Современное прогнозирование землетрясений

Оглавление 

Введение3

Первые прогнозы землетрясений5

Виды прогноза6

Предвестники  землетрясений8

Современное прогнозирование  землетрясений12

Заключение15

Список используемой литературы .…………………………………………….17

Дополнительно………………………………………...…………………………18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

В недрах нашей планеты непрерывно происходят внутренние процессы, изменяющие лик  Земли. Чаще всего эти изменения  медленные, постепенные. Точные измерения показывают, что одни участки земной поверхности поднимаются, другие опускаются. Не остаются постоянными даже расстояния между континентами. Иногда внутренние процессы протекают бурно и грозная стихия землетрясений превращает в развалины города, опустошает целые районы.

Под угрозой  землетрясений находятся обширные территории, многие густонаселенные  области и даже целые страны, например Япония. Наибольшая опасность землетрясений  заключается в их неожиданности  и неотвратимости. Однако научные  достижения последних лет открывают  реальные возможности не только предсказывать  землетрясения, но и влиять на их ход.

Слово “землетрясение” - русское, и смысл  его ясен: землетрясение – это  трясение земли. А точнее, землетрясение  – это колебание земной поверхности  при прохождении волн от подземного источника энергии.

По-гречески землетрясение – seismos, следовательно, сейсмические явления – это те, что связаны с землетрясениями, а именно сейсмические волны, сейсмические приборы (сейсмографы), записи сейсмических колебаний (сейсмограммы), сейсмические станции и т.д.

Землетрясения – важная составная часть окружающей нас среды, и ни один район земного шара нельзя считать полностью от них избавленным. Сейсмологи работают во всех развитых, а также во многих развивающихся странах. Они интересуются, почему и как происходят землетрясения. Изучая волны, проходящие через Землю при землетрясениях, ученые воссоздают существенные детали ее внутреннего строения. Разработанные для такого изучения методы оказались полезными также при поисках нефти и других полезных ископаемых. В странах, где землетрясения происходят часто, возникают важные социальные и экономические проблемы, специальные задачи должны решать архитекторы и инженеры. Таким образом, сейсмология служит как практической деятельности человека, так и познанию фундаментальных законов природы.

Сейсмология – это часть более широкой науки - геофизики, возникшей как пересечение и связующее звено двух более старых наук – геологии и физики. Геология в широком смысле слова занимается всесторонним изучением Земли, однако в настоящее время ее предметом, как правило, считают преимущественно описательное изучение происхождения и свойств горных пород и содержащихся в них ископаемых, а также преобразований земной поверхности под воздействием высоких температур, давления, электричества и других сил. В сферу действия геофизики попадают, таким образом, разделы геологии, связанные с физическими измерениями и расчетами, и разделы физики, рассматривающие Землю и ее атмосферу.  

ПЕРВЫЕ  ПРОГНОЗЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ  

Проблема  прогноза землетрясений интересовала человечество со времен его появления. В течение столетий землетрясения  и их предсказание были окружены многими  легендами. Например, в древние времена  землетрясения воспринимались человеком  как какая-то кара за проступки, Аристотель размышлял о землетрясениях, как  о результате деятельности воздуха  и паров в пещерах, в 19 веке французский  ученый Пере и немецкий - Рудольф  Фальтом искали и находили связь между землетрясениями и положением небесных светил. Впервые научную и вполне обоснованную точку зрения о причинах землетрясения высказал в 1757 году М.В.Ломоносов. В своей речи “о рождении металлов от трясения Земли” он разделил землетрясения на 4 типа, причем, впервые были установлены волнообразные колебания, распространяющиеся в коре, и нечувствительные трясения, незаметные для ощущения. Эдуард Зюсс высказал учение о связи землетрясения с тектоническими процессами. Там образом, проблемы прогноза землетрясений интересовала человечество многие века.

После ряда разрушительных землетрясений  во многих странах мира - в Японии, США, КНР и в те годы еще не распавшемся  СССР в первую очередь начались организационные  работы по прогнозу землетрясений. В  СССР это была вторая попытка: еще  в 50-х годах прошлого века под  руководством академика Г.А.Гамбурцева была развернута программа исследований по прогнозу землетрясений. Были получены новые, необычайно интересные сведения о строении земной коры, проведены региональные сейсмологические наблюдения, поставлены работы по поиску различных геофизических предвестников землетрясений. Результатов было много, ожидавшихся признаков грядущих подземных ударов выявить не удалось: они утонули в шуме побочных процессов в Земле, остались не замеченными и неисследованными. Первый подход к прогнозу окончился полной неудачей.

Следующую попытку предприняли в КНР. Китайские  сейсмологи, учившиеся в 50-е годы в СССР, постарались учесть наш  опыт. Прогнозные работы в КНР были развернуты с необычайной широтой. Здесь было создано Центральное  сейсмологическое бюро и провинциальные центры, куда должны были регулярно  поступать сведения о всякого  рода аномалиях в природе. Работа началась, опыт копился, несколько раз  довольно удачно сейсмологи указывали  места и примерное время землетрясений. И первая грандиозная удача о которой китайские сейсмологи подробно рассказали в 1976 году на Межправительственном совещании ЮНЕСКО – это предсказанное за несколько часов землетрясение 1975 года в городе Хайчен. Общее ликование было, однако, преждевременным. Далеко не все землетрясения следовали Хайченскому образцу. Трагедии не заставила себя ждать. 26 июля 1976 года произошло не предсказуемое землетрясения с магнитудой 7 и эпицентром в 150 км к востоку от Пекина.

