Произошедшее 6 февраля в Турции и Сирии землетрясение шокировало весь мир. Оно оказалось сильнейшим за последние 80 лет. До сих продолжается разбор завалов, а счет погибшим идет уже на десятки тысяч. Ученые уверены, что подобных геологических процессов невозможно избежать. Но это не значит, что нельзя сократить число жертв и суммы ущерба от будущих катаклизмов. Причины подземных толчков и способы их предсказания — в материале «Ленты.ру».
За последние восемь лет в мире неоднократно регистрировались мощные землетрясения, унесшие жизни тысяч людей. В Афганистане в июне 2022 года произошел толчок силой 6,1 балла, погибли более 1100 человек. Летом 2021 года катастрофа с магнитудой 7,2 )по шкале Рихтера) привела к гибели 2200 людей. Сентябрь 2018 года запомнился в Индонезии землетрясением силой 7,5 балла, вызвавшим цунами, в результате чего погибли более 4300 человек. Крупнейшая катастрофа произошла в Непале в 2015 году: было зарегистрировано почти 9000 смертей после сейсмической активности мощностью 7,8 балла.
На момент написания статьи число погибших в результате землетрясения на юго-востоке Турции превысило 20 тысяч человек, а пострадавших — более 90 тысяч, на месте происшествия продолжаются разборы завалов. Тем временем общее число погибших в двух странах — почти 24 тысячи. По оценкам экспертов, экономический ущерб от катастрофы может достигнуть четырех миллиардов долларов.
Выраженную сейсмическую активность в этом регионе еще в 2018 году спрогнозировал профессор, инженер-геофизик и специалист по подземным толчкам Ахмед Эрджан. По его словам, 2020, 2021 и даже 2023 годы — годы землетрясений в Анатолии.
В разговоре с местным CNN он отметил, что крупнейший город Турции — Стамбул может ждать череда сильнейших землетрясений после 2033 года. Если катастрофа произойдет позже (к 2045 году и далее), то риски значительно увеличиваются, поскольку масштаб накопленной энергии будет сопоставим с сотнями атомных бомб. В результате могут пострадать миллионы жителей.
Особую опасность в городе представляет плотность населения, а также большое количество ветхих зданий, которые не являются сейсмоустойчивыми.
Происшествия такого рода возможны и в Крыму. «Данный регион входит в тот же сейсмический пояс, что и Турция, поэтому возникновение там подземных толчков возможно», — рассказал главный научный сотрудник Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Александр Горшков.
Такого же мнения придерживается доцент кафедры физики Земли физфака МГУ Анна Люсина. По ее мнению, землетрясения в Крыму могут произойти, поскольку специалисты еще не определили направление разлома. «Но Земля настолько нелинейная и сложная система, а природа настолько непредсказуема, что сейчас могут быть землетрясения и там, где их не ждешь. Поскольку это акватория Черного моря, то все может быть», — отметила Люсина.
Большое количество жертв и разрушений в результате февральского землетрясения объясняется сочетанием нескольких факторов. Если откинуть такие причины, как время (катастрофа произошла около 4 утра по местному времени, когда большинство людей спали) и хрупкое состояние большинства строений, то главными геологическими причинами станут местоположение и большой срок, прошедший с момента последних мощных подземных толчков, что привело к накоплению энергии, а затем более мощному ее высвобождению.
Все дело в том, что Турция находится в одной из самых сейсмоактивных зон в мире — Средиземноморском поясе, который уступает по частоте землетрясений только Тихоокеанскому поясу, на который приходится 90 процентов всех подземных толчков планеты.
Точный механизм происхождения землетрясений до сих пор не изучен. Однако известно, что большинство очагов возникает в земной коре на глубине 30-40 километров от поверхности Земли. Причиной этого является быстрое смещение литосферных плит и упругой деформации пород в эпицентре. Участки земной коры постоянно меняют свою форму в процессе раскола, рифтинга или спаивания. В Турции причиной мощного землетрясения стало именно смещение Анатолийской плиты на несколько метров. Этот участок граничит еще с тремя плитами — Арабской, Евразийской и Африканской, которые регулярно друг на друга наезжают.
Иногда литосферные плиты могу частично тонуть в мантии, достигая внешнего ядра. Так, британские специалисты недавно обнаружили, что стекающая с поверхности Земли в разломы вода при движении тектонических плит способствует плавлению мантии. Затем она скапливается у основания перекрывающей плиты, после чего направляется к вулканическим центрам, где происходят извержения вулканов. Однако подобного типа землетрясения (вулканического происхождения) обычно достаточно слабые, хотя и продолжительные.
Колебания земной поверхности начинаются с толчка, далее идет разрыв и смещение горных пород. Периодически пласты земли, находящиеся по разным сторонам разлома, надвигаются друг на друга, образуя хребты. В иных случаях — они опускаются, формируя русла рек и водопады. Нередки случаи разжижения грунтов — когда рыхлые и влажные слои почвы начинают себя вести как жидкость: снижается эффективное напряжение, достигается критическое ускорение или коэффициент пустотности. Наиболее характерны такие свойства для ила, песка, глины, лесса и так далее. Также подземные толчки смещают со склонов верхние слои почвы, приводя к обвалам и оползням.
Землетрясения могут происходить не только под сушей, но и под океанами и морями. В таком случае они вызывают цунами — гигантские волны, образуемые резким смещением участка морского дна. Цунами появляются при толчках любой силы, но наибольшей мощности достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (с магнитудой более 7).
По поводу шкалы интенсивности толчков: в мире используется несколько различных шкал, предложенных разными сейсмологами. В США — модифицированная шкала Меркалли, в Японии — шкала Японского метеорологического агентства, в Европейском союзе — европейская макросейсмическая шкала, а в России — шкала Медведева — Шпонхойера — Карника.
