраля 1975 г. (Китай, провинция Ляонин).
Официальное оповещение о предстоящем сильном землетрясении было сделано за 9 часов до того, как оно началось. Разразившееся землетрясение действительно оказалось очень сильным: оно разрушило до половины зданий в районе с населением более миллиона человек. Однако благодаря своевременно принятым мерам число жертв было сравнительно небольшим - погибло 300 человек.
Тем не менее, прошло примерно полтора года после упомянутого хайченского землетрясения, и в том же Китае произошло ужасающее по числу жертв таншаньское землетрясение (27 июля 1976 г.): оно унесло более 600 тысяч человеческих жизней.
В целом, возможность предсказания землетрясений основывается, как правило, на наблюдении состояния подземных пород.
Возникновение значительных механических напряжений заметно изменяет свойства пород - эти свойства становятся необычными, или, как говорят, аномальными. Наблюдаются аномалии разного рода: электрические, магнитные, упругие и т.д. Так, например, под действием сильных механических нагрузок в веществе может возникать электрическое поле (этот физический эффект называют пьезоэлектрическим); следовательно электризация пород может рассматриваться как предвестник землетрясения. В напряженных породах упругие волны распространяются иначе, чем в ненапряженных. Напряжения влияют также на циркуляцию подземных вод, на характер заполнения водами трещин и скважин.
Отдельно следует отметить химический метод прогнозирования землетрясений. Оказалось, что при формировании очага землетрясения и нарастании механических напряжений резко увеличивается концентрация в подземных водах гелия и ряда других химических элементов (например, неона, аргона, криптона). Растет их концентрация и в газовых потоках.
Таким образом, производя химический анализ газа или воды в специально создаваемых скважинах, можно выявить назревающее землетрясение.
В качестве особого предвестника землетрясения можно рассматривать необычное поведение многих животных и птиц. Следует отметить, что спешное предсказание землетрясения в Китае в1975 г. в немалой степени основывалось на народных приметах, в частности на сообщениях о необычном поведении домашних животных. В настоящее время зарегистрировано около 70 видов животных, которые могут считаться прогнозистами землетрясений интенсивностью от 4 баллов и выше.
Однако научного обоснования чувствительности животных на сегодняшний день не найдено. Можно предполагать, что животные реагируют на возникающие перед землетрясение звуки (в том числе инфразвуки и ультразвуки), изменения электрического и магнитного полей, выделения газов из почвы и т.д. В настоящее время исследование аномального поведения животных перед началом землетрясения все более привлекает внимание сейсмологов всего мира.
Одним из методов предсказания землетрясений является изучение небесных изменений. Теория, которая в научных кругах носит название «Литосферно-атмосферно-ионосферный соединительный механизм» говорит о том, что сразу перед землетрясением из напряженного разлома вырывается много газа, особенно бесцветного, лишенного запаха радона. Когда радон попадает в верхние слои атмосферы - ионосферу - он забирает у молекул воздуха электроны, разделяя их на отрицательно заряженые частицы (свободные электроны) и позитивно заряженные. Эти заряженные частицы, ионы, вступают в реакцию с конденсированной водой, в результате чего выделяется тепло. Это тепло и могут зафиксировать ученые с помощью инфракрасного излучения.
Используя данные спутников, Димитар Узунов (Dimitar Ouzounov), профессор естественных наук в университете Чапмана и один из авторов работы, вместе с коллегами изучил процессы, имевшие место в атмосфере за несколько дней до японского землетрясения. Исследователи обнаружили, что концентрация электронов в ионосфере заметно повысилась за несколько дней до катастрофы.
Исследователи проанализировали информацию о более чем 100 землетрясениях в Азии и Тайване и нашли похожие корреляции для землетрясений магнитудой более 5,5 баллов, эпицентр которых залегал на глубине менее 50 км. Команда теперь пытается привлечь коллег из Японии и других стран мира для масштабного мониторинга атмосферы.
Тем не менее, успех прогнозирования землетрясений еще не гарантирован. Никто еще не предсказывал катастрофу, основываясь на данных об атмосфере, а множество других способов вычислить день землетрясения, от наблюдений за поведением животных до фиксирования факта, что подземные воды потекли в другую сторону, дают абсолютно случайные результаты. Поэтому ученое сообщество призывает без лишней эмоциональности относиться к потенциалу нового метода, пока его результативность не будет доказана.
Несмотря на скептизим коллег, команда г-на Узунова планирует в ближайшее время собрать ученых, занимающихся проблемами Земли, и исследователей атмосферы на конференцию, в ходе которой обсудить обнаруженные изменения в ионосфере.
Связь между дождями и слабыми землетрясениями установили Себастьян Хайнцл (Sebastian Hainzl) из университета Потсдама (Universitat Potsdam), Тони Крафт (Toni Kraft) из университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen) и их коллеги.
Ливневые воды, проникающие в трещины и поры породы, могут срабатывать как спусковой крючок, вызывая небольшое землетрясение в случае, если напряжение в разломе почти достигло предела. Эту идею учёные обсуждали давно, но никто ещё не проверял такую связь на практике.
Оказалось, что для провоцирования землетрясений воды требуется гораздо меньше, чем специалисты полагали ранее. Это установили наблюдения за 1775-метровым пиком Хохстауфен в Баварии, местом, где ежегодно случается тысяча слабых землетрясений. Учёные выяснили, что летом, когда шло больше дождей, сейсмическая активность была выше. Авторы работы поясняют, что вода, проникающая под гору с поверхности, увеличивает давление в порах, так, что породы, находящиеся на грани скольжения, резко сдвигаются со своего места.
Для проверки гипотезы учёные начали фиксировать ежедневное количество осадков и прогнозировать на этой основе количество слабых землетрясений. Прогноз оказался точным. В частности, после сильных затяжных дождей сейсмическая активность в данной местности выросла в 20 раз - некоторое время после этих ливней исследователи ежедневно фиксировали по 40 крошечных сотрясений вместо обычных 1-2.
Ранее геологи полагали, что только обширные водные потоки могут хоть как-то влиять на сейсмическую активность того или иного региона - например, потоки, возникающие при интенсивном таянии очень больших количеств снега. Также было хорошо известно действие массивных водохранилищ: в 1967 году в Индии заполнение нового большого водохранилища вызвало 7-балльное землетрясение, убившее 200 человек.
Германские специалисты полагают, что найденная взаимосвязь между уровнем осадков и сейсмической активностью справедлива и для тех регионов, где землетрясения имеют несравненно большую силу. Правда, геофизик Марк Зобак (Mark Zoback) из университета Стэнфорда (Stanford University), прокомментировавший работу германских коллег, отметил, что в случае с глубоко залегающими очагами землетрясений требуется несколько лет, чтобы вода проникла с поверхности. А это делает связь между количеством осадков и частотой землетрясений в таких районах трудно обнаруживаемой.
В 2003 году был открыт принципиально новый физический эффект трехмерного изменения гравитационного поля перед сильными землетрясениями, на огромных расстояниях от эпицентра землетрясений (от 1000 км до 10000 км). Этот эффект лег в основу принципиально нового физического инструмента - торсионного детектора трехмерных гравитационных вариаций, на который был выдан патент. На основе указанного детектора была разработана и изготовлена станция прогнозирования ATROPATENA, автоматически и автономно регистрирующая трехмерные изменения гравитационного поля и передающая эту информацию в Центральную Базу Данных, размещенную в США. С 2007 года, после начала работы первой станции ATROPATENA-AZ, краткосрочные прогнозы землетрясений регулярно поступали в Президиум МАН (Международная Академия Наук (Здоровье и Экология)), Австрия, Инсбрук), в Пакистанскую Академию Наук (Исламабад, Пакистан) и Университет Гаджа Мада (Джокьякарта, Индонезия).
В 2008 году в рамках Международной программы - Соглашения о сотрудничестве в области прогнозирования, подписанной с правительствами ряда стран и международными организациями, была создана Глобальная сеть прогнозирования землетрясений (GNFE).
Основной целью GNFE является краткосрочное прогнозирование землетрясений и оперативное оповещение стран входящих в состав Глобальной Сети о прогнозируемых сильных толчках.
Странами-участницами (полноправные члены - владельцы станций ATROPATENA) и партнерами GNFE (ассоциативные члены - имеющие соглашения о сотрудничестве) являются Англия, Австрия, США, Индонезия, Азербайджан, Пакистан, Германия, Турция, Казахстан, Узбекистан.
В 2009 году Глобальная Сеть Прогнозирования Землетрясений начала полноценно функционировать в режиме краткосрочного прогнозирования землетрясений и оперативной передачи этой информации странам-участникам Глобальной Сети. Этот факт был широко освещен в российской и международной печати. Наряду со странами - участвующими в работе Глобальной Сети (Австрия, США, Индонезия, Пакистан, Азербайджан) в качестве ассоциативных партнеров выступили организации ряда стран: Турция (SETAC, VisioTek), Казахстан (НПК Прогноз), Узбекистан (Институт Сейсмологии).
Заключение
В ходе написания курсовой работы мною был сделан вывод, что на сегодняшний день немалый опыт в прогнозировании землетрясений накоплен в России, в США и ряде других государств. Тем не менее, было бы неправильно считать, что вопрос о предсказании землетрясений полностью решен.
Отношение ряда ученых к проблеме прогнозирования землетрясений весьма неоднозначно. В настоящее время мировое научное сообщество, разочарованное многолетним «застоем» в развитии новых технологий прогнозирования землетрясений, разделилось на «скептиков» и «оптимистов». Основная позиция «скептиков» - невозможно краткосрочно прогнозировать землетрясения, так как многолетние исследования в этой области не увенчались успехом. Позиция же «оптимистов» основывается на диалектическом понимании эволюционного научного развития, в котором, не возможное «вчера», становится очевидным «сегодня», благодаря открытию новых законов природы, новым знаниям и технологиям.
Нет сомнений, что социальные и экономические проблемы, которые возникают в результате предупреждения, весьма серьезны, но что произойдет в действительности в большей степени, зависит от содержания предупреждения. В настоящее время представляется вероятным, что сейсмологам вначале следует делать заблаговременные предупреждения, возможно, на несколько лет вперед, а затем постепенно уточнять время, место и возможную магнитуду ожидаемого землетрясения по мере его приближения. С другой стороны может возникнуть повышенный спрос на лагерное оборудование, средства борьбы с огнем, товары первой необходимости, за чем последуют их нехватка и повышение цен.
Таким образом, следует четко различать предсказания, источник которого может заслуживать или не заслуживать доверия, и предупреждения, которые должны носить характер официального указания о необходимости осуществления тех или иных практических мероприятий.
Каковы бы ни были перспективы прогноза или контроля, очевидно, что число жертв при землетрясениях и экономические потери могут быть существенно уменьшены, если специалисты направят свою изобретательность и труд в первую очередь на разработку более надежных строительных нормативов и создание более совершенных строительных конструкций.
Список использованной литературы
1. Безопасность жизнедеятельности. Сычев Ю.Н. Учебно-методический комплекс. - М.: «ЕАОИ», 2008. - 311 с.
2. Никонов А.А. Землетрясения. - М.: «Знание», 1984. - 192 с.
3. Общая геоморфология. Рычагов Г.И. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. - 416 с.
4. Поляков С.В. Последствия сильных землетрясений. - М.: «Стройиздат», 1978. - 311 с.
5. Сборник научных статей / Под ред. Э.В. Велик, Т.И. Водолазская, М.П. Ильяшенко. - М.: «БАО-ПРЕСС», 2004. - 624 с.
6. Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: «Просвещение», 1988. - 352 с.
7. Хаин В.Е., Э.Н. Халилов. Цикличность геодинамических процессов: Её возможная природа. - М.: «Научный Мир», 2009. - 520 с.
8. Халилов Э.Н. Гравитационные волны и геодинамика. / Под редакцией Академика В.Е. Хаина. - Москва-Баку: «С-Центр», 2004. - 330 с.
9. Эйби Дж.А. Землетрясения. - М.: «Недра», 1982. - 264 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование явления землетрясения и изучение методов обеспечения сейсмостойкости сооружений. Прогнозирование землетрясений по состоянию земной коры и атмосферы. Необходимость большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.
презентация , добавлен 13.03.2019
Изучение основных причин и сущности землетрясений - быстрых смещений, колебаний земной поверхности в результате подземных толчков. Особенности глубокофокусных землетрясений. Характеристика приемов и приборов для обнаружения, регистрации сейсмических волн.
реферат , добавлен 04.06.2010
Исследование понятий очага и эпицентра землетрясения. Классификация землетрясений по причинам их возникновения. Изучение шкалы оценки магнитуд. Описания крупнейших катастрофических землетрясений ХХ века. Последствия землетрясений для городов и человека.
презентация , добавлен 22.05.2013
Определение землетрясений как мощных динамических воздействий, имеющих тектоническую природу. Поведение грунтов при землетрясениях и причины разрушений. Основные типы сейсмогенерирующих зон. Составление карт сейсмической и вулканической активности.
реферат , добавлен 09.03.2012
Анализ связи естественного импульсного электромагнитного излучения и глобальной сейсмической активности по наблюдениям вдали от локальных источников возмущения. Изучение возмущений в ионосфере, возникающих за несколько дней до сильных землетрясений.
курсовая работа , добавлен 14.05.2012
Исторические сведения и результаты мониторинга сейсмических событий на земном шаре на протяжении второй половины ХХ в. Основные понятия и характеристики землетрясений. Методы оценки силы (интенсивности) землетрясений. Типы геологических разломов.
реферат , добавлен 05.06.2011
Что происходит при сильных землетрясениях. Типы сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Проскальзывание по разломам; глинка трения. Попытки предсказания землетрясений. Особенности пространственного распределения очагов землетрясений.
курсовая работа , добавлен 14.03.2012
Подходы и особенности разработки методики определения уточненной интенсивности землетрясений для оценки устойчивости бортов заданных карьеров на территории России. Исследование и анализ примеров данных вычислений для Бачатского и Черниговского разрезов.
статья , добавлен 16.12.2013
Теория землетрясений как геофизического процесса, ранние и современные объяснения их причин. Механизм землетрясений, их классификация, основные понятия: очаг, гипоцентр, эпицентр, магнитуда, балл. Перспективы предсказаний, трудности и проблемы прогноза.
реферат , добавлен 07.03.2011
Аэрокосмические методы исследования природной среды, представление о линеаментах и их изучение, анализ картографических материалов. Прогнозирования тектонически-опасных территорий и значение очагов землетрясений, искусственные взрывные землетрясения.
Не проходит и года, чтобы где-то не случилось катастрофическое землетрясение с тотальными разрушениями и человеческими жертвами, количество которых может достигать десятков и сотен тысяч. А тут ещё цунами - аномально высокие волны, возникающие в океанах после землетрясений и смывающие на низких берегах посёлки и города вместе с жителями. Эти катастрофы всегда неожиданны, пугают их внезапность и непредсказуемость. Неужели современная наука не в состоянии предвидеть подобные катаклизмы? Ведь предсказывают же ураганы, торнадо, изменения погоды, наводнения, магнитные бури, даже извержения вулканов, а с землетрясениями - полный провал. И общество зачастую считает, что виноваты учёные. Так, в Италии попали под суд шестеро геофизиков и сейсмологов, которые в 2009 году не смогли предсказать землетрясение в Аквиле, унёсшее жизни 300 человек.
Казалось бы, имеется много разных инструментальных методов, приборов, фиксирующих малейшие деформации земной коры. А прогноз землетрясения не удаётся. Так в чём же дело? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим сначала, что же представляет собой землетрясение.
Самая верхняя оболочка Земли - литосфера, состоящая из твёрдой земной коры мощностью от 5–10 км в океанах и до 70 км под горными массивами, - подразделяется на ряд плит, называемых литосферными. Ниже располагается также твёрдая верхняя мантия, точнее, её верхняя часть. Эти геосферы состоят из различных горных пород, обладающих высокой твёрдостью. Но в толще верхней мантии на разных глубинах размещается слой, названный астеносферным (от греческого астенос - слабый), имеющий меньшую вязкость по сравнению с выше- и нижележащими породами мантии. Предполагается, что астеносфера является той «смазкой», по которой могут перемещаться литосферные плиты и части верхней мантии.
Во время движения плѝты в одних местах сталкиваются, образуя огромные горно-складчатые цепи, в других, наоборот, раскалываются с образованием океанов, кора которых тяжелее коры континентов и способна погружаться под них. Эти взаимодействия плит вызывают колоссальные напряжения в горных породах, сжимая или, наоборот, растягивая их. Когда напряжения превышают предел прочности горных пород, происходит их очень быстрое, практически мгновенное, смещение, разрыв. Момент этого смещения и представляет собой землетрясение. Если мы хотим его предсказать, то должны дать прогноз места, времени и возможной силы.
Любое землетрясение представляет собой процесс, идущий с некоторой конечной скоростью, с образованием и обновлением множества разномасштабных разрывов, вспарыванием каждого из них с высвобождением и перераспределением энергии. При этом надо чётко понимать, что горные породы представляют собой не сплошной однородный массив. В нём есть трещины, структурно ослабленные зоны, которые значительно понижают его суммарную прочность.
Скорость распространения разрыва или разрывов достигает нескольких километров в секунду, процесс разрушения охватывает некоторый объём пород - очаг землетрясения. Его центр называется гипоцентром, а проекция на поверхность Земли - эпицентром землетрясения. Гипоцентры располагаются на разных глубинах. Наиболее глубокие - до 700 км, но чаще гораздо меньше.
Интенсивность, или сила, землетрясений, которая так важна для прогнозирования, характеризуется в баллах (мера разрушения) по шкале MSK-64: от 1 до 12, а также магнитудой М - безразмерной величиной, предложенной профессором Калифорнийского технологического института Ч. Ф. Рихтером, которая отражает количество высвобожденной общей энергии упругих колебаний.
Что такое прогноз?
Чтобы оценить возможность и практическую пользу прогноза землетрясений, нужно чётко определить, каким требованиям он должен отвечать. Это не угадывание, не тривиальное предсказание заведомо регулярных событий. Прогноз определяется как научно обоснованное суждение о месте, времени и состоянии явления, закономерности возникновения, распространения и изменения которого неизвестны или неясны.
Принципиальная прогнозируемость сейсмических катастроф долгие годы никаких сомнений не вызывала. Вера в безграничный предсказательный потенциал науки подкреплялась, казалось бы, вполне убедительными доводами. Сейсмические события с выделением огромной энергии не могут происходить в недрах Земли без подготовки. Она должна включать определённые перестройки структуры и геофизических полей, тем большие, чем интенсивней ожидаемое землетрясение. Проявления таких перестроек - аномальные изменения тех или иных параметров геологической среды - выявляются методами геолого-геофизического и геодезического мониторинга. Задача, следовательно, состояла в том, чтобы, располагая необходимыми методиками и аппаратурой, вовремя зафиксировать возникновение и развитие таких аномалий.
Однако оказалось, что даже в районах, где ведутся непрерывные тщательные наблюдения - в Калифорнии (США), Японии, - сильнейшие землетрясения всякий раз случаются неожиданно. Получить надёжный и точный прогноз эмпирическим путём не удаётся. Причину этого видели в недостаточной изученности механизма исследуемого процесса.
Таким образом, сейсмический процесс априори считался в принципе прогнозируемым, если механизмы, фактические данные и необходимые методики, неясные или недостаточные сегодня, будут поняты, пополнены и усовершенствованы в будущем. Каких-либо принципиально непреодолимых препятствий прогнозированию нет. Унаследованные от классической науки постулаты безграничных возможностей научного познания, предсказания интересующих нас процессов были до относительно недавнего времени исходными принципами любого естественно-научного исследования. А как эта проблема понимается сейчас?
Достаточно очевидно, что даже без специальных исследований можно уверенно «прогнозировать», например, в высокосейсмичной зоне перехода от азиатского континента к Тихому океану в ближайшие 1000 лет сильное землетрясение. Столь же «обоснованно» можно утверждать, что в районе острова Итуруп Курильской гряды завтра в 14:00 по московскому времени произойдёт землетрясение с магнитудой 5,5. Но цена таким прогнозам - ломаный грош. Первый из прогнозов вполне достоверен, но никому не нужен ввиду его крайне малой точности; второй достаточно точен, но также бесполезен, ибо его достоверность близка к нулю.
Из этого ясно, что: а) при любом определённом уровне изученности повышение достоверности прогноза влечёт за собой снижение его точности, и наоборот; б) при недостаточной точности прогноза каких-либо двух параметров (например, места и магнитуды землетрясения) даже точное предсказание третьего параметра (времени) теряет практический смысл.
Таким образом, главная задача и главная трудность прогнозирования землетрясения в том, чтобы предсказания его места, времени и энергии или интенсивности удовлетворяли бы требованиям практики одновременно и по точности, и по достоверности. Однако сами эти требования различны в зависимости не только от достигнутого уровня знаний о землетрясениях, но и от конкретных целей прогнозирования, которым отвечают разные типы прогноза. Принято выделять:
- сейсморайонирование (оценки сейсмичности на десятилетия - столетия);
- прогнозы: долгосрочный (на годы - десятилетия), среднесрочный (на месяцы - годы), краткосрочный (по времени 2–3 суток - часы, по месту 30–50 км) и иногда оперативный (на часы - минуты).
Особенно актуален краткосрочный прогноз: именно он - основание для конкретных предупреждений о предстоящей катастрофе и для неотложных действий по уменьшению ущерба от неё. Цена ошибок здесь очень велика. А ошибки эти бывают двух типов:
- «Ложная тревога», когда после принятия всех мер для минимизации количества людских жертв и материальных потерь предсказанное сильное землетрясение не происходит.
- «Пропуск цели», когда состоявшееся землетрясение не было предсказано. Такие ошибки чрезвычайно часты: практически все катастрофические землетрясения оказываются неожиданными.
В первом случае ущерб от нарушения ритма жизни и работы тысяч людей может быть очень большим, во втором - последствия чреваты не только материальными потерями, но и человеческими жертвами. В обоих случаях моральная ответственность сейсмологов за неверный прогноз очень велика. Это заставляет их быть предельно осторожными при выдаче (или невыдаче) властям официальных предупреждений о предстоящей опасности. В свою очередь власти, осознавая огромные трудности и тяжёлые последствия остановки функционирования плотно заселённого района или крупного города хотя бы на день-другой, отнюдь не спешат следовать рекомендациям многочисленных «самодеятельных» неофициальных прогнозистов, декларирующих 90%-ную и даже 100%-ную достоверность своих предсказаний.
Дорогая цена незнания
Между тем непредсказуемость геокатастроф обходится человечеству очень дорого. Как отмечает, например, российский сейсмолог А. Д. Завьялов, с 1965 по 1999 год землетрясения составляли 13% от общего числа природных катастроф в мире. С 1900 по 1999 год произошло 2000 землетрясений с магнитудой более 7. В 65 из них М была выше 8. Людские потери от землетрясений в XX веке составили 1,4 млн человек. Из них на последние 30 лет, когда количество жертв стали подсчитывать более точно, пришлось 987 тыс. человек, то есть 32,9 тыс. человек в год. Среди всех природных катастроф землетрясения стоят на третьем месте по количеству смертных случаев (17% от общего числа погибших). В России, на 25% её площади, где расположены около 3000 городов и посёлков, 100 крупных гидро- и тепловых электростанций, пять АЭС, возможны сейсмические сотрясения с интенсивностью 7 и более. Сильнейшие землетрясения в ХХ столетии происходили на Камчатке (4 ноября 1952 года, М = 9,0), на Алеутских островах (9 марта 1957 года, М = 9,1), в Чили (22 мая 1960 года, М = 9,5), на Аляске (28 марта 1964 года, М = 9,2).
Впечатляет перечень сильнейших землетрясений в недавние годы.
2004 год, 26 декабря. Суматро-Андаманское землетрясение, М = 9,3. Сильнейший афтершок (повторный толчок) с М = 7,5 возник спустя 3 ч 22 мин после главного удара. За первые сутки после него зарегистрировано около 220 новых землетрясений с М > 4,6. Цунами обрушилось на побережья Шри-Ланки, Индии, Индонезии, Таиланда, Малайзии; погибли 230 тыс. человек. Спустя три месяца возник афтершок с М = 8,6.
2005 год, 28 марта. Остров Ниас, в трёх километрах от Суматры, землетрясение с М = 8,2. Погибли 1300 человек.
2005 год, 8 октября. Пакистан, землетрясение с М = 7,6; погибли 73 тыс. человек, более трёх миллионов остались без крова.
2006 год, 27 мая. Остров Ява, землетрясение с М = 6,2; погибли 6618 человек, 647 тыс. остались без крова.
2008 год, 12 мая. Провинция Сычуань, Китай, в 92 км от г. Ченду, землетрясение М = 7,9; погибли 87 тыс. человек, 370 тыс. ранены, 5 миллионов остались без крова.
2009 год, 6 апреля. Италия, землетрясение с М = 5,8 близ исторического г. Аквила; жертвами стали 300 человек, ранены 1,5 тыс., более 50 тыс. остались без крова.
2010 год, 12 января. Остров Гаити, в нескольких милях от побережья два землетрясения с М = 7,0 и 5,9 в течение нескольких минут. Погибли около 220 тыс. человек.
2011 год, 11 марта. Япония, два землетрясения: М = 9,0, эпицентр в 373 км к северо-востоку от Токио; М = 7,1, эпицентр в 505 км к северо-востоку от Токио. Катастрофическое цунами, погибли более 13 тыс. человек, 15,5 тыс. пропали без вести, разрушение АЭС. Спустя 30 мин после главного толчка - афтершок с М = 7,9, затем ещё один толчок с М = 7,7. За первые сутки после землетрясения зарегистрировано около 160 толчков с магнитудами от 4,6 до 7,1, из них 22 толчка с М > 6. За вторые сутки количество зарегистрированных афтершоков с М > 4,6 составило около 130 (из них 7 афтершоков с М > 6,0). За третьи сутки это число снизилось до 86 (в том числе один толчок с М = 6,0). На 28-е сутки произошло землетрясение с М = 7,1. К 12 апреля было зарегистрировано 940 афтершоков с М > 4,6. Эпицентры повторных толчков покрыли область протяжённостью около 650 км, в поперечнике около 350 км.
Все, без исключений, перечисленные события оказывались неожиданными или «предсказанными» не настолько определённо и точно, чтобы можно было принять конкретные меры безопасности. Между тем утверждения о возможности и даже многократных реализациях надёжного краткосрочного прогноза конкретных землетрясений нередки как на страницах научных изданий, так и в интернете.
История двух прогнозов
В районе города Хайчэн, провинция Ляонин (Китай), в начале 70-х годов прошлого столетия неоднократно отмечались признаки возможного сильного землетрясения: изменения наклонов земной поверхности, геомагнитного поля, электросопротивления грунтов, уровня воды в колодцах, поведения животных. В январе 1975 года было объявлено о предстоящей опасности. К началу февраля внезапно поднялся уровень воды в колодцах, сильно возросло число слабых землетрясений. К вечеру 3 февраля власти были уведомлены сейсмологами о близкой катастрофе. На следующее утро произошло землетрясение с магнитудой 4,7. В 14:00 было объявлено о вероятности ещё более сильного удара. Жители покинули дома, были приняты меры безопасности. В 19:36 мощный толчок (М = 7,3) вызвал обширные разрушения, но жертв оказалось немного.