После этого случая оптимизм мировой общественности относительно прогноза землетрясений  сильно уменьшился. А дела у сейсмологов  шли с переменным успехом. Было 2-3 боле и менее удачных предсказаний времени и места землетрясения  в Мексике. В Китае тоже несколько  раз прогноз оправдывался с относительной  точностью. Но основной процент составляли землетрясения, которые не были предсказаны…

ВИДЫ  ПРОГНОЗА

Различают долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный  прогнозы. Наименее дискуссионным, пожалуй, является долгосрочный прогноз, плавно смыкающийся с задачами районировании. Этот прогноз основывается на наблюдениях за изменением режима землетрясений, т.е. за появлением зон сейсмического застоя, за изменениями напряженного состояния вещества литосферы, изменением ее сейсмической прозрачности, наблюдении за тем, как отдельные небольшие блоки в своем поведении постепенно отказываются от самостоятельности и объединяются в процессе подготовки одного большого удара. Наблюдения над этими процессами могут дать сведения о подготовке землетрясения за срок от нескольких месяцев до нескольких лет. 

Среднесрочный прогноз, дающий возможность получить предупреждение о сейсмическом событии за недели-месяцы обладает практической конкретностью. Этот прогностический уровень предполагает сценарий развития процесса разрушения по данным текущих наблюдений за геофизическими полями, за изменениями наклонов земной поверхности, режимные наблюдения над дебитом и химическим составом водных источников и глубоких водяных, нефтяных и газовых скважин. Используются формализированные критерии оценки статистической значимости каждого из предвестников и их комплекса. На основе установленных главным образом эмперических связей между параметрами предвестников и землетрясениями находится оценка места и магнитуды ожидаемого землетрясения.

Успехи  по исследованиям среднесрочных  предвестников скромны. Также как  и в долгосрочном прогнозе специалисты вправе гордится конкретными результатами, но это исключение в общем потоке событий.

Краткосрочный прогноз – прогноз с заблаговременностью в несколько часов или дней. Здесь сохраняют силу почти все методы, описанные выше, но особое внимание уделяют активизации процесса изменения напряженно-деформированного состояния.

К надежности краткосрочного прогноза ввиду его  большого социального значения должны предъявляться самые строгие  требования. Особенно высока ответственность  ученых и должностных лиц при  объявлении “сейсмической тревоги”. Чтобы было понятно, насколько не проста здесь ситуация, напомним о  знаменитом прогнозе китайских сейсмологов. В 1975 году они неоднократно объявляли  тревогу в районе относительно небольшого города Хайчена, даже проводили эвакуацию населения. Несколько тревог оказались ложными, но в условиях аграрного района это не приводило к значительным экономическим потерям. Зато одна из эвакуаций была проведена за 2 часа до 9-бального землетрясения и позволила сохранить тысячи жизней. Однако уже в следующем году, обнаружив предвестники надвигающегося землетрясения, ученые не решились объявить тревогу в г.Таншане с населением 1.3 млн. человек и развитой горнодобывающей промышленностью. Последовавшее землетрясение привело к гибели сотен тысяч людей.

ПРЕДВЕСТНИКИ  ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

СОВРЕМЕННОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

В последние  годы в исследованиях по прогнозу землетрясений стали широко применяться  космические средства наблюдения. Сильные  землетрясения — это крупномасштабные события, дающие мозаичную картину  предвестников на большой территории. Новые спутниковые технологии позволяют  отслеживать деформации земной поверхности, изменения температуры почв при  выбросах глубинных флюидов, изменения  в свойствах ионосферы, связанные  с подготовкой и реализацией  сильных землетрясений.

В работах  по прогнозу землетрясений NASA, например, делает ставку на массированное использование  высокоточной системы глобального  позиционирования GPS, а также появившихся  чуть позже спутниковых радаров  с синтетической апертурой InSAR. GPS позволяет с точностью до миллиметров отслеживать положения точек земной поверхности, где установлены стационарные приемники, и оценивать скорости их движения. Предполагается, например, что отклонения от равномерного смещения вдоль разломов системы Сан-Андреас в Калифорнии — одного из самых сейсмически активных районов Северной Америки — позволят выявить места зацепок и накопления напряжений, то есть вероятные места готовящихся землетрясений. Технология InSAR дает площадные изображения смещений земной поверхности за интервалы времени между последовательными обзорами территории. Объединение данных GPS и InSAR обеспечивает возможности мониторинга движений земной поверхности, немыслимые еще несколько лет назад. Остается только непростая задача: выделить из этих данных сигнал, позволяющий прогнозировать место и силу будущего землетрясения.