Шкала интенсивности оценивает только наземные последствия землетрясения, в отличие от магнитуды, которую определяют сейсмографы.
Большинство из шкал интенсивности (кроме Японии) представляют собой 12-балльную систему, где 1 — неощутимое для человека воздействие, регистрируется только сейсмическими приборами; 7 — появляются повреждения и трещины в каменных домах, но антисейсмические постройки остаются невредимыми; а 12 — характеризуется колоссальными изменениями в земной коре, трещинами, обвалами и оползнями в больших количествах, реки начинают отклоняться, меняется рельеф, и ни одно сооружение не выдерживает.
Поскольку повлиять на такие процессы, как движение литосферных плит, человечество никак неспособно, то все что остается — грамотно и своевременно прогнозировать и информировать об опасности. До сих пор делать это достаточно проблематично, так как предсказать подземные толчки с точностью до часа и конкретной точки специалисты не могут из-за огромного количества воздействующих на землетрясения геологических факторов, а также потому, что сейсмические волны двигаются со скоростью несколько тысяч километров в час. Однако с каждым годом удается достигать все лучших результатов в этом направлении.
В декабре 2022 года в Калифорнии (США) произошел подземный толчок магнитудой 6,4. Запущенная три года назад система раннего оповещения ShakeAlert не смогла среагировать оперативно, и людям не хватило времени на эвакуацию. Программа, установленная на телефоны населения, использует данные сейсмометров и отправляет сообщение с предупреждением. В этот раз некоторые пользователи получили предупреждение за 10 секунд. При этом авторы отмечают, что данного времени достаточно, чтобы успеть выбежать или укрыться, например, под столом, а также остановить поезда, чтобы исключить риск их схода с рельсов.
Для более точных прогнозов необходимо подробное изучение самих геологических процессов. Как упоминалось ранее, ученые все еще мало знают о конкретной механике возникновения сейсмической активности. Помочь в этом может составление новых моделей литосферных плит.
Так, новозеландские ученые разработали новую кинематическую модель границы Австралийской и Тихоокеанской плиты, используя измерения скорости скольжения по разломам, а также физические расчеты. Метод позволил им оценить скорость смещения разломов по всей Новой Зеландии. Оказалось, что в некоторых регионах страны уровень сейсмической опасности занижен или завышен относительно существующих представлений.
Также недавно была обновлена мировая карта литосферных плит. В последний раз ее дополняли 20 лет назад — в 2003 году, к тому же тогда модель состояла преимущественно из крупных участков. Теперь ученые подробно нанесли на карту движение микроплит. Такая точность позволяет отследить распределение движения плит в 90 процентах землетрясений и в 80 процентах извержений вулканов за последние три миллиона лет. Ведь чем больше данных имеется, тем более четким будет прогноз. Это было доказано в процессе новых исследований и все чаще учитывается при построении будущих моделей.
Например, раньше считалось, что землетрясения «имеют краткосрочную память», то есть каждый последующий толчок будет зависеть от даты предыдущего мощного землетрясения. Теперь специалисты пришли к выводу, что сейсмические явления «обладают долговременной памятью». Имеется в виду, что иногда землетрясение не снимает все возникшее напряжение, которое со временем накапливалось на разломе. Сохранение недовыпущенной энергии может удерживаться, а затем вызывать другие мощные толчки «не по расписанию».
В последние годы все больший упор делается на современные технологии. Специалисты Крымской Астрофизической обсерватории (КрАО) представили новый способ обнаружения приближающегося землетрясения. Делать это предлагается на основе фиксирования изменений геомагнитных полей, которые формируются перед толчком. Технология может покрывать собой область до трех тысяч километров.
Для мониторинга окружающей среды и управления чрезвычайными ситуациями используются орбитальные спутники. Такой, например, в Китае запустили в октябре 2022 года. Аппарат предоставляет радиолокационные изображения S-диапазона с разрешением пять метров, которые затем используются в том числе для изучения ситуации на местности, где произошло землетрясение. После трагедии в Турции спутниковыми данными на месте происшествия 17 членов Международной Хартии по космосу и крупным катастрофам поделились своими данными, чтобы помочь спасателям.
В Иране ведутся наработки спутника «Аят», который сможет прогнозировать подземные толчки и другие катаклизмы. В свою очередь в Японии создали дроны для измерения положения и рельефа морского дна для прогнозирования и отслеживания сдвигов земной коры под водой, которые провоцируют смертоносные цунами.
Для этих же целей все чаще внедряются технологии искусственного интеллекта. В научной лаборатории прогнозирования RIKEN разработали систему раннего оповещения. Технология основана на 150 морских станциях, обладающих датчиками для мониторинга морского дна, а также нейросети, которая за доли секунды обрабатывает эти данные и своевременно извещает специалистов и население. В результате у людей появляется гораздо больше времени на спасение от природных катаклизмов.
Предыдущие методы включали в себя сложные нелинейные уравнения на стандартном компьютере, которые приходилось решать после регистрации сейсмической активности. На это у сейсмологов уходило около получаса. Для сравнения: мощнейшее цунами 2011 года в Японии обрушилось на побережья всего через 45 минут после толчка.
Алгоритмы глубокого обучения уже задействуют и для прогноза землетрясений на суше. Мексиканские исследователи создали ИИ, который берет динамические данные о происходящих геологических процессах, а затем прогнозирует дальнейшие изменения разломов и время следующего землетрясения. Правда, пока что технология была протестирована только в лабораторных условиях, а все прогнозы были основаны на прошлых данных. В настоящее время ведется доработка системы для более точных прогнозов.