Землетрясение обычно можно представить себе так. Мы сидим на кухне и пьем кофе, смотрим телевизор или занимаемся своими обычными делами. Вдруг мы замечаем, что тени в квартире начинают двигаться - это начал раскачиваться светильник. Стеклянная посуда начинает дребезжать. Если толчки достаточно сильные, начинает дрожать пол.
Но это только завершающая стадия. Задолго до этих проявлений в недрах Земли начинаются активные тектонические процессы. Сейсмические волны начинают распространяться от эпицентра, где они будут максимальными. Земля сдвигается, ломаясь при этом, образуя провалы и трещины. Чтобы хоть как-то представить себе этот процесс, возьмите несколько предметов, заменяющих литосферные плиты, и попробуйте один из них сдвигать. В итоге какой-то из остальных предметов тоже начнет двигаться, создавая вибрации, то есть сейсмоактивность, а некоторые останутся недвижимыми.
А если вообразить, что это происходит не с твердыми предметами, а с кусочками бисквита, у которого только нижняя корка твердая, тогда один из них будет подныривать под противоположный, сминая верхний мягкий слой. Благодаря этому процессу происходит горообразование, поэтому в таких горных местах сейсмическая активность почти всегда высока. Правда, кроме тектонических процессов колебания земли могут быть вызваны техногенной деятельностью: взрывами в карьерах, обрушением полостей горных выработок.
Однако любые землетрясения описываются балльной системой. Все мы слышали о шкале Рихтера и знаем, что есть и другие система оценки подземных толчков, но мало кто разбирается в этом достаточно для того, чтобы не путать одни баллы с другими.
Виктор Селезнев, директор Геофизической службы Сибирского отделения РАН, попробует внести ясность в этот вопрос:
«Прежде всего, имеются два основных параметра землетрясений: первый описывает его энергию. Когда речь идет о магнитуде (М), необходимо понимать: это характеристика выделенной в процессе тектонического проявления энергии, как раз она и измеряется по шкале Рихтера благодаря тому, что может быть зафиксирована сейсмографами. Если же говорить об энергетическом классе (К), то он определяется по несложной формуле К=1.8М+4. 10 в степени К - это количество выделенная энергия в джоулях. Например, если магнитуда - шесть, К будет около пятнадцати. При подобном землетрясении количество выделенной энергии равно мощности десяти атомных бомб, сброшенных в 1945 году на Хиросиму».
Это, насколько можно понять, совсем не мало, поэтому не удивительно, что Земля приходит в движение, и в эпицентре сотрясаемость будет наибольшей. И когда говорят о мощности землетрясения, имеют в виду его силу именно в эпицентре. В России используется так называемая сейсмошкала MSK-64, в которой максимально возможная интенсивность - 12 баллов. И хотя эта величина, так или иначе, зависит от магнитуды, характеризует она процессы, которые видны в точке наблюдения, очаг землетрясения при этом не учитывается.
«При двенадцати баллах рушится все: здания, горы, мосты, - говорит Виктор Селезнев, - но при единственном условии, что высвобождается много энергии и действие происходит непосредственно в эпицентре. И чем дальше мы от него находимся, тем больше затухание этих сейсмических колебаний, поэтому с расстоянием интенсивность колебаний всегда слабеет. То есть, получаем следующую картину: в эпицентре землетрясения сотрясаемость - 9 баллов. Затем следует область, в которой она составляет 8 баллов, затем - 7 баллов, 6, и чем дальше, тем меньше балльность».
Если вернуться к нашим лампочкам, такое возможно при трех толчках силой в три балла. И не важно, что послужило причиной: землетрясение где-нибудь за многие сотни километров или прошедший возле дома трамвай.
Достаточно интересный вопрос: а куда же девается вся эта огромная энергия, разве только на то, чтобы немного потрясти поверхность? Оказывается - вовсе нет. Первое, что происходит - разрушение того, что имеется внутри Земли. Скажем, если очаг толчков был на глубине 10-15 километров, и при этом длина разлома - сотни километров, всю эту земную массу необходимо сдвинуть. На то, чтобы сформировать сейсмическую волну, которая может обогнуть земной шар, и не один раз, тоже требуется энергия, говорит Виктор Сергеевич. Если мощное землетрясение происходит в Мексике, то в Новосибирске тоже земля колеблется на протяжении нескольких часов, и хотя люди этого не замечают, сейсмографы такие вибрации отчетливо фиксируют.
Однако чаще всего население интересует, особенно после самого землетрясения, а были ли прогнозы этого события? Можно ли было его предупредить, чтобы заранее подготовиться?
«Сегодня классифицируют 3 вида подобных прогнозов, - рассказывает дальше Виктор Селезнев, - долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные. Именно первые являются теми, которые дают возможность заблаговременно подготовиться к этому природному явлению. Многие утверждают, что нужно прогнозировать именно близкие по времени землетрясения. На это я отвечу так: если вы стоите на улице, а я попробую угадать, пойдет дождь или нет, вам мои слова никак не помогут, поскольку нужна конкретная крыша над головой на тот случай, когда осадки все-таки выпадут».
С землетрясениями - то же самое. Очень важно, чтобы здания в местах, где возможны землетрясения, были построены так, чтобы не разрушаться, независимо от интенсивности толчков. В этих целях создается так называемая карта сейсмического районирования. И чтобы ее составить, необходимо знать палеодислокации (землетрясения, произошедшие в далеком прошлом), иметь записи показаний сейсмических приборов, историю землетрясений за определенный период, на основании чего и строится карта сейсмического районирования, являющаяся на самом деле картой долгосрочного прогноза. Они есть в Интернет, и любой желающий может увидеть, какая баллность будет месте его проживания в случае максимально мощного для этой территории катаклизма.
«Это достаточно точный прогноз, - утверждает ученый, - заниженный только там, где число установленных сейсмостанций невелико. Таким образом, если на карте показано для определенной территории восемь баллов, то они обязательно произойдут, правда, неизвестно когда. Поэтому строительство в этом регионе должно вестись с учетом этих данных. Новосибирск находится в шестибалльной зоне, поэтому дома могут строиться без дополнительного укрепления. В то же время Академгородок расположен на границе 6-7 баллов, поэтому в Искитиме и Бердске необходимо строить здания с антисейсмическим усилением, которые в состоянии выдержать указанную мощность землетрясения».
Сейчас имеется закон, который устанавливает ответственность за сейсмическую безопасность здания его владельца, и на его плечи ложится проведение экспертизы, которая в состоянии определить, является ли сейсмобезопасность здания соответствующей указанной на карте сейсмического районирования.
Среднесрочное прогнозирование тоже решаемо современной науке, но при условии, что на исследуемой территории установлено много соответствующих геофизических приборов. Тогда спрогнозировать землетрясение определенной мощности можно за год-два до события.
«Этого времени достаточно для проведения проверки зданий и обучения населения, - говорит Виктор Селезнев, - но, как правило, главная проблема - финансирование, поскольку нужны деньги на установку оборудования и организацию службы мониторинга».
Но самое больное место современной сейсмологии - краткосрочный прогноз. В идеале для этого необходимо собрать громадный массив информации, установить системы наблюдений, которые будут их фиксировать, а вне населенных пунктов это окажется слишком дорогим удовольствием. «В настоящее время известно пару сотен краткосрочных предвестников подземных толчков, - объясняет Виктор Сергеевич. - Определяют такие предвестники непосредственно после землетрясения, когда проводится анализ данных, которые были перед ним: был слышен подземный гул, аномально вели себя домашние животные, менялись некоторые геофизические параметры... Проблема в том, что эти признаки работают далеко не всегда. Бывает необычное выделение газа, сопровождаемое землетрясением, бывает - наоборот. Поэтому универсальный признак пока не найден. Хотя рано или поздно это произойдет, но, скорее всего, такая система будет требовать наличия громадного количества информации с различных сетей мониторинга, но, скорее всего, это будет только вероятностная характеристика».
В краткосрочном прогнозировании погрешность чрезвычайно важна. Если сейсмологи предскажут магнитуду пять, а случится землетрясение не более четырех, - это терпимо, но если наоборот, произойдет шестерка - последствия будут кардинально иными, хотя погрешность и в том, и в другом случае - один балл. То же можно сказать о предсказании эпицентра и времени возможного землетрясения.
«Именно поэтому среди специалистов принято решать проблему краткосрочного прогноза так: если он имеется, то по причине вышеназванного его нельзя обнародовать, - при этих словах Виктор Селезнев становится максимально серьезным. - Ни один сейсмолог не выбросит информацию о краткосрочном прогнозе в СМИ - только уполномоченным на то госорганам, а если выдает - то это не настоящий специалист».
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.
Ни одно стихийное бедствие не происходит так неожиданно, как землетрясение. Своеобразной его особенностью является то, что оно разрушает в основном искусственные постройки, возведенные рукой человека. Конечно, во время сильных землетрясений происходят горные обвалы, оползни, иногда запруживаются реки, но такие явления относительно редки, ограничены небольшими по площади зонами и обычно приурочены к крутым склонам гор, где нет человеческих жилищ.
Степень опасности землетрясения существенно менялась в зависимости от уровня и условий развития человеческого общества. Когда первобытный человек добывал себе пищу охотой, он не строил постоянных жилищ, поэтому землетрясения не были для него угрозой. Не страшны землетрясения и скотоводам: их переносные войлочные юрты выдерживали любую сейсмическую катастрофу,
Издавна на Земле существовала определенная зональность в распределении той опасности, которую таило для людей землетрясение. Эта зональность контролировалась в первую очередь климатической зональностью.
В тропическом поясе, где люди круглый год живут в бамбуковой или тростниковой хижине, землетрясения не страшны. Чумы и яранги жителей приполярных стран, построенные с помощью жердей и звериных шкур, не реагируют на подземные толчки. Несильно влияют подземные удары и на постройки умеренной лесной зоны планеты. Рубленые деревянные дома очень устойчивы и разрушаются (но не обваливаются) лишь при очень сильных землетрясениях.
Только один климатический пояс Земли - область пригодных для пахоты степей и оазисы орошаемого земледелия во всю меру ощущают ужас сейсмических катастроф. Земляные постройки и здания из кирпича, которые преобладают в этом поясе, больше всего подвержены сейсмическим ударам. Даже толчки средней силы разрушают стены каменных зданий, что приводит к гибели находящихся в доме людей. Только в течение последних 100-120 лет в связи с бурным ростом городов во всех климатических поясах произошли такие землетрясения, как Лиссабонское (1755), Сан-Францисское (1906), Мессинское (1908), Токийское (1923), Ашхабадское (1948), подобных которым, за исключением территории Восточного Китая, в античное время и в средние века почти не было.
Случись Сан-Францисское землетрясение на 100 лет раньше, оно почти не причинило бы разрушений. На месте этого города в 1806 г. располагались лишь деревянные строения небольшой русской колонии.
В ближайшем будущем рост старых городов и строительство новых будут идти еще интенсивнее. Значит ли это, что пропорционально возрастет и опасность землетрясений? Отнюдь нет. Землетрясения будут все менее и менее страшны, ибо технические средства уже сейчас позволяют возводить жилые здания любой этажности и строить промышленные сооружения любых размеров которым не угрожают сильнейшие землетрясения. Сейчас от землетрясения страдают главным образом давно построенные здания, возведенные без применения специальных антисейсмических поясов и других усиливающих прочность конструкций.
Борьба с землетрясением началась давно. Человек столкнулся с двумя проблемами: как сделать здание таким, чтобы оно не разрушалось от подземных ударов, и как установить районы, где происходят землетрясения и где сильных подземных ударов не бывает. Попытка ответить на эти вопросы привела к возникновению сейсмологии - науки, изучающей землетрясения и поведение искусственных сооружений при подземных ударах. Инженеры-строители начали разрабатывать конструкции жилых зданий и промышленных сооружений, способных выдержать сейсмическую катастрофу. В горах Тянь-Шаня, на реке Нарын, построена Токтогульская высотная плотина и гидростанция на 1200 МВт. Гидротехнический узел возведен с таким расчетом, что выдержит даже катастрофические землетрясения.
Чтобы определить сейсмоопасные районы, необходимо точно знать место, где происходят землетрясения. Наиболее полные данные о подземном ударе можно получить, регистрируя приборами упругие волны, появляющиеся в земле при землетрясении. Сейсмологи научились определять координаты происшедшего землетрясения, глубину его очага, силу подземного удара. Это позволило составить карту эпицентров землетрясений, наметить зоны, где возникали подземные толчки той или иной силы. Сопоставляя эпицентры землетрясений с геологическим строением территории, геологи выделили те места, где землетрясений еще не было, но, судя по сходному строению с местами, подвергавшимися подземным ударам, возможны в недалеком будущем. Так родился прогноз места возникновения землетрясений и их максимальной силы. Наша страна - первая в мире, где карта сейсмического районирования, как ее официально называют, была впервые утверждена в качестве документа, обязательного для всех проектирующих и строительных организаций. В сейсмически опасных районах строители должны возводить лишь такие жилые и административные здания и промышленные объекты, которые бы выдержали землетрясение показанной на карте силы. Разумеется, карты прогноза землетрясения не могут считаться совершенными. С течением времени по мере накопления данных они пересматриваются и уточняются. На рис. 30 представлен один из вариантов такой карты, составленной в Институте физики Земли АН СССР.
Карта сейсмического районирования показывает, в каких местах нашей страны и какой максимальной силы возможны землетрясения. Для проектирующих организаций и строителей такая карта служит важным и необходимым документом, по для населения, живущего в сейсмоопасной зоне, куда важнее знать, когда именно произойдет землетрясение. Заметим, что в последние годы этот вопрос все больше и больше интересует и строителей. Кроме того, проектирующим организациям необходимо знать, происходят сильные землетрясения с периодичностью раз в тысячелетие или же в 20 лет. В первом случае усиливающие сооружения антисейсмические конструкции следует применять лишь при строительстве некоторых долговременных объектов (если это, конечно, не жилые помещения). Во втором - для всех построек.
Прогноз времени возникновения землетрясения подразделяется в настоящее время на долгосрочный и на выявление предвестников, за несколько часов или минут предупреждающих о надвигающейся катастрофе.
Долгосрочный прогноз основывается на следующих физических предпосылках. В упрощенной схеме процесс подготовки и проявления землетрясений можно себе представить как накопление и перераспределение в некоторой области земной коры потенциальной энергии - энергии упругих напряжений. В момент землетрясения эта энергия частично или полностью высвобождается. Для того чтобы произошло следующее землетрясение, нужна новая порция энергии; следовательно, должно пройти время, пока энергия накопится. В одних случаях это несколько дней или месяцев, но чаще десятки или даже сотни лет. Как говорилось, в Ашхабаде в 1948 г. была разрушена мечеть Аннау, простоявшая более 600 лет.
На основе детального изучения сейсмичности Курило-Камчатской зоны С.А. Федотов предложил приблизительный долгосрочный прогноз землетрясений по пятилетиям. В прогнозе содержатся вероятностные оценки проявления сильных землетрясений, выделены районы, где в настоящее время возможны катастрофические сотрясения. Позже такой же прогноз был разработан для Калифорнии (США). В частности, было показано, что разрушительные землетрясения с магнитудой 8 могут происходить раз в 100 лет, а более слабые - раз в 20 лет. Хотя такой прогноз не решает проблемы полностью, он помогает составлять карты сейсморайонирования с приблизительной оценкой повторяемости землетрясений.
Еще важнее обнаружить предвестников землетрясения, непосредственно извещающих о приближающейся сейсмической катастрофе. Давно замечено, что животные чувствуют приближение подземного удара. За несколько минут до землетрясения домашний скот, собаки, кошки, крысы проявляют беспокойство, стараясь выбраться из закрытых помещений. Перед землетрясением в Неаполе покинули свои жилища муравьи. За два дня до землетрясения в прибрежных районах Японских островов неоднократно появлялась необычная рыба шестиметровой длины - усатая треска, живущая на больших глубинах. По японской мифологии, виновницей землетрясений является огромная рыба «намадзу», которая якобы щекочет своими усами морское дно. Изображения ее издавна наклеивались на окна как заклятие от подземных толчков. Японские ученые считают, что это суеверие было порождено появлением у берега легендарной рыбы накануне крупных землетрясений.
Все эти факты свидетельствуют о том, что подземному толчку предшествуют какие-то физические явления. По если их чувствуют животные, то они могут быть зафиксированы и приборами. Предполагается, что в области будущего очага землетрясения происходит изменение физических параметров среды. В результате деформируется земная поверхность, изменяются упругие, магнитные, электрические свойства пород и т.д. Успех эксперимента зависит прежде всего от того, насколько близко будут расположены приборы от эпицентра прогнозируемого землетрясения, поскольку величины, характеризующие возможные параметры, убывают пропорционально квадрату расстояния от очага. Поэтому для решения задачи прогноза необходимо находить места, где землетрясения происходят достаточно часто.
Поиски предвестников землетрясения ведутся сейчас в нескольких направлениях. Пожалуй, одной из первых попыток «предсказать» землетрясение было изучение так называемых форшоков - слабых толчков, иногда предшествующих сильному подземному удару.
Частоты колебаний форшоков заметно выше, чем автершоков (толчков, следующих за сильным землетрясением). Длительность проявления этих высокочастотных толчков, возможно, как-то связана с силой готовящегося землетрясения и может помочь установить момент его возникновения. К сожалению, это происходит не всегда. Известно большое число землетрясений, когда сильный удар приходил совершенно неожиданно. Все же не исключено, что для отдельных типов землетрясений изучение характера мельчайших потрескиваний, фиксируемых только очень чувствительными приборами, может дать сведения о приближающейся катастрофе.
Следующий путь обнаружения предвестников землетрясений - исследование медленных движений земной коры - наклонов земной поверхности. Наклономеры различных систем, установленные более 25 лет назад на специальных бетонированных площадках или в штольнях, пробитых в скалах, фиксируют малейшие колебания поверхности Земли. Иногда перед подземным толчком были обнаружены «бури» наклонов. Как будто бы предвестник обнаружен! Однако в большинстве случаев наклономеры молчали. На показания данных приборов влияет множество факторов, в частности изменение атмосферного давления, длительно происходящее проседание фундамента и т.д. Говорить о прогнозе с помощью наклономеров как надежном способе преждевременно, но некоторые результаты все же обнадеживают. Обнаружено изменение наклонов в Токтогульской штольне перед двумя землетрясениями, возникшими вблизи аппаратуры. Одно - очень слабое (эпицентр 2 км) и второе - (эпицентр 5 км) силой до 6 баллов. В обоих случаях четко видно изменение характера наклонов за несколько часов до землетрясения.
В последнее время начал разрабатываться еще один метод прогноза землетрясений. Подземные удары представляют собой разрядку возникающих в земной коре напряжений. Очевидно, перед землетрясением такие напряжения возрастают. Это выражается в изменении скорости распространения упругих волн, отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн и отношения их амплитуд. Эксперименты, проведенные в Гармском районе Памира, позволили получить некоторые обнадеживающие результаты. Наблюдается следующая закономерность: чем сильнее землетрясение, тем дольше длится аномальное состояние.
Наконец, недавно наметилось еще одно перспективное направление - изучение изменений магнитного поля Земли. Постоянное магнитное поле нашей планеты состоит из двух частей. Основная часть поля обусловлена процессами в земном ядре, другая - вызывается горными породами, получившими намагниченность еще за время своего образования. Магнитное поле, создаваемое намагниченностью горных пород, изменяется с изменением тех напряжений, в которых находятся горные породы в земной коре.
Подготовка землетрясения, как мы уже отмечали, состоит в накапливании напряжений в каком-то участке земной коры, что неизбежно меняет магнитное поле на земной поверхности. Удалось обнаружить резкое изменение локального векового хода магнитного поля после землетрясения. Произведены опытные оценки величины изменения магнитного поля, которое должно произойти в момент землетрясения. Опыты с искусственными взрывами подтвердили правильность этих расчетов.
За последние годы обнаружены и изменения в магнитном поле незадолго до землетрясения. За 1 час. 6 мин. до начала разрушительного землетрясения, происшедшего на Аляске в марте 1964 г., было отмечено возмущение в магнитном поле Земли. Изменение градиента магнитного поля между двумя пунктами, вблизи которых произошел ряд землетрясений, наблюдалось в 1966 г. Эти исключительно интересные результаты нуждаются еще в проверке, которая подтвердила бы связь наблюдаемых явлений именно с землетрясениями.
Ведутся также поиски предвестников землетрясений путем исследования электропроводности горных пород в сейсмических районах. Замечено, что в некоторых местах землетрясения иногда сопровождаются грозовыми разрядами с молниями. Следовательно, сейсмическое напряжение каким-то образом связано с электрическим полем. В Японии, например, существует древняя традиция предсказывать землетрясения по необычному появлению молний при ясном небе.
Наконец, судя по опыту Ташкентского землетрясения, важным индикатором предстоящего сильного толчка является изменение содержания радона в подземных водах. За некоторое время до толчка заметно увеличивается его концентрация. Недавно обнаружена связь между землетрясениями и извержениями гейзеров (периодических извержений горячей воды и пара в некоторых вулканических районах). Оказалось, что в Йеллоустонском национальном парке (США) за 2-4 года перед каждым землетрясением интервалы между извержениями гейзеров уменьшаются, а после подземного толчка снова увеличиваются.
Мы остановились довольно подробно на прогнозе землетрясений, так как это - наиболее неожиданное и сложное природное явление. Опасность других возможных катастроф (гигантских волн цунами, извержений вулканов или падения крупных астероидов) уже сейчас сравнительно невелика и с каждым 10-летием будет резко уменьшаться, поскольку об их приближении мы можем знать заранее. Но в последние годы выяснилось, что человеческая деятельность может вызвать подземный толчок. В США, в штате Колорадо, военное ведомство закачивало на глубину в 3 км воду, в которой были растворены устаревшие отравляющие вещества. Через шесть недель в этом районе произошло первое за 70 лет землетрясение, затем толчки стали повторяться. По-видимому, нагнетаемая под большим давлением вода способствовала сдвигу пород по старым разломам. Когда перестали закачивать воду, землетрясения постепенно прекратились. Этот факт послужил основанием для разработки оригинального метода предотвращения сильного землетрясения. Если обводнение трещин способствует землетрясению, то с помощью поочередной закачки воды в разные участки крупного разлома можно путем серии слабых спровоцированных толчков снять существующие в Земле напряжения и тем самым предупредить катастрофическое землетрясение.
На практике этот метод означает следующее: в избранном месте разлома бурят три скважины на расстоянии примерно 500 м друг от друга. Из крайних скважин выкачиваются подземные воды, чтобы «запереть» сброс в этих двух точках. Затем под давлением закачивается вода в среднюю скважину: происходит «миниземлетрясение», и в глубинных породах снимается напряжение. Когда же выкачивается вода и из средней скважины, весь участок становится безопасным, по крайней мере на определенное время.
Такая обработка крупного разлома потребует бурения около 500 скважин по 5 км глубиной каждая.
Слабые землетрясения возникают и в районах, где незадолго перед этим были созданы крупные водохранилища. Дополнительный вес воды водохранилища оказывает давление на горные породы и тем самым создает условие для возникновения подземных толчков. Возможно, этому способствует также проникновение воды по трещинам на глубину, что облегчает смещение пород по разрывам.
Что касается прогноза , то здесь картина несколько иная: точность прогноза землетрясения приравнивается к нулю. Существующие 10% успеха падают на долю отдельных предсказаний в Средней Азии и Китае. Катастрофические вулканические извержения могут быть предсказаны более точно, приблизительно на 50%. Проблема предсказания наводнений решается успешно. Трассы тропических циклонов прогнозируются сравнительно точно, так же, как и сроки их прихода. Для этих двух стихийных бедствий балл прогноза приближается к 100%. Прогноз оползней довольно сложен. Как известно, некоторые катастрофические оползни произошли совершенно неожиданно.
Прогноз может быть любительским либо профессиональным, или научным. Возможно мы недооцениваем любительские прогнозы: люди наделены необыкновенной чувствительностью, могут увидеть нечто, другим людям недоступное. Неоднократно были случаи, когда неискушенные любители делали очень точные предсказания.
В качестве возможной основы прогноза принят целый ряд признаков. Наиболее важны и надежны из них следующие:
- 1) статистические методы;
- 2) выделение сейсмически активных зон, которые долго не испытывали сотрясений;
- 3) изучение быстрых смещений земной коры;
- 4) Исследование изменений соотношений скорости продольных и поперечных волн;
- 5) изменение магнитного поля и электропроводности горных пород;
- 6) изменения в составе газов, поступающих из глубин;
- 7) регистрация предваряющих толчков;
- 8) исследование распределения очагов во времени и пространстве.
Предпосылкой успешной защиты от природных катастроф является познание причин возникновения и их механизм. Зная сущность процессов, можно их предсказывать. Своевременный и точный прогноз катастроф является наиважнейшей предпосылкой эффективной защиты.
Сущность сейсмических явлений и вулканических извержений известна приблизительно на 50%. Лучше всего изучены поверхностные процессы - наводнения и оползни. Наши знания о тропических циклонах составляют примерно 75%.
В настоящее время отсутствуют достаточно надежные методы прогнозирования землетрясений и их последствий. Однако по изменению характерных свойств земли, а также необычному поведению живых организмов перед землетрясением (их называют предвестниками) ученым зачастую удается составлять прогнозы.
Предвестниками землетрясений являются: быстрый рост частоты слабых толчков (форшоков); деформация земной коры, определяемая наблюдением со спутников из космоса или съемкой на поверхности земли с помощью лазерных источников света; изменение отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн накануне землетрясения; изменение электросопротивления горных пород, уровня грунтовых вод в скважинах; содержание радона в воде и др.
Необычное поведение животных накануне землетрясения выражается в том, что, например, кошки покидают селения и переносят котят в луга, а птицы в клетках за 10 - 15 мин до начала землетрясения начинают летать; перед толчком слышатся необычные крики птиц; домашние животные в хлевах впадают в панику и др. Животные могут предчувствовать подземные толчки с магнитудой М4, глубиной очага до 150 км и на расстоянии от эпицентра в несколько сот километров.
Например, глубоководные рыбы накануне землетрясением поднимаются к поверхности. “Приборами” предупреждающими о предстоящих колебаниях земной поверхности служат плавательный пузырь (выполняющий роль резонатора колебаний и улавливают инфразвуковые волны) и боковая линия рыб (она усеяна электрорецепторами, способными принимать электрическое поле и низкочастотное колебание воды). Самыми чувствительными к подземным толчкам оказались крысы и мыши. Эти типично норные и осторожные животные выбираются из нор днем, бегают, кричат, бросаются друг на друга, собираются в стаи и бегают по улицам. Они способны за месяц-полтора уловить сигнал о приближающейся стихии. Даже некоторые растения способны предсказывать землетрясения (меняется цвет листьев из-за изменения концентрации газов в почве).
Традиционное разведение аквариумных рыбок на Японских Островах связано именно с высокой чувствительностью рыбок по отношению к приближающемуся землетрясению.
Почему живые организмы чувствуют приближение землетрясение? Ученые называют ряд причин: инфразвуковые волны, ультразвуки, вариации электоромагнитных полей, микросейсмическую активность земной коры, выделение из почвы родона. Перед стихией происходит изменение элктростатического заряда аэрозольный частиц воздуха, уровня грунтовых вод, давление воздуха, всевозможное проявления деформации земной поверхности, может меняться химический состав воды.
А ведь землетрясения бывают не только природного происхождения, но и возникают в результате деятельности человека. Например, Хибинский горный массив, что на Кольском полуострове в Заполярье: хозяйственное освоение Хибин началось в 1929 году с разработки крупнейших в мире месторождений фосфатного сырья.
К середине 90-х годов в результате добычи минерального сырья в Хибинах изъято и перемещено более 3 млрд. тонн горной массы. Карьерами и подземными рудниками образована прерывистая выемка площадью 10 квадратных километров при глубине до 600 метров. Прерывистая дуга из отвалов породы объемом в 400 млн. кубометров протянулась на 30 километров, а пространства на предгорной равнине площадью 67 квадратных километров покрылись отходами обогатительного производства ("хвостохранилища").
С 40-х годов нынешнего столетия участились подземные толчки не превышающие 4 баллов в эпицентре которые не воспринимались как сигнал тревоги, хотя их связь с промышленными нагрузками на недра была очевидной. В 1989 году после взрыва на одном из рудников последовал сейсмический толчок, сила которого составила 7-8 баллов в подземных выработках и до 5-6 баллов в разных частях города Кировска. Сообщалось о значительных повреждениях подземных коммуникаций и механизмов, промышленных объектов и жилых зданий. Очаг землетрясения находился на небольшой глубине от поверхности земли, и радиус ощутимого воздействия сейсмических колебаний не превысил 10 километров.
Были зафиксированы здесь и другие техногенные землетрясения. Например - шести бальное в 1993 году.
Проблема прогноза силы и времени землетрясений очень сложна, особенно в сейсмоопасных районах. В частности, остается неясным, почему ядерные взрывы внутри массива Хибин в 1972 и 1984 годах не привели к оживлению тектонических разломов, а заурядные промышленные взрывы сынициировали опасные толчки.
Землетрясения возникают и при добыче нефти и газа, порой с больших глубин. В результате образуются значительные по площади пустоты, что может привести к смещению даже сейсмически устойчивых геологических пластов. Такие пустые пространства рекомендуется заполнять водой, что в реальности не делается.