Это единственный пример удивительно точного по времени, месту и (приблизительно) по интенсивности краткосрочного прогноза разрушительного землетрясения. Однако иные, очень немногие оправдавшиеся прогнозы были недостаточно определёнными. Главное же - число как непредсказанных реальных событий, так и ложных тревог оставалось чрезвычайно большим. Это означало, что надёжного алгоритма устойчивого и точного предсказания сейсмокатастроф нет, а хайчэнский прогноз - скорее всего, лишь необычайно удачное стечение обстоятельств. Так, чуть больше года спустя, в июле 1976-го, в 200–300 км к востоку от Пекина произошло землетрясение с M = 7,9. Был полностью разрушен г. Таншань, погибли 250 тыс. человек. Определённых предвестников катастрофы не наблюдалось, тревога не объявлялась.
После этого, а также после неудачи многолетнего эксперимента по прогнозу землетрясения в Паркфилде (США, штат Калифорния) в середине 80-х годов прошлого века возобладало скептическое отношение к перспективам решения проблемы. Это нашло отражение в большинстве докладов на совещании «Оценка проектов по прогнозу землетрясений» в Лондоне (1996 г.), проведённом Королевским астрономическим обществом и Объединённой ассоциацией геофизики, а также в дискуссии сейсмологов разных стран на страницах журнала "Nature" (февраль - апрель 1999 года).
Значительно позже Таншаньского землетрясения российский учёный А. А. Любушин, анализируя данные геофизического мониторинга тех лет, смог выявить аномалию, предшествовавшую этому событию (на верхнем графике рис. 1 оно выделено правой вертикальной линией). Соответствующая этой катастрофе аномалия присутствует и на нижнем, модифицированном, графике сигнала. На обоих графиках имеются и другие аномалии, ненамного уступающие упомянутой, однако не совпавшие с какими-либо землетрясениями. Но никакого предвестника Хайчэнского землетрясения (левая вертикальная линия) первоначально найдено не было; аномалия выявилась только после модификации графика (рис. 1, внизу). Таким образом, хотя выявить предвестники Таншаньского и в меньшей степени Хайчэнского землетрясений в данном случае апостериори удалось, надёжного прогнозного выделения признаков будущих разрушительных событий найдено не было.
В наши дни, анализируя результаты длительных, с 1997 года, непрерывных записей микросейсмического фона на Японских островах, А. Любушин обнаружил, что ещё за полгода до сильного землетрясения на о. Хоккайдо (М = 8,3; 25 сентября 2003 года) произошло уменьшение среднего по времени значения сигнала-предвестника, после чего сигнал не вернулся к прежнему уровню и стабилизировался на низких значениях. Это с середины 2002 года сопровождалось увеличением синхронизации значений данного признака по разным станциям. Такая синхронизация с позиций теории катастроф - признак приближающегося перехода исследуемой системы в качественно новое состояние, в данном случае - указание на предстоящее бедствие. Эти и последующие результаты обработки имевшихся данных привели к предположению, что событие на о. Хоккайдо, хотя и сильное, всего лишь форшок ещё более мощной предстоящей катастрофы. Так, на рис. 2 видны две аномалии поведения сигнала-предвестника - острые минимумы в 2002 и 2009 годах. Поскольку после первого из них последовало землетрясение 25 сентября 2003 года, то второй минимум мог быть предвестником ещё более мощного события с М = 8,5–9. Его место указывалось как «Японские о-ва»; более точно оно было определено ретроспективно, постфактум. Время события прогнозировалось вначале (апрель 2010 года) на июль 2010 года, затем - от июля 2010 года на неопределённый период, что исключало возможность объявления тревоги. Произошло оно 11 марта 2011 года, причём, судя по рис. 2, его можно было ожидать и раньше, и позже.
Данный прогноз относится к среднесрочным, которые бывали успешными и прежде. Краткосрочные же удачные прогнозы всегда единичны: найти какой-либо устойчиво эффективный набор предвестников не удавалось. И сейчас нет способов заранее узнать, в каких ситуациях будут эффективны те же предвестники, что и в прогнозе А. Любушина.
Уроки прошлого, сомнения и надежды на будущее
Каково же современное состояние проблемы краткосрочного сейсмопрогнозирования? Разброс мнений очень велик.
В последние 50 лет попытки прогноза места и времени сильных землетрясений за несколько суток были безуспешны. Выделить предвестники конкретных землетрясений не удалось. Локальные возмущения различных параметров среды не могут быть предвестниками отдельных землетрясений. Не исключено, что краткосрочный прогноз с нужной точностью вообще нереален.
В сентябре 2012 года, в ходе 33-й Генеральной ассамблеи Европейской сейсмологической комиссии (Москва), генеральный секретарь Международной ассоциации сейсмологии и физики недр Земли П. Сухадолк признал, что в ближайшее время прорывных решений в сейсмологии не ожидается. Отмечалось, что ни один из более 600 известных предвестников и никакой их набор не гарантируют предсказания землетрясений, которые бывают и без предвестников. Уверенно указать место, время, мощность катаклизма не удаётся. Надежды возлагаются лишь на предсказания там, где сильные землетрясения происходят с некоторой периодичностью.
Так возможно ли в будущем повысить одновременно точность и достоверность прогноза? Прежде чем искать ответ, следует понять: а почему, собственно, землетрясения должны быть прогнозируемы? Традиционно полагают, что любое явление прогнозируемо, если достаточно полно, подробно и точно изучены уже происшедшие подобные события, и прогнозирование можно строить по аналогии. Но будущие события происходят в условиях, не тождественных прежним, и поэтому непременно в чём-то от них отличаются. Такой подход может быть эффективен, если, как подразумевается, отличия в условиях зарождения и развития исследуемого процесса в разных местах, в разное время невелики и меняют его результат пропорционально величине таких отличий, то есть также незначительно. При неоднократности, случайности и разнозначности подобных отклонений они существенно взаимокомпенсируются, позволяя получать в итоге не абсолютно точный, но статистически приемлемый прогноз. Однако возможность такой предсказуемости в конце XX века была поставлена под сомнение.
Маятник и песчаная куча
Известно, что поведение множества природных систем достаточно удовлетворительно описывается нелинейными дифференциальными уравнениями. Но их решения в некоторой критической точке эволюции становятся неустойчивыми, неоднозначными - теоретическая траектория развития разветвляется. Та или иная из ветвей непредсказуемо реализуется под действием одной из множества малых случайных флуктуаций, всегда происходящих в любой системе. Предсказать выбор можно было бы лишь при точном знании начальных условий. Но к их малейшим изменениям нелинейные системы весьма чувствительны. Из-за этого выбор пути последовательно всего в двух-трёх точках ветвления (бифуркации) приводит к тому, что поведение решений вполне детерминистических уравнений оказывается хаотическим. Это выражается - даже при плавном увеличении значений какого-либо параметра, например давления, - в самоорганизации коллективных нерегулярных, скачкообразно перестраивающихся перемещений и деформаций элементов системы и их агрегаций. Такой режим, парадоксально сочетающий детерминированность и хаотичность и определяемый как детерминистский хаос, отличный от полной разупорядоченности, отнюдь не исключителен, и не только в природе. Приведём простейшие примеры.
Сжимая строго по продольной оси гибкую линейку, мы не сможем предсказать, в какую сторону она изогнётся. Качнув маятник без трения настолько сильно, чтобы он достиг точки верхнего, неустойчивого положения равновесия, но не более, мы не сможем предсказать, пойдёт ли маятник вспять или сделает полный оборот. Посылая один бильярдный шар в направлении другого, мы приблизительно предвидим траекторию последнего, но после его столкновений с третьим, а тем более с четвёртым шаром наши прогнозы окажутся очень неточными и неустойчивыми. Наращивая равномерной подсыпкой кучу песка, при достижении некоторого критического угла её склона увидим, наряду со скатыванием отдельных песчинок, непредсказуемые лавинообразные обрушения спонтанно возникающих агрегаций зёрен. Таково детерминированно-хаотическое поведение системы в состоянии самоорганизованной критичности. Закономерности механического поведения отдельных песчинок дополняются здесь качественно новыми особенностями, обусловленными внутренними связями совокупности песчинок как системы.
Принципиально похоже формируется разрывная структура породных массивов - от начального рассредоточенного микрорастрескивания к разрастанию отдельных трещин, затем - к их взаимодействиям и взаимосочленениям. Опережающее разрастание какого-то одного, заранее непредсказуемого нарушения среди конкурирующих превращает его в магистральный сейсмогенный разрыв. В этом процессе каждый единичный акт образования разрыва вызывает непрогнозируемые перестройки структуры и напряжённого состояния в массиве.
В приведённых и других подобных примерах не прогнозируемы ни конечный, ни промежуточные результаты нелинейной эволюции, определённой начальными условиями. Связано это не с воздействием множества трудно учитываемых факторов, не с незнанием законов механического движения, а с невозможностью оценить начальные условия абсолютно точно. В этих обстоятельствах даже малейшие их различия быстро разводят исходно близкие траектории развития сколь угодно далеко.
Традиционная стратегия прогнозирования катастроф сводится к выявлению отчётливой аномалии-предвестника, порождённой, например, концентрацией напряжений у окончаний, изломов, взаимопересечений разрывов. Чтобы стать достоверным признаком приближающегося толчка, такая аномалия должна быть единичной и контрастно выделяющейся на окружающем фоне. Но реальная геосреда устроена по-другому. Под нагрузкой она ведёт себя как грубо- и самоподобно-блочная (фрактальная). Это означает, что блок любого масштабного уровня вмещает относительно немного блоков меньших размеров, а каждый из них - столько же ещё меньших и т. д. В такой структуре не может быть чётко обособленных аномалий на однородном фоне, в ней присутствуют неконтрастно различающиеся макро-, мезо- и микроаномалии.