Другой  прорыв в исследовании землетрясений  реализуется в настоящее время  совместно Геологической службой США (USGS), Международной научной программой глубокого континентального бурения (ICDP) и Национальным научным фондом США (NSF). Он состоит в том, чтобы подобраться к самому очагу землетрясения. С этой целью начиная с 2004 года бурилась специальная скважина, которая в прошлом году пересекла тело разлома Сан-Андреас на глубине 3 километров. В настоящее время в скважине устанавливают приборы глубинной обсерватории SAFOD (San Andreas Fault Observatory in Depth), которые будут передавать информацию непосредственно из зоны готовящихся очагов землетрясений.

Среди современных европейских систем наблюдения особый интерес представляет французская программа на основе запущенного в 2004 году спутника DEMETER (Detection of ElectroMagnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions). Она предусматривает проведение как дистанционных, так и наземных наблюдений с целью проверки и привязки космических данных. Эта программа интересна тем, что ориентирована на прогнозирование землетрясений по данным об изменении состояния ионосферы. Правда, пока еще рано говорить о получении на данном направлении значимых результатов.

Подводя итог, можно сказать, что согласно современным представлениям прогноз  землетрясений принципиально возможен, по крайней мере, в вероятностном  понимании. Но какой точности прогноза реально достичь — еще не ясно. Хочется также отметить, что, хотя справиться с задачей пока не удалось, работы по прогнозу землетрясений принесли немало пользы для науки в целом. Они оказались пионерскими для широкой и крайне актуальной сферы исследований: изучения признаков неустойчивости в поведении сложных динамических систем самой разной физической природы. Ранее, в середине прошлого века, сейсмология оказалась первой областью знания, где стала понятна особая роль степенных распределений. В настоящее время разработанные в сейсмологии общие подходы применяются к оценке устойчивости самых разных динамических систем, вплоть до экономических и социальных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Однако  проблема “что делать с прогнозом” остается. Некоторые сейсмологи сочли  бы свой долг выполненным, предав свое предупреждение по телеграфу премьер  – министру, другие пытаются подключить социологов к исследованию вопроса  о том, какова будет наиболее вероятная  реакция общества на сделанное предупреждение. Простой гражданин едва ли будет  обрадован сообщению, что городской  совет предлагает ему посмотреть кинокартину на открытом воздухе  в городском сквере, если он будет  знать, что его дом по всей вероятности  будет разрушен через один или  два часа.

Нет сомнений, что социальные и экономические  проблемы, которые возникнут в  результате предупреждения, будут весьма серьезными, но что произойдет в  действительности в большей степени, зависит от содержания предупреждения. В настоящее время представляется вероятным, что сейсмологи вначале  будут делать заблаговременные предупреждения, возможно, на несколько лет вперед, а затем постепенно уточнять время, место и возможную магнитуду  ожидаемого землетрясения по мере его  приближения. Ведь стоит сделать  предупреждение, и страховые премии, как и цены на недвижимость резко  изменятся, может начаться миграция населения, новые строительные объекты  будут заморожены, начнется безработица  среди рабочих, занятых ремонтом окраской зданий. 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.

Нужно 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.

Каждое  землетрясение – это и урок, и экзамен. И не только для сейсмологов, специализирующихся и, может быть, наиболее способных учеников по классу землетрясений  в Школе Природы, но и для проектировщиков, землеустроителей и экономистов. Более  того, для всех жителей поражаемых подземными бурями областей.  

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Журнал «Вокруг света» №6 (2813) | Июнь 2008
2. Моргунов В.А. Реальности прогноза землетрясений. Физика Земли. 1999. №1. С.79-91.
3. Соломатина Э.К. Предвидеть земную бурю. Наука в СССР. 1990. №3. С. 5-13.
4. www.everyday.com
5. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 312 с.
6. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов, 2-е изд. / под ред. Михайлова Л.А. –СПб.: Питер,2008.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Шкалы сейсмоактивности 
 

Наиболее  разрушительные землетрясения 

• 23 января 1556 — Ганьсу и Шеньси, Китай — 830 000 человек погибло
• 1737 — Калькутта, Индия — 300 000 человек погибло
• 1755 — Лиссабон — от 60 000 до 100 000 человек погибло
• 1923 — Токио и Йокогама, Япония (8,3 по Рихтеру) — 143 000 человек погибло, около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров
• 1948 — Ашхабадское землетрясение, Туркмения — 110 000 человек погибло
• 26 апреля 1966 — Ташкентское землетрясение — (5.3 по Рихтеру) сильно разрушен город, 8 человек погибло.
• 28 июля 1976 — Таньшань, Северо-восточный Китай (8,2 по Рихтеру) — более 655 000 человек погибло
• 1985 — Мексика (8,2 по Рихтеру) — более 7 500 человек погибло
• 7 декабря 1988 — Спитакское землетрясение: Армения, разрушены города Спитак, Ленинакан и множество посёлков, 25 000 человек погибло. Cтолько же получило увечья
• 28 мая 1995 — Нефтегорск, Северо-восточный Сахалин (магнитуда — 7.5) 1841  человек погибло
• Сычуаньское землетрясение (2008)