Землетрясение в Японии было предсказано российскими учеными

Почему никто не прислушался?

Сильнейшее землетрясение и последовавшее за ним цунами ввергло в шок не только Японию, но и весь мир. Серия толчков, самый мощный из которых — с магнитудой 8,9 по шкале Рихтера, привела к колоссальным разрушениям. Значительная часть промышленной и транспортной инфраструктуры Страны восходящего солнца — в руинах. О количестве жертв точных сведений нет — в пострадавших районах царит хаос. Этот катаклизм, вне всяких сомнений, встанет в один ряд с крупнейшими природными катастрофами. Более того, по данным Национального института геофизики и вулканологии Италии, землетрясение привело к смещению оси вращения Земли почти на 10 сантиметров! Только за прошлый год волна землетрясений, прокатившаяся по планете, унесла, по приблизительным подсчетам, около четверти миллиона жизней. Гаити, Чили, Китай. В наступившем году стихия не пощадила новозеландский Крайстчерч. Теперь — Япония. Кто следующий?

Непредсказуемо...

Когда речь заходит о точном прогнозе землетрясений, ученые признаются в собственном бессилии. Геофизики могут лишь озвучить длинный список сейсмоопасных районов, а математики — рассчитать ущерб от катаклизма. «Если кто-то всерьез говорит о том, что он занимается прогнозом, то к нему профессиональное сообщество недоверчиво. Все дело в негласных «светских правилах», которые заключаются в демонстрации скепсиса по поводу возможности прогноза или даже горячей убежденности в том, что решения проблемы не существует», — высказывает свое мнение главный научный сотрудник Института физики Земли РАН доктор физико-математических наук Алексей Любушин. Этот стереотип возник не на пустом месте. Было апробировано несколько прогнозных методик, но все они потерпели фиаско. Даже в Японии, высокоразвитой с технологической точки зрения, после землетрясения 1995 года в Кобе многие авторитетные сейсмологи «потеряли лицо». А заодно японцы потеряли и веру в прогнозы. После Кобы в Стране восходящего солнца говорили лишь о мерах по смягчению последствий землетрясений, отдавая приоритет сейсмостойкому строительству и обучению населения правилам выживания. Прогностика же ушла на второй план. Такая позиция характерна не только для Японии, но и для всего остального мира. Для России тоже. «До сих пор нет ни одного официально принятого метода прогнозирования землетрясений», — сетует заведующий лабораторией континентальной сейсмичности и прогноза сейсмической опасности Института физики Земли РАН доктор физико-математических наук Алексей Завьялов.

Несмотря на негласную анафему, которой предано прогнозирование, в научном сообществе работа все равно идет. «Никакая другая геофизическая задача реально не может быть более интригующей и интересной», — считает Алексей Любушин, который, кстати говоря, разработал собственный метод сейсмопрогноза. Его можно было бы назвать одним из многих и раскритиковать в пух и прах. Но есть одно но: нынешнее страшное японское землетрясение было предсказано Любушиным еще 2,5 года назад.

По кирпичикам

С точки зрения геомеханики любое сильное землетрясение является высвобождением огромного количества энергии, накопленной в земных недрах. Энергия появляется в земной коре вследствие медленного движения литосферных плит. В то же время в любой точке земного шара, в том числе и на дне океанов, наблюдаются постоянные, не прекращающиеся ни на миг колебания поверхности. Эти колебания, или дрожь Земли, носят название микросейсмы. Приставка «микро» подчеркивает их отличие от сильных землетрясений. Алексей Любушин поясняет: «Основным источником энергии являются океанические волны и перепады атмосферного давления. Это главные факторы, которые накачивают земную кору микросейсмическими колебаниями». Ученые вычислили, где располагаются своего рода генераторы этих колебаний. В Южном полушарии зимой это Фолклендские острова. А когда там наступает лето, точка напряжения перемещается в Северное полушарие, в район Алеутских островов. Но есть, конечно же, и другие источники: любой сильный ураган, циклон или извержение вулкана генерируют микросейсмы.

Этот «мандраж» планеты позволяет регистрировать глобальная система наблюдений IRIS, состоящая из более чем 150 станций, установленных по миру. Широкополосные сейсмические приборы синхронно измеряют микроколебания земной поверхности и передают данные в центр, расположенный в Вашингтоне. Там они накапливаются на мощных серверах. Эти данные доступны любому пользователю Интернета: можно зайти на сайт, зарегистрироваться и заказать информацию за определенный период времени с нужных станций. Вопрос только в том, что с этими файлами делать дальше.

Чтобы обработать данные, кстати, сильно загрязненные сведениями о посторонних «шумах», требовался специальный метод. Его и разработал Алексей Любушин. Ноу-хау заключается в том, что предвестником несчастья является синхронизация микросигналов, получаемых с разных сейсмостанций. В нормальных условиях, когда уровень опасности низкий, с каждой станции приходят хаотичные сигналы. Но если сигналы на соседствующих станциях вдруг синхронизируются — это предвестник землетрясения. Объясняя суть своей теории, