22.04.2005. - Можно ли прогнозировать землетрясение?

Можно ли прогнозировать землетрясение?

С развитием космической техники начались интенсивные исследования состояния межпланетного пространства, магнитосферы, радиационных поясов Земли и земной ионосферы…

Землетрясение — одно из самых неожиданных, а потому и одно из самых разрушительных естественных катастроф на Земле. Последствия его воздействия определяются не только нередко гигантскими материальными и человеческими потерями. Неожиданность и грандиозность разрушений и жертв оставляет глубокую психологическую травму у людей и вызывает ощущение беспомощности.

Этот вопрос возникает в свете того, что произошло накануне новогодних праздников 2005 года на курортах юго-восточной Азии.

Любому здравомыслящему человеку понятно, что речь может идти лишь о возможностях современной науки. Обладает ли современная наука достаточным для этого уровнем понимания процессов, приводящих, в конце концов, к землетрясению. Отсюда, как следствие, и ответ на вопрос, знаем ли мы такие физические характеристики этого явления, наблюдение за которыми позволит прогнозировать возможность землетрясения Попытки научиться заблаговременно обнаруживать возможность землетрясения начались давно и не прекращаются и по ныне. В настоящее время одно перечисление предложенных способов заняло бы много места. Здесь и наблюдения за поведением животных и использование экстрасенсов, различные методы математической и физической статистики, мониторинг сейсмических волн многочисленными сейсмическими станциями, разбросанными по всей Земле, наблюдения за Солнцем и Луной, наблюдения за уровнем воды в скважинах в земной коре и темпом выхода различных газов из этих скважин.

С развитием космической техники начались интенсивные исследования состояния межпланетного пространства, магнитосферы, радиационных поясов Земли и земной ионосферы, активных процессов на Солнце, состояния литосферы и процессов взаимодействия земной литосферы и атмосферы через ионосферу и магнитосферу с окружающим космическим пространством. В последние годы удалось обнаружить ряд качественных связей между активными, вспышечными процессами в атмосфере Солнца, возмущениями в плазме солнечного ветра, динамикой магнитосферы, радиационных поясов и ионосферы Земли и произошедшими в последствии землетрясениями. Однако дальше этого дело разработки методики прогноза землетрясений не пошло. Количественной, практически надежной, методики прогноза землетрясения любого временного уровня (долгосрочной, среднесрочной или краткосрочной) пока нет.

Люди, живущие в сейсмически спокойных регионах Земли, и не подозревают, что землетрясения на планете происходят в большом, если не сказать огромном, количестве — более ста тысяч в год. Конечно, в основном это землетрясения не большой магнитуды, не вызывающие значительных разрушений и тем более человеческих жертв. Однако и такие, тяжкие по своим последствиям землетрясения, как те, о которых люди услышали в канун нового 2005 года, не редкость на Земле.

В истории человечества известны землетрясения, когда погибали десятки и сотни тысяч людей. Так во время землетрясение 23 января 1556 года в Китае, в провинции Шенси, погибло около 830 000 человек, в Иране, 28 февраля 1780 года, землетрясение унесло жизнь 200 000 человек.

Уже в 20 столетии люди стали свидетелями целого ряда трагических землетрясений, произошедших в самых разных местах планеты.

Китай, 1920 год и 1927 год, в разных провинциях, погибло 200 000 человек в каждом случае; Япония, 1923 год, мощное землетрясение унесло жизнь более 140 000 человек. На Американском континенте, в Перу, землетрясение 31 мая 1970 года стало причиной гибели свыше 60 000 человек. Список мест сильных, трагических по своим последствиям, землетрясениям охватывает практически все континенты. И вот начало 21 столетия отмечено новым, трагическим землетрясением.

Первый вопрос, который возникает у всякого, кто пытается разрешить сформулированную выше проблему: имеет ли какое-либо отношение к такому феномену как землетрясение то, что происходит в околоземном космическом пространстве или это сугубо внутреннее дело Земли. Как это не покажется странным, ответ двоякий — и да и нет.

Надо иметь в виду, что энергия, выделяющаяся в период землетрясения, особенно крупного, c магнитудой 8-9, чрезвычайно велика, порядка 1018 1020 джоулей. Такой величины энергия, в принципе, может переноситься в околоземном космическом пространстве потоком солнечного вещества, выброшенного во время мощной солнечной вспышки (так называемые корональные выбросы вещества). Однако, известные механизмы передачи энергии, будь то гравитационное или электромагнитное взаимодействия, не могут обеспечить быструю трансформацию этой энергии в энергию механического напряжения земных пород. Накопление столь большой энергии происходит по чисто земным причинам. В этом смысле быть или не быть землетрясению — дело внутреннее. То есть подготовка условий в очаге землетрясения — дело сугубо личное — земное.

Хорошо, пусть так, но не играют ли внешние, космофизические, причины роль триггера (спускового механизма). Обнаружение этого дало бы в руки людей практически самое важное — возможность прогнозировать естественные катастрофы, пусть даже не зная их истиной причины. Многочисленные попытки скоррелировать моменты возникновения землетрясений с различными космофизическими явлениями дали неоднозначный ответ.

Так хорошо известно, что результатом гравитационного взаимодействия Земли, Луны и Солнца является приливная волна в земной коре, которая создает в ней периодические деформации. Наибольшая амплитуда таких деформаций приходится на моменты новолуний и полнолуний.

Давно уже проводятся попытки выяснить — не существует ли связь между лунными фазами и землетрясениями. Исследования в этом направлении привели к следующему выводу: в некоторых сейсмических регионах величина корреляции наступления землетрясения с моментом лунных фаз высокая, для других сейсмических регионов такой корреляции не наблюдается.

Другая неожиданно высокая корреляция была обнаружена между моментом наступления землетрясения и пересечением Землею так называемых секторных границ межпланетного магнитного поля.

Мы знаем, что межпланетное пространство заполнено веществом, так называемым солнечным ветром, который, истекая из Солнца, вытягивает в межпланетное пространство и солнечное магнитное поле. Из него и формируется межпланетное магнитное поле. При этом межпланетное магнитное поле (ММП) сильно варьируется во времени по величине и имеет сложную геометрию. И то и другое формируется, как активными процессами на Солнце, так и его вращением. Одной из характеристик межпланетного магнитного поля как раз и является его секторная структура. Выделяются они тем, что направление силовых линий межпланетного магнитного поля в них разное — либо к Солнцу, либо от Солнца. При этом на границах секторов наблюдается высокая скорость солнечного ветра и повышенная плотность вещества в нем. Количество отдельных секторов меняется с солнечным циклом.

По своей величине межпланетное магнитное поле гораздо слабее земного магнитного поля, но вот что выяснилось совершенно неожиданно. Сильные землетрясения, то есть землетрясения большой магнитуды, для которых характерны катастрофические последствиями, как правило, происходят либо буквально в дни, когда Земля пересекает секторную границу межпланетного магнитного поля, либо отделены от этого момента на несколько дней. Это хорошо видно на диаграмме (рис.1), где, для примера, представлено распределение землетрясений с магнитудой больше чем 6,3 за период 1970-1992 годы, не зависимо от региона, относительно дня пересечения Землёю секторной границы межпланетного магнитного поля.

Что же мы имеем? С одной стороны, кажется, удалось выловить некоторую космофизическую характеристику, хорошо коррелирующую с землетрясениями, с другой — этого явно не достаточно, чтобы праздновать победу.

Уже из диаграммы видно, что есть случаи, когда землетрясения либо опережают на несколько дней момент пересечения Землею секторной границы межпланетного магнитного поля, либо на несколько дней отстают от него. Тем самым, к сожалению, практическая значимость найденного результата сильно снижается.

Фактически то, что удалось установить лишь корреляционные связи между космофизическими явлениями и землетрясением совершенно естественный результат. Землетрясение, как мы говорили, — явление в первую очередь определяющееся внутриземными причинами. Подготовка к нему (накопление энергии), возникновение в земной коре сильных напряжений — это игра сил внутри Земли.

Если все готово, все как бы находится в неустойчивом равновесии, то достаточно самой малости и происходит срыв. Роль этого малого толчка выполняет во многих случаях космофизическая причина, в частности, те силы, которые действуют на Землю в момент пересечения ею секторной границы межпланетного магнитного поля.

Природа этих сил связана с электромагнитострикцией — явлением хорошо известным тем, кто изучает свойства веществ, находящихся в переменных электрических и магнитных полях.

Таким образом, мы видим, что и гравитационные силы и электромагнитострикционное воздействие может играть роль триггера в случаях с землетрясением, но не дает нам в руки способа прогнозирования землетрясения. Такой способ может возникнуть лишь при использовании некого физического явления, характеристики которого способны непрерывно отслеживать изменения динамических напряжений в земной коре, не зависимо от причины их вызывающей. Знаем ли мы такой феномен?

На этот вопрос в настоящее время можно ответить положительно. Таким феноменом является нейтронное поле Земли. Подробный рассказ о природе и динамике нейтронного поля Земли мы уже вели на страницах сетевого журнала «ИНТЕЛЛИГЕНТ». Здесь же более подробно поговорим о возможностях использования непрерывных наблюдений за вариациями нейтронного поля Земли с целью создания краткосрочного (десятки часов — сутки) прогноза землетрясений.

Напомним, что основной физической характеристикой нейтронного поля Земли есть поток нейтронов от земной коры. Величина его и временная динамика существенным образом зависит от состояния земной коры; то есть в первую очередь от статических и динамических напряжений, возникающих в земной коре. При этом совершенно не имеет значение причина этих напряжений. А теперь вспомним, что для того, чтобы произошло землетрясение, необходимо накопление огромной величины энергии, которая приводит к сильнейшим напряжениям в земной коре. Но ведь от этих напряжений зависит величина нейтронного излучения вблизи земной коры. Отсюда следует: динамика напряжений в земной коре полностью отслеживается в динамике нейтронного поля Земли и, если ее (эту динамику) регистрировать, то мы сможем предвидеть наступление момента землетрясения.

Как же надо организовать наблюдения за нейтронным полем Земли с целью создания эффективного метода краткосрочного прогноза землетрясений?

В каких местах надо вести наблюдения, сколько пунктов наблюдения необходимо иметь для точного прогноза момента и места землетрясения? Можно ли при этом прогнозировать и силу землетрясения?

Фактически уже накопленные сведения о временных вариациях нейтронного поля Земли позволяют оптимистически смотреть в будущее при решении этих вопросов.

Несколько лет назад сотрудники Института сейсмологии, Академии Наук Республики Казахстан провели длительные одновременные наблюдения в сейсмическом регионе, вблизи города Алматы, в горах Тянь-Шаня, нейтронного поля Земли и сейсмической обстановки окружающей территории. Аппаратура для наблюдений находилась в шахте, на глубине порядка 40 метров. За время наблюдений (март 1996 год по май 1998 год) сейсмическими приборами было зафиксировано в общей сложности порядка 50 землетрясений класса от 11,4 до 14,3 (энергия землетрясений до 3*1014 Дж), эпицентры которых находились на расстояниях 120–900 км от точки наблюдения. Сравнение данных по временным вариациям нейтронного поля Земли и по сейсмической обстановке позволили получить два многообещающих результата, не смотря на то, что используемые детекторы нейтронов обеспечивали достоверный результат лишь при часовом усреднении.

Во первых — в среднем за сутки до землетрясения в нейтронном поле Земли регистрировался всплеск излучения превышающий в 2,5 — 3 раза среднечасовое значение фоновой величины.

Во вторых — между величиной всплеска и классом землетрясения обнаружилась линейная зависимость.

С конца 2001 года в одном из самых сейсмически активных регионах на Земле, где к тому же и самое большое на Земле скопление действующих вулканов — на Камчатке, ведутся непрерывные наблюдения за временными вариациями нейтронного поля Земли. Поскольку наблюдения за сейсмичностью и вулканической активностью Камчатки организованы с начала 20 века, то включение в систему одновременных наблюдений ещё и нейтронного поля позволило, тем самым, начать планомерную работу по разработке научно - обоснованной методике краткосрочного прогноза землетрясений и активизации вулканической деятельности.

Как же далеко удалось продвинуться на этом пути к настоящему времени? Уже первое сравнение данных наблюдения за вариациями нейтронного поля в сейсмически активном регионе — на Камчатке и сейсмически спокойном регионе — Москва подтвердило заключение о том, что нейтронное поле Земли чутко реагирует на состояние земной коры. Всплески нейтронного излучения на Камчатке несравнимо более мощные, чем в Москве по амплитуде, происходят с гораздо большей частотой и более продолжительные во времени. Связано это, несомненно, со значительно большими динамическими напряжениями земной коры на Камчатке.

Анализируя физические и геофизические сведения о катастрофических по своим последствиям землетрясениях, можно придти к заключению, что такие последствия вызваны не только величиной высвобождаемой энергии, то есть большой магнитудой, но и глубиной залегания гипоцентра землетрясения. Более того, возникает ощущение, что землетрясение с магнитудой 5 и глубиной залегания гипоцентра порядка 5–10 км может привести к разрушениям и человеческим жертвам гораздо большего масштаба, чем землетрясение с большей магнитудой, но залегающее на глубине сотни км.

По этим причинам мы провели анализ данных по нейтронному излучению в Камчатском регионе за период в 72 часа до землетрясения с магнитудой больше и равной 4,5; эпицентры которых находились на расстоянии не более 500 км от места нахождения нейтронного детектора, а гипоцентр располагался не глубже 100 км. За период ноябрь 2001 года — апрель 2004 года удалось собрать информацию по 107 землетрясениям. Уже на этой статистике, похоже, можно выявить определенные закономерности:

1. За несколько дней до землетрясения величина вариаций нейтронного излучения вблизи земной поверхности увеличивается во много раз. При этом число всплесков в нейтронном излучении, с часовым значением амплитуды в 10 и более раз превышающей фон, на 72 часовом интервале довольно устойчиво (не менее двух).

2. Интервал времени между максимальными по амплитуде всплесками также достаточно устойчив, порядка 20-22 часов.

3. Временной интервал между последним всплеском и землетрясением составляет 7-12 часов. На это время как бы происходит “замирание” в вариациях нейтронного излучения от земной коры.

Итак, исследования нейтронного поля Земли указывают на перспективность использования его с целью предсказания естественных катастроф, в частности, с целью прогноза землетрясений.

Как же надо организовать эти наблюдения?

Где и сколько надо расположить детекторов нейтронов?

Мы уже говорили, что напряжения, возникающие в земной коре в период подготовки к сильным землетрясениям, приводят к заметным изменениям в нейтронном излучении по всей земной поверхности. В этом смысле можно зарегистрировать необычные вариации нейтронного поля, находясь за тысячи километров от места будущего землетрясения. Такие примеры у нас есть.

Так за 22 часа до трагического землетрясения в Турции, произошедшего 17 августа 1999 года, на установке в Москве двумя, независимо работающими модулями, было зарегистрировано необычное по амплитуде и временным характеристикам возрастание. Однако, понятно, что этого крайне недостаточно, чтобы говорить о месте землетрясения. Необходимо иметь несколько пунктов непрерывного наблюдения, чтобы потом “триангуляционными” методами пытаться установить место возможного землетрясения.

И все же наиболее правильным подходом в деле создании эффективного способа краткосрочного прогноза землетрясений представляется следующий:

Мы уже хорошо знаем регионы повышенной сейсмоактивности, там, где за длительное время неоднократно происходили катастрофические землетрясения. Именно в этих регионах в нескольких пунктах, разнесенных примерно на 100 км друг от друга, необходимо вести непрерывные наблюдения за временными вариациями нейтронного поля Земли.

Есть надежда, что такой подход позволит получить комплексное решение проблемы прогноза землетрясения: с определением места, времени, а возможно и силы землетрясения.

Борис Михайлович Кужевский

http://www.iamik.ru/21440.html 21.04.2005