Это делает бесперспективной традиционную тактику решения проблемы. Отслеживание подготовки сейсмокатастроф одновременно в нескольких относительно близких по потенциальной опасности очагах снижает вероятность пропуска события, но в то же время повышает вероятность ложной тревоги, поскольку наблюдаемые аномалии не единичны и не контрастны на окружающем пространстве. Можно предвидеть детерминированно-хаотический характер нелинейного процесса в целом, отдельных его стадий, сценариев перехода от стадии к стадии. Но требуемые надёжность и точность краткосрочных прогнозов конкретных событий остаются недостижимыми. Давняя и почти всеобщая убеждённость в том, что любая непредсказуемость - лишь следствие недостаточной изученности и что при более полном и детальном изучении сложная, хаотичная картина непременно сменится более простой, а прогноз станет надёжным, оказалась иллюзией.
Профессор Эльчин Халилов - Президент Глобальной Сети Прогнозирования Землетрясений GNFE (UK) и Председатель Международного Комитета GEOCHANGE (Germany), представил прогноз сейсмической активности мира до 2026 года от имени вышеуказанных организаций.
Эльчин Нусратович, что нас ожидает в 2017 году и последующие годы с точки зрения возможности сильных землетрясений?
Прежде всего, я хотел бы дать краткий анализ того, что происходило в предыдущий период, а затем перейти к прогнозу на будущее. Среднесрочный прогноз сейсмической активности мира предоставляется впервые после прогнозов представленных в первом докладе Международного Комитета по Глобальным Изменениям Геологической и Окружающей Среды GEOCHANGE. Этот доклад имел большой общественный резонанс в мире. Напомню, что он был послан Генеральному Секретарю ООН, в Еврокомиссию, в Организацию Исламского Сотрудничества, ЮНЕСКО и другие авторитетные международные организации, а также всем главам государств. В 200 - страничном докладе впервые, на общественный суд, был представлен комплексный и детальный анализ глобальных изменений в геологической и окружающей среде за последние 120 лет.
Что говорилось в докладе GEOCHANGE?
Было показано, что начиная с 1998 года общий прямолинейный тренд постепенного повышения активности всех стихийных бедствий резко изменил свой характер и стал нарастать по экспоненте. Этот процесс сопровождался выбросом гигантской эндогенной энергии Земли и серьезными изменениями в окружающем нашу планету космическом пространстве. В частности, это касается магнитосферы - магнитной оболочки Земли, предохраняющей атмосферу и поверхность от воздействия потоков космических частиц высоких энергий и жесткого космического волнового излучения.
Так вот, северный магнитный полюс Земли, который до этого колебался со скоростью 10 км в год, стал двигаться в сторону Западной Сибири с огромной скоростью, порой достигающей 70-80 км в год. Более того, комплексные геофизические станции ATROPATENA, размещенные в: Индонезии, Пакистане, Азербайджане, на Украине и в Турции, зарегистрировали мощнейшие аномалии гравитационного поля на уровне ядра Земли, что может свидетельствовать о выбросе гигантской энергии в ядре, ставшей основной причиной резкого возрастания сейсмической и вулканической активности Земли, числа сильных цунами, торнадо, штормов и ураганов, гигантских провалов в верхних слоях Земли, наводнений, оползней и других стихийных бедствий и природных явлений.
Стали регистрироваться по всей планете необычные низкочастотные звуки, которые исходили из верхних слоев атмосферы. Результаты исследований GNFE с помощью специальных инфразвуковых регистраторов показали, что эти звуки могут являться результатом воздействия на ионосферу акустико-гравитационных волн, возникающих под воздействием мощных солнечных вспышек и последующего солнечного ветра, а также до и после сильных землетрясений и извержений вулканов.
С чем связано такое «нестандартное» поведение нашей планеты?
В период с 1998 года до 2012 год включительно, мы наблюдали пиковые значения подавляющего большинства стихийных бедствий, затем общая геодинамическая, атмосферная и солнечная активность пошли на спад, что и следовало ожидать согласно теории о глобальной цикличности природных процессов. На самом деле это поведение планеты можно назвать стандартным, просто людям свойственно быстро забывать о различных природных катаклизмах и переключаться на насущные бытовые проблемы и вспоминать о них, когда они вновь проявляют себя.
Кстати, тот факт, что все природные процессы, в частности, геодинамические связаны друг с другом и на них огромное влияние оказывают различные космические факторы: солнечная активность, расположения планет Солнечной системы, положение Земли на орбите, положение Солнечной системы на Галактической орбите и т.д., был детально исследован и описан в фундаментальной монографии - Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: ее возможная природа (МГУ им. Ломоносова, Москва, 2008 г.), которую можно бесплатно скачать на сайте:
Таким образом, как видно из представленных графиков, в настоящее время сейсмическая активность Земли переживает глубокий минимум, что выражено в резком снижении числа сильных землетрясений. Такой глубокий минимум и относительно большой период сейсмического затишья свидетельствуют о накоплении в недрах Земли гигантской тектонической энергии, которая скоро вырвется на поверхность. Используя математический аппарат по выявлению скрытых периодичностей, в том числе путем спектрального анализа, а также другие методики - тренд анализ, теорию резонанса, нами сделана попытка дать очередной среднесрочный прогноз сейсмической активности Земли до 2026 года.
Как видно на прогнозных графиках сейсмической активности Земли, очередной пик сейсмической активности для землетрясений с магнитудой М от 6.0 до 6.9 приходится на 2017 - 2026 годы с максимальным значением в 2018 - 2023 годах.
Для землетрясений с М от 7.0 до 7.9 высокие значения сейсмической активности будут наблюдаться в 2016 - 2023 годах с максимальным значением в 2018 - 2021 годах.
Для катастрофических землетрясений с М ≥ 8 высокий уровень ожидается в 2017 - 2025 годах с максимальными значениями в 2018 - 2021 годах.
ЭФФЕКТ НАТЯНУТОЙ ТЕТИВЫ
Каким образом делается среднесрочный и долго срочный прогноз сейсмической активности на основании изучения цикличности?
Существует сложный математический аппарат, на котором базируются данные исследования. Прежде всего, это методы анализа применяемые в математической статистике, в частности, выявление скрытой периодичности путем линейных преобразований, тренд анализ, спектральный анализ и другие. Нами были разработаны специальные методы анализа цикличности сейсмической и вулканической активности и их последующего прогноза. Эти методы описаны в фундаментальной монографии (Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессор: ее возможная природа. МГУ им. М.В. Ломоносова. Москва, Научный Мир, 2009, 520 с.).
Я хотел бы в более популярной форме изложить основные принципы, которые берутся нами за основу среднесрочного и долгосрочного прогноза циклов сейсмической активности. Прежде всего, это понимание принципа сохранения энергии. Цикличность любого процесса - это неравномерное перераспределение выделения энергии в виде периодических импульсов (циклов). Между тем, общий средний поток выделяемой энергии остается неизменным. То есть, если мы наблюдаем очень интенсивный импульс выделившейся сейсмической энергии с большой амплитудой и периодом, то после него обычно следует глубокий минимум выделения энергии. Эта закономерность наблюдается на протяжении всей истории геологического развития Земли. В то же время, чем более глубокий минимум сейсмической активности и более длительный период сейсмического затишья, тем более высокая амплитуда последующего цикла сейсмической активности.
Для аналогии, мы можем сравнить этот процесс с натянутой тетивой. Чем сильнее лучник натягивает тетиву, тем больше времени и энергии затрачивается на ее натяжение. Естественно, тем больше выделяется кинетической энергии при отпускании тетивы и, тем дальше летит стрела. Примерно, то же самое происходит и процессом накопления и разрядки сейсмической энергии. Эта аналогия продемонстрирована на конкретном примере графика среднесрочного прогноза сейсмической активности для землетрясений с магнитудой М ≥ 8. На рисунке видно, что последнему прогнозируемому четвертому циклу сейсмической активности предшествует очень глубокий минимум сейсмической активности, приходящийся на 2014-2015 годы и длительный период сейсмического затишья.
Основываясь на этих принципах дается прогноз ожидаемого очень интенсивного цикла сейсмической активности с большой амплитудой и максимальной вероятностью катастрофических землетрясений в период 2017 - 2025 годов. Что касается территорий, где ожидаются сильные и катастрофические землетрясения, то они хорошо известны сейсмологам. На первом месте по степени и масштабам сейсмического риска находится так называемое «Тихоокеанское Огненное кольцо» (ТОК). Ниже приводится карта с изображением территории «ТОК». В Тихоокеанском огненном кольце произошли около 90 % всех мировых землетрясений и 80 % самых мощных из них.
Вторая по мощности сейсмическая зона (5-6 % землетрясений и 17 % самых мощных землетрясений мира) - это Альпийско-Гималайский складчатый поясА, который начинается около Явы и Суматры, идет через Гималаи и Средиземноморье до Атлантического океана.
Третья по выделяемой энергии зона землетрясений - это Срединно-Атлантический хребет.
Что касается других видов стихийных бедствий - извержений вулканов, цунами и т.д., то эти данные будут представлены несколько позже.
Большое спасибо за актуальное интервью.
Пресс служба GNFE
www.seismonet.com
в этом видео известный ученый-сейсмолог профессор Эль чин Халилов озвучил результаты исследований сейсмической активности за последние десятилетия, а также прогнозы землетрясений на ближайшее время.
В 1998 году произошло некое изменение, некий скачек в геологической среде, мощный выброс энергии. Именно с этого момента начались очень многие изменения в окружающей среде. Что произошло в 1998 году?
2016 год был переломным в отношении сейсмической активности. В ближайшие годы, начиная с 2017, стоит ожидать рост числа землетрясений и силы подземных толчков по всему миру.
На 2019 - 2022 годы согласно прогнозу Эльчина Халилова приходятся пики числа землетрясений с магнитудой более 8.
Проблемы связанные с глобальными катаклизмами, по мнению ученого, несопоставимы по масштабам с тем, чему человечество сегодня уделяет свое внимание. Люди только объединившись смогут противостоять грядущим,волнующим нас событиям.
Тщательный анализ всех имеющихся данных позволяет предвидеть, в каких районах и с какой силой могут проявляться землетрясения в будущем. В этом сущность проблемы сейсмического районирования России, на основании которого составляются специальные инструкции и правила, регулирующие сейсмостойкое строительство. Сохранение зданий от разрушений при подземных толчках обеспечивается высоким качеством строительства, укреплением стен поэтажными железобетонными поясами, ограничением этажности, упрощением плана здания с приближением его к изометрическим формам, ликвидацией выступов, балконов, парапетов и др.
Карта сейсмического районирования, составленная Геофизическим институтом Академии наук РФ, одобрена Советом по сейсмологии при Президиуме Академии наук РФ и утверждена Правительством РФ в качестве официального документа, по которому устанавливается исходная цифра сейсмической балльности (т.е. силы вероятных землетрясений) для всех населенных пунктов сейсмических районов РФ. Согласно этой карте, различные сейсмические зоны занимают соответствующие площади.
В дальнейшем исследования направляются на уточнение имеющейся карты сейсмического районирования, разработку методов сейсмического районирования, изучение влияния местных геологических условий на сейсмический эффект, тщательное и глубокое изучение геологических условий возникновения землетрясений. Все это требует широкого развития сейсмической службы и дальнейшей разработки методов интерпретации сейсмических наблюдений. Конечная задача подобных исследований состоит в решении проблемы прогноза, т. е. определения более точного момента, времени и места возможного землетрясения.
Проблема прогноза землетрясений состоит в последовательном уточнении места и времени, в пределах которых следует ожидать разрушительные землетрясения той или иной энергии.
Различают несколько стадий прогноза:
на годы (долгосрочный прогноз);
на месяцы (среднесрочный прогноз);
на неделю и меньше (краткосрочный прогноз);
на дни и часы (непосредственный прогноз).
На территории страны развернута Единая система сейсмических наблюдений (ЕССН), включающая сеть сейсмических станций, расположенных в разных точках страны, и вычислительные обрабатывающие центры. На сейсмической станции производятся регистрация сейсмического волнового поля, определение характеристик сейсмического сигнала: время поступления, тип сейсмической волны, максимальная амплитуда в микрометрах (мкм) и соответствующий ей период. Эти данные передаются в вычислительно-обрабатывающий центр по различным каналам связи. В вычислительном центре производится определение характеристик очага землетрясения: координаты эпицентра, глубина, магнитуда, время начала землетрясения. Помимо сейсмической сети станций развернута сеть станций наблюдения за изменениями геомагнитного поля Земли, которые являются предвестниками землетрясений. Такая сеть станций сейсмических наблюдений предназначена, в основном, для определения долгосрочного прогноза.
На территории Российской Федерации и бывших союзных республик работает Среднеазиатский региональный центр прогноза землетрясений, созданный на базе Института сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН Таджикистана. Действует Кавказский региональный центр прогноза землетрясений в Тбилиси. Проводятся исследования в территориальном центре прогноза на Камчатке. Главная цель проводимых исследований - осуществление долгосрочных прогнозов.
Со среднесрочным прогнозом дело обстоит сложнее. Здесь счет идет уже на недели, для передачи и обработки данных дорог каждый день, и поэтому необходима автоматизированная система прогноза землетрясений. Элементы такой системы имеются в ряде регионов нашей страны.
С краткосрочным прогнозом положение тяжелое. Счет в таком прогнозе идет на дни и часы. Передачу данных надо вести в реальном времени. Это значит, что данные регистрации должны поступать в центр прогноза прямо после их получения на наблюдательных пунктах. Пункты расположены в различных труднодоступных местах, связи, как правило, нет. Единственный путь - связь через искусственные спутники Земли. В настоящее время системы краткосрочного прогноза в нашей стране и за рубежом еще не созданы. Однако технические средства для создания подобной системы имеются.
Отсутствует также в нашей стране и за рубежом система осуществления непосредственного прогноза.
Методы прогноза землетрясений основываются на наблюдении аномалий геофизических полей, измерении значений этих аномалий и обработке полученных данных. Соответственно различают несколько методов прогноза землетрясений.
Метод оценки сейсмической активности. Месторасположение и число толчков различной магнитуды могут служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Часто сильное землетрясение сопровождается большим числом слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требуют большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных.
Метод измерения движения земной коры. Географические съемки с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (изменения формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится точная съемка с помощью лазерных источников света. Съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому такие измерения производят один раз в несколько лет.
Метод выявления опускания и поднятия участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или море, мореографов в море. Поднятие и опускание участков земной коры может свидетельствовать о возможности сильного землетрясения.
Метод измерения наклонов земной поверхности. Для измерения вариаций угла наклона земной поверхности используются специальные приборы - наклономеры. Сеть наклономеров обычно устанавливают около разломов на глубине 1-2 м и ниже поверхности земли. Измерения на этой сети указывают на выразительные изменения наклонов незадолго до возникновения землетрясений.
Метод измерения деформации горных пород. Для измерения деформаций горных пород бурят скважину и устанавливают в ней деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек.
Метод определения уровня воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясением часто повышается или понижается, по-видимому, из-за изменений напряженного состояния горных пород. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других - ниже.
Метод оценки изменения скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и других физических характеристик. При землетрясениях образуются различные типы сейсмических волн. Наибольший интерес среди этих волн представляют продольная и поперечная волны. Перед сильным землетрясением наблюдается резкое уменьшение отношения скоростей продольных и поперечных волн, что может явиться признаком, подтверждающим возможность землетрясения.
Метод регистрации изменения геомагнитного поля. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля используют специальные приборы - магнитометры.
Метод регистрации изменения земного электросопротивления. Одной из причин изменения электросопротивления горных пород может явиться изменение напряженности горных пород и содержания воды в земле, что, в свою очередь, может быть связано с возможностью возникновения землетрясения. Измерения электросопротивления проводят с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.
Метод определения содержания радона в подземных водах. Радон - это радиоактивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Период полураспада его равен 38 суткам. Радон постоянно выделяется из земли в атмосферу. Перед землетрясением происходит резкое изменение количества радона, выделяющегося из воды глубоких скважин.
Метод наблюдения за необычным поведением животных, птиц, рыб. Теоретические основы этого метода еще не разработаны. Необычное поведение многих живых существ объясняется тем, что они гораздо более чувствительны к звукам и вибрациям, чем человек.
Для принятия решения по ликвидации последствий землетрясений необходимо умение оценить эти последствия.
Существует несколько способов оценки последствий землетрясений . Основу этих способов составляют использование карт сейсмического районирования, на которых выявлены очаги будущих землетрясений, построение для этих очагов моделей изосейст (т. е. линий равной балльности) и оценка вероятностей разрушения зданий различных типов, попадающих в область действия землетрясения.
Оценку последствий землетрясений для данного региона представляют в виде суммарного от ущерба всех землетрясений в течение заданного интервала времени. Методика получения данных оценок разработана в ИФЗ АН РФ. Данные оценки получены в виде величин сейсмического риска за интервал времени 20-25 лет. Эта методика основана на том, что землетрясения представляют собой случайный поток Пуассона, и не учитывает ущерб от повторных толчков (афтершоков). Полученные оценки представляют интерес для долгосрочного прогнозирования ущерба от землетрясений, причиняемого народному хозяйству.
Главной целью аварийно-спасательных и других неотложных работ при землетрясениях является поиск и спасение пострадавших, блокированных в завалах, в поврежденных зданиях, сооружениях, оказание им первой медицинской помощи и эвакуация нуждающихся в дальнейшем лечении в медицинские учреждения, а также первоочередное жизнеобеспечение пострадавшего населения.
Неотложные работы при землетрясениях направлены на локализацию, подавление или снижение до минимально возможного уровня воздействия вредных и опасных факторов, препятствующих проведению аварийно-спасательных работ и угрожающих жизни и здоровью пострадавших и спасателей, оказание пострадавшему населению необходимой помощи.
Аварийно-спасательные работы при землетрясениях должны начинаться немедленно и вестись непрерывно, днем и ночью, в любую погоду, обеспечивать спасение пострадавших в сроки их выживания в завалах.
В ходе ведения спасательных работ в завалах и в других сложных условиях могут назначаться микропаузы - "минуты тишины" продолжительностью 2-3 минуты для кратковременного отдыха и прослушивания завалов с целью поиска пострадавших.
Величина и структура потерь населения при землетрясениях определяются интенсивностью землетрясения; типами зданий и сооружений, в которых размещается население в момент толчков, и характером его размещение (открыто на местности, в зданиях и сооружениях различных типов). Вместе с тем структура травматических повреждений также зависит от положения тела человека в момент землетрясения. При этом механизм поражения людей в результате непосредственного воздействия факторов, причиной которых являются подземные толчки, может быть различным. Отечественные авторы считают, что при землетрясениях до 45 % травм возникает от падающих конструкций зданий, а 55 % - от неправильного поведения людей (паника, неумение укрыться, падения с высоты и т.п.).
Существенные особенности землетрясений состоят в том, что поражающее воздействие на людей, разрушение жилых домов, производственных зданий, сооружений и других народнохозяйственных объектов происходят в короткие сроки - считанные десятки секунд. При этом очень редко причиной человеческих жертв бывает непосредственное движение (колебание) почвы. Большинство жертв является результатом падения предметов, стекол, камней, стен и т. д., когда сильные колебания сотрясают, разрушают здания и сооружения.
Основные причины несчастных случаев при землетрясениях:
· обрушение отдельных частей здания;
· падение (особенно с верхних этажей) битых стекол;
· зависание и падение на проезжую часть улицы разорванных электропроводов;
· падение тяжелых предметов в квартире;
· пожары, вызванные утечкой газа из поврежденных труб и замыканием электролиний;
· неконтролируемые действия людей в результате паники.
Причины травм и гибели людей при всем их многообразии можно уменьшить, если усвоить порядок действий и выполнить ряд рекомендаций при землетрясении.
Не следует пугаться каждого землетрясения. Относительно слабые землетрясения (до 5 баллов) не причиняют ущерба. Но надо запомнить описание и опасные признаки землетрсения, при котором сила колебаний сразу или постепенно достигла 5-6 баллов, после чего (в одной трети случаев) колебания становятся еще сильнее, достигая" 7 баллов и более. Если начинаются 8-9-балльные толчки до того времени, когда последуют самые сильные колебания и возникнет опасность разрушения здания, пройдет, скорее всего, 15-20 секунд. Наиболее сильные колебания длятся обычно несколько десятков секунд, расшатывая здания. Затем колебания идут на убыль в течение примерно 30 секунд или более.
Учитывая прочность здания, местонахождение в этом здании в данное время и названную величину запаса времени (15-20 секунд), можно выбрать разумный способ поведения во время сильного землетрясения: либо занять относительно безопасное место внутри здания, либо попытаться быстро покинуть его.
Усвоенный заранее порядок поведения людей на случай землетрясения в самых обычных условиях: дома, на работе, на улице, в кино, театре и т. д., - поможет действовать результативно и спокойно. Но надо быть готовым действовать, сообразуясь с конкретной обстановкой.
После сильной раскачки и толчков здание может начать разрушаться: могут падать отдельные плиты перекрытия или блоки капитальных стен. В этом случае попытка покинуть здание во время землетрясения может быть менее рискованной, чем пребывание внутри здания. Однако необходимо иметь в виду, что ни разрушение перегородок (некапитальных стен), ни падение навесных стеновых панелей каркасных зданий не указывает на то, что здание неизбежно должно рухнуть.
В сейсмоопасных районах для выработки эффективных действий на случай землетрясения с целью уменьшения числа травм и человеческих жертв необходимо заблаговременно усвоить следующие рекомендации:
· Наметить заранее план действий в чрезвычайной обстановке и договориться о месте сбора семьи после землетрясения, составить список телефонов, чтобы можно было в случае необходимости вызвать противопожарную, медицинскую помощь, милицию или представителей МЧС РФ.
· Определить путь выхода из здания с учетом малого запаса времени до наибольших колебаний и толчков. Землетрясение может случиться ночью, при этом в дверях и проходах будут скопления людей, и это может помешать быстрому выходу из здания. Поэтому для эвакуации необходимо использовать окна первого этажа.
· Определить наиболее безопасные места (в квартире, на работе, вблизи рабочего места), где можно переждать толчки. Это проемы капитальных внутренних стен, углы, образованные капитальными внутренними стенами, места у капитальных внутренних стен, у колонн и под балками каркаса. Наиболее опасными местами в зданиях во время землетрясения являются большие застекленные проемы наружных и внутренних стен, угловые комнаты, особенно последних этажей, лифты.
· Регулярно проверять состояние электропроводки, водопроводных и газовых труб. Все взрослые члены семьи (жильцы дома) должны быть обучены отключению электричества, газа и воды в квартире, в подъезде, в доме, а также оказанию первой медицинской помощи, прежде всего, при травмах. Заранее подготовить самые необходимые вещи (предметы) и хранить их в месте, известном всем членам семьи (радиоприемник на батарейках; запас консервированных продуктов и питьевой воды из расчета на 3-5 суток; аптечка первой медицинской помощи с двойным запасом перевязочных материалов и с набором лекарств, необходимых хронически больным членам семьи; переносной электрический фонарь, ведро с пеком, огнетушитель автомобильный - следует заранее научиться им пользоваться.
· Документы хранить в одном легкодоступном месте, желательно недалеко от входа в квартиру. Там же целесообразно иметь рюкзак, в котором должны быть фонарь, топорик (секач), спички, немного еды, аптечка, свечи, запасная одежда и обувь (по сезону) в расчете на всю семью. При наличии гаража или садового домика их можно использовать как убежища в первые дни после землетрясения. Там можно хранить запас продовольствия и одежды. При этом надо учитывать, что менее надежными являются постройки, расположенные на оползневых склонах.
· Шкафы, этажерки, стеллажи, полки прочно прикрепить к стенам, к полу; мебель разместить так, чтобы она не могла упасть на спальные места, перекрыть выходы из комнат, загородить двери; тяжелые вещи, лежащие на полках или на мебели (включая антресоли), прочно закрепить или переместить вниз.
· Не устраивать полки над спальными местами, входными дверями, плитами, раковинами, унитазами; закрыть переднюю часть полок с посудой, надежно закрепить люстры и люминесцентные светильники.
· Не загромождать вещами вход в квартиру, коридоры и лестничные площадки.
· Емкости с легковоспламеняющимися веществами и едкими жидкостями хранить надежно закупоренными так, чтобы они не могли упасть и разбиться при колебании здания.
· Периодически проводить тренировки быстрой эвакуации, продумать, как повысить безопасность детей, пожилых людей, инвалидов и больных.
Массовые разрушения жилых и общественных зданий на значительной территории, повреждение дорог, железнодорожных путей, выход из строя объектов энергообеспечения и коммунальных сетей, телефонной связи, гибель большого количества людей и животных - все это требует решения сложных взаимосвязанных задач по ликвидации последствий землетрясений.
В ходе ликвидации последствий любого землетрясения можно выделить два основных этапа:
Этап 1. В первые часы и сутки после землетрясения необходимо в кратчайшие сроки взять под жесткий контроль и организовать целенаправленную деятельность всех местных и прибывающих сил и средств для спасения людей, оказавшихся в завалах разрушенных зданий и сооружений. Для этого нужно восстановить нарушенное управление, оценить обстановку и масштабы последствий землетрясения, усилить комендантскую службу и охрану общественного порядка, изолировать от посторонних пострадавшие районы, создать группировку сил и организовать поисково-спасательные и другие неотложные работы, обеспечить минимально необходимые условия жизни людей в районе бедствия.
Практически стоит задача создать новую систему управления, способную организовать деятельность всех структурных звеньев общественного и хозяйственного управления, задействованных для ликвидации последствий землетрясения. При этом главным условием является проведение всего комплекса работ в возможно короткие сроки.
При спасательных и других неотложных работах, а также при работах по обеспечению жизнедеятельности населения основными задачами являются:
По спасательным работам:
· определение объемов и степени повреждений различных зданий и сооружений, выявление мест наибольшего скопления пострадавших в завалах и рассредоточение для их спасения основных сил и средств; о поиск и извлечение пострадавших из-под завалов, оказание им первой медицинской и первой врачебной помощи с последующей эвакуацией в стационарные лечебные учреждения; о извлечение из-под завалов погибших людей, их регистрация и организация захоронения.
По другим неотложным работам:
· расчистка подъездных путей и площадок для расстановки прибывающей техники, устройство проездов и поддержание в исправном состоянии маршрутов движения; восстановление разрушенных железнодорожных магистралей; о локализация и тушение пожаров, ликвидация аварий и их последствий на коммунально-энергетических и технологических сетях, угрожающих жизни пострадавших и затрудняющих спасательные работы; о обрушение конструкций зданий и сооружений, угрожающих обвалом, крепление неустойчивых частей завалов от перемещений в процессе работ;
· восстановление стационарных электросетей для освещения основных транспортных магистралей городов и населенных пунктов, а также объектов, на которых проводились спасательные работы; о организация комендантской службы и охраны общественного порядка (ООП) в целях упорядочения движения транспорта на объектах работ и прилегающих автомагистралях; о осуществление контроля за применением техники в соответствии с ее предназначением, а также пресечение случаев воровства и мародерства;
· учет и передача в соответствующие органы обнаруженных в ходе работ ценностей (денег, облигаций, ювелирных изделий и т. д.); организация комплекса противоэпидемических и санитарно-гигиенических мероприятий в целях предупреждения заболеваний среди личного состава, привлекаемого для проведения спасательных работ; организация захоронения животных, погибших во время землетрясения.
По материальному и техническому обеспечению:
· укомплектование формирований спасательных служб автокранами, экскаваторами, погрузчиками, бульдозерами, автосамосвалами и средствами малой механизации;
· техническое обслуживание и текущий ремонт техники, обеспечение ее горюче-смазочными материалами; о своевременное обеспечение личного состава спасательных служб сменным обмундированием, средствами индивидуальной защиты, необходимым инструментами и оборудованием; о обеспечение жизнедеятельности личного состава спасательных служб, размещение, организация питания, банно-прачечного и медицинского обслуживания, работы почтовой связи.
По обеспечению жизнедеятельности населения пострадавших городов и населенных пунктов:
· временное отселение из пострадавших районов нетрудоспособного населения, в первую очередь женщин и детей, в непострадавшие районы и области;
· обеспечение пострадавшего населения теплыми вещами и предметами первой необходимости, организация питания и обеспечение водой, временное размещение в палатках, домиках и сохранившихся сейсмоустойчивых зданиях; профилактика и предупреждение возникновения инфекционных заболеваний среди населения, своевременное выявление и изоляция заболевших;
· проведение комплекса мероприятий по ликвидации психологических травм и шоковых состояний, организация справочно-информационной службы о местах и времени захоронения погибших, размещении пострадавших в лечебных учреждениях и местах расселения эвакуированного населения.
Этап 2. При ликвидации последствий землетрясений развертываются работы по экономическому и социальному восстановлению пострадавших районов: возобновление производственной деятельности промышленности и объектов инфраструктуры, обеспечение жизнедеятельности населения в пострадавших районах.
Параллельно со строительно-монтажными работами выполняются следующие работы:
· разборка завалов и вывоз поврежденных конструкций и строительного мусора в отвалы;
· санитарная очистка городов и населенных пунктов; доставка вагон-домиков со станций разгрузки в назначенные места;
· сбор и сдача металлолома;
· другие работы в интересах обеспечения жизнедеятельности населения.
По заключению ученых, сейсмическая активность Земли в ближайшие годы будет нарастать.
Вулканы
Вулканическая деятельность возникает в результате постоянных активных процессов, происходящих в глубинах Земли. Вулканические извержения угрожают тем жителям Земли, которым грозят и землетрясения. Около 200 млн человек проживают в опасной близости к действующим вулканам.
Вулканы (по имени бога огня Вулкана) представляют геологические образования, возникающие над каналами и трещинами в земной коре, по которым извергается на земную поверхность магма. Обычно вулканы - это отдельные горы, сложенные из продуктов извержений. Магматические очаги находятся в мантии на глубине 50-70 км или в глубине земной коры.
К наиболее опасным явлениям, сопровождающим извержения вулканов, относятся лавовые потоки, выпадения тефры, вулканические грязевые потоки, вулканические наводнения, палящая вулканическая туча и вулканические газы.
Лавовые потоки состоят из лавы - расплава горных пород, разогретых до 900-1000°С. В зависимости от состава горных пород лава может быть жидкой или вязкой. При извержении вулкана лава изливается из трещин в склоне вулкана либо переливается через край кратера вулкана и стекает к его подножию. Лавовый поток передвигается тем быстрее, чем мощнее сам лавовый поток, больше уклон конуса вулкана и жиже лава. Диапазон скоростей лавовых потоков достаточно широк: от нескольких сантиметров в час до нескольких десятков километров в час. В отдельных, наиболее опасных случаях скорость лавовых потоков может достигать 100 км в час. Чаще всего она не превышает 1 км в час.
Лавовые потоки при смертоносных температурах представляют опасность лишь тогда, когда на их пути оказываются населенные пункты. Однако и в этом случае остается время на эвакуацию населения и проведение различных защитных мероприятий.
Тефра состоит из обломков застывшей лавы, более древних подповерхностных горных пород и раздробленного вулканического материала, образующего конус вулкана. Тефра образуется при вулканическом взрыве, сопровождающем извержение вулкана. Наиболее крупные обломки тефры называются вулканическими бомбами.
Вулканические бомбы отлетают на несколько километров от кратера. Выпадение тефры приводит к уничтожению животных, растений, возможна гибель людей. Вероятность выпадения тефры на населенный пункт в значительной степени зависит от направления ветра.
Мощные слои пепла на склонах вулкана находятся в неустойчивом положении. Когда на них ложатся новые порции пепла, они соскальзывают со склона вулкана. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Скорость грязевых потоков может достигать нескольких десятков километров в час. Такие потоки обладают значительной плотностью и могут во время своего движения увлекать крупные глыбы, что увеличивает их опасность. Из-за большой скорости движения грязевых потоков затрудняются проведение спасательных работ и эвакуации населения.
При таянии ледников во время вулканических извержений может сразу образоваться огромное количество воды, что приводит к вулканическим наводнениям . Точно подсчитать, какое количество воды спустил ледник, трудно, хотя это весьма важно для планирования мер защиты от вулканического наводнения. Это объясняется тем, что ледники имеют много внутренних полостей, заполненных водой, которая добавляется к воде, возникающей при таянии ледников во время вулканического извержения.
Палящая вулканическая туча представляет собой смесь раскаленных газов и тефры. Поражающее действие палящей тучи обусловлено образующейся при ее возникновении ударной волной (ветром у краев тучи), распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара (до 1000°С). Кроме того, сама туча может передвигаться с большой скоростью (90-200 км/ч).
Вулканическое извержение всегда сопровождается выделением вулканических газов и смеси с водяными парами.
Вулканические газы представляют собой смесь сернистого и серного окислов, сероводорода, хлористоводородной и фтористоводородной кислот в газообразном состоянии, а также углекислого и угарного газов в больших концентрациях, смертельно опасных для человека. Выделение вулканических газов может продолжаться десятки миллионов лет даже после того, как вулкан перестал выбрасывать лаву и пепел.
В 1983 г. по инициативе ЮНЕСКО была разработана классификация, согласно которой выделено 89 вулканов с высокой степенью риска. В настоящее время не существует единой методики оценки вулканической опасности. Наиболее полное исследование по этому вопросу, имеющее более чем двухсотлетнюю историю, изложено в руководстве по составлению карты вулканической опасности геологической службы Японии. Из него следует, что оценка вулканической опасности индивидуальна не только для каждого вулканического района, но и для отдельного вулкана.
В зависимости от положения вулканов по отношению к населенным пунктам - расстояния, рельефа местности, а также от наличия на вулканах или рядом с ними ледников, от толщины снежного покрова, времени года, когда может произойти извержение, и метеорологических условий каждый из действующих вулканов Курило-Камчатского региона представляет определенную степень опасности. Различия в факторах опасности усугубляются индивидуальными особенностями вулканов.
Вулканы подразделяются на действующие, уснувшие и потухшие .
До сих пор среди ученых нет единого мнения по поводу определения действующего вулкана. Многие потухшие вулканы могут стать действующими, как это произошло с вулканами Мон-Пеле, Везувием или Безымянным, который неожиданно начал извергаться в 1955 г., а до этого времени молчал больше тысячи лет.
Извержения вулканов бывают длительными и кратковременными. Продукты извержения (газообразные, жидкие, твердые) выбрасываются на высоту 1-5 км и переносятся на большие расстояния. Концентрация вулканического пепла бывает настолько большой, что возникает темнота, подобная ночной. Объем излившейся лавы достигает десятков кубических километров. Извержение вулкана Везувия полностью уничтожило Помпею. Толщина слоя вулканического пепла, покрывшего этот город, достигла 8 м.
Существует три главных типа извержений: эффузивный (гавайский), смешанный (стромболианский), экструзивный (купольный).
Замечена взаимозависимость вулканической деятельностью и землетрясений. Сейсмические толчки, как правило, обозначают начало извержения. При этом опасность представляют лавовые фонтаны, потоки горячей лавы, раскаленные газы. Взрывы вулканов могут инициировать оползни, обвалы, лавины, а на морях и в океанах - цунами.
Для обоснованной картины вулканической опасности необходимы фундаментальные работы: оценка масштаба вулканических извержений в доисторическое и историческое время (анализ катастрофических извержений в прошлом); анализ катастрофических извержений аналогичных вулканов в других частях Земли; оценка масштаба современных извержений, их максимальной мощности. Только изучив тенденцию в развитии вулкана, можно определить степень его опасности в настоящее время.
Для прогноза места и времени вулканических извержений требуется мониторинг с применением инструментальных геофизических, геохимических и визуальных методов.
В Курило-Камчатском регионе наиболее опасны вулканы, располагающиеся в непосредственной близости от крупных населенных пунктов: г. Петропавловска-Камчатского и г. Ели- ово (Авачинская группа вулканов); г. Ключи (Ключевская группа вулканов и вулкан Шивелуч); г. Северо-Курильск, Северные Курилы - вулкан Эбеко.
Районирование областей вулканической опасности предполагает выделение районов разной степени опасности от последствий вулканических извержений: вулканических бомб, выпадения тефры, лавовых потоков, пирокластических потоков (палящих туч), обломочных лавин и обрушений склонов вулканов, направленных взрывов, грязевых потоков, вулканических землетрясений, вулканических газов, заражения питьевой воды. Необходимо также выделение районов, наименее опасных от вулканических извержений.
В результате вулканического районирования могут быть построены несколько типов карт вулканической опасности:
· вулканологическая карта, отображающая физические эффекты исторических и доисторических вулканических извержений;
· информационная карта для нужд администрации населенных пунктов;
· информационная карта для населения.
Похожая информация.