Причиной возникновения землетрясений могут быть подземные ядерные взрывы и промышленные взрывы.
Прогноз землетрясений - предположение о том, что землетрясение определённой магнитуды произойдет в определённом месте в определённое время (или в определённом диапазоне времени). Несмотря на значительные усилия сейсмологов в исследованиях, пока невозможно дать такой прогноз с точностью до дня или месяца и добиться того, чтобы предотвращённые потери устойчиво превосходили экономический ущерб от ложных тревог .
Учёные до сих пор не знают всех деталей физических процессов, связанных с землетрясениями, и методы, какими их можно точно предсказывать. Ряд явлений рассматриваются сейчас как возможные предвестники землетрясений: изменения в ионосфере, различные типы электромагнитных индикаторов, включая инфракрасные и радиоволны, выбросы радона , странное поведение животных.
По мнению Сейсмологического сообщества Америки, заявляемый метод прогноза, который бы был подтверждён как верный, должен обеспечить ожидаемую магнитуду с определённым допустимым отклонением, хорошо определённую зону эпицентра , диапазон времени, в которое произойдет это событие, и вероятность того, что оно действительно произойдет. Данные, на которых основан прогноз, должны поддаваться проверке и результат их обработки должен быть воспроизводим.
Достижение успеха в долгосрочных прогнозах (на годы или десятилетия) гораздо вероятнее достижения прогноза с точностью до месяца. Точные краткосрочные прогнозы (от часов до дня) на данный момент невозможны.
Проблема прогноза землетрясений
В рамках научных работ с целью предсказания землетрясений сейсмологи исследовали связь предстоящего землетрясения с движением земной коры , изменением уровня грунтовых вод в скважинах , выпуском радона или водорода , изменением ускорения сейсмических волн электромагнитными полями (сейсмоэлектромагнетизм), , масштабные изменения температуры почвы , изменения в концентрации ионов в ионосфере .
Тайна процессов землетрясений часто сподвигает необученных специально для этого людей заявлять о том, что им удалось найти решение проблемы прогноза землетрясений. Их фантастические теории прогноза землетрясений включают погодные условия и необычные облака, фазы луны. Но это всё - псевдонаучные теории.
История исследовательских программ
В США
В Японии
В Китае
В России
В 2016 году на SEISMO-2016 был представлен метод кратковременного прогноза землетрясений методом мониторинга волны Козырева-Ягодина, созданный в Хайфской лаборатории геофизиком А. Ягодиным и успешно прошедший испытания РЭС в 2012 году. Профессор Е.А. Рогожин в письме в МЧС написал:
"В ответ на Ваше письмо о создании Международной системы для решения задачи кратковременного и оперативного прогноза землетрясений Российский экспертный совет по прогнозу землетрясений и оценке сейсмической опасности и риска (РЭС) отвечает, что РЭС поддерживает Ваше предложение дополнить уже существующую Федеральную систему сейсмологических наблюдений и прогноза, сетью мониторинга KaY- волн после апробации этого метода на станциях России."
Предвестники
Многим землетрясениям, особенно крупным, предшествовали некоторые явления, не характерные для данной местности. В результате систематизации данных по крупным землетрясениям XVII - XXI веков, а также по летописей, в которых упоминаются события, связанные с землетрясениями был установлен ряд некоторых типичных явлений, которые могут служить оперативными предвестниками землетрясений. Так как землетрясения имеют различные механизмы возникновения, происходят в разных геологических условиях, в разное время суток и года сопутствующие явления, служащие предвестниками, тоже могут быть различными.
Практически все явления предвестники по состоянию на начало 2010-х годов имеют научное объяснение. Тем не менее, использовать их для оперативного оповещения удается крайне редко, поскольку явления-предвестники не являются специфичными именно для землетрясений. Например, атмосферные световые явления могут возникать в периоды геомагнитных бурь или иметь техногенную природу, а массовое беспокойство животных может быть вызвано надвигающимся циклоном.
В настоящее время выделяют следующие явления, которые могут служить предвестниками землетрясений: форшоки, аномальные атмосферные явления, изменения уровня грунтовых вод, беспокойное поведение животных.
Форшоки
Форшоки - умеренные землетрясения, которые предшествуют сильному. Высокая форшоковая активность в сочетании с другими явлениями может служить оперативным предвестником. Так, например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения в 1975 году .
Хотя половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа землетрясений форшоками являются только 5-10 %. Это часто порождает ложные предупреждения.
Оптические явления в атмосфере
С давних времен замечено, что многим крупным землетрясениям предшествуют необычные для данной местности оптические явления в атмосфере: сполохи, похожие на полярные сияния, световые столбы, облака странной формы. Появляются они как непосредственно перед толчками, но иногда могут происходить и за несколько суток. Так как эти явления обычно замечаются случайно людьми, не имеющими специальной подготовки, которые не могут дать объективного описания до массового появления мобильных фото- и видеоустройств анализ такой информации весьма сложен. Лишь в последнее десятилетие, с развитием спутникового мониторинга атмосферы, мобильной фотографии и автомобильных видеорегистраторов необычные оптические явления перед землетрясением были надежно зафиксированы, в частности перед Сычуаньским землетрясением .
По современным представлениям необычные оптические явления в атмосфере связаны с такими процессами в зоне будущего землетрясения как:
Изменение уровня грунтовых вод
Постфактум установлено, что многим крупным землетрясениям предшествовало аномальное изменение уровня грунтовых вод, как в колодцах и скважинах, так в ключах и родниках. В частности перед Чуйским землетрясением местами на поверхности почвы внезапно появились множественные ключи из которых стала достаточно быстро поступать вода. Тем не менее, значительная часть землетрясений не вызывала предшествующих изменений в водоносных горизонтах.
Беспокойное поведение животных
Достоверно засвидетельствовано, что основным толчкам многим сильным землетрясениям предшествует необъяснимое беспокойство животных на значительной территории. Наиболее вероятно, что животные ощущают при этом непривычные вибрации или реагируют на инфразвуковые колебания. Такое наблюдалось, например, при Крымских землетрясениях 1927 года , перед Ашхабадским землетрясением и перед Чуйским землетрясением . Но перед Спитакским землетрясением и землетрясением в Нефтегорске массового аномального поведения животных замечено не было.
Попытки прогнозов
Италия
20 сентября 2011 г. шесть итальянских геофизиков-вулканологов предстали перед судом по обвинению в неспособности предсказать катастрофические последствия землетрясения в Л’Акуиле (2009) .
Китай
Хайчэнская эвакуация
После серии форшоков (некоторые из которых смогли нанести некоторый ущерб зданиям) некоторые местные руководители эвакуировали население. Через некоторое время произошло крупное землетрясение с M7.3 . И хотя разговоры о возможности такого землетрясения на северо-востоке Китая были ещё несколько лет назад, конкретного прогноза сформулировано не было.
Примечания
- Earthquake Prediction . Ruth Ludwin, U.S. Geological Survey.
- Михаил Родкин Прогноз землетрясений: крушение надежд? // Наука и жизнь . - 2017. - № 2. - С. 50-55. - URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/30653/
- Катастрофы в природе: землетрясения - Батыр Каррыев - Ridero (неопр.) . ridero.ru. Дата обращения 14 марта 2016.
- Sato, H. Precursory Land Tilt prior to the Tonankai Earthquake of 1944 // Some Precursors prior to Recent Great Earthquakes along the Nankai Trough. - 1977. - Vol. 25 (Suppl.). - P. 115–121.
- Mogi, K. Temporal variation of crustal deformation during the days preceding a thrust-type great earthquake--The 1944 Tonankai earthquake of magnitude 8.1 (англ.) // Pure and Applied Geophysics: journal. - 1984. - Vol. 122 . - P. 765-780 .
- Roeloffs, E. et al. Water level and strain changes preceding and following the August 4, 1985 Kettleman Hills, California, earthquake (англ.) // Pure and Applied Geophysics: journal. - 1997. - Vol. 149 . - P. 21-60 . - DOI :10.1007/BF00945160 .
- Tsunogai, U. & Wakita, H. Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan (англ.) // Science: journal. - 1995. - Vol. 269 , no. 5220 . - P. 61-63 . - DOI :10.1126/science.269.5220.61 . - PMID 17787705 .
- Wakita, H. Earthquake chemistry II, collected papers, edn. - Laboratory for Earthquake Chemistry, Faculty of Science, University of Tokyo, Tokyo, 1996. - Vol. II.
- Talwani et al. Prediction of an earthquake at Blue Mountain lake (needs completion) (англ.) : journal. - 1971.
- Fraser-Smith, A.C., Bernardi, A., McGill, P.R., Ladd, M.E., Helliwell, R.A. & Villard Jr., O.G. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake (англ.) // Geophysical Research Letters (англ.) русск. : journal. - 1990. - Vol. 17 , no. 9 . - P. 1465-1468 . - DOI :10.1029/GL017i009p01465 . - Bibcode : 1990GeoRL..17.1465F .
- De Swaaf, Kirt. Da rumort es ständig im Untergrund", Interview with Pier Francesco Biagi (нем.) // Der Standard (англ.) русск. : magazin. - 2011. - 22 Märzes.
- Earthquake prediction: Gone and back again (неопр.) . Earth magazine (confirmation of partial list) (7 апреля 2009). Дата обращения 8 августа 2011. Архивировано 30 апреля 2009 года.
- Alden, Andrew The Bogeyman of Earthquake Prediction (неопр.) . Geology.about.com . Дата обращения 25 февраля 2011. Архивировано 24 августа 2012 года.
- Scholz, C., What Ever Happened to Earthquake Prediction? Geotimes, Vol 17, March 1997
- NEHRP website
- . Mervis, Jeffrey, Earthquake Scientists Hope That Recent Rumblings Will Lead To More Funding , The Scientist , April 2, 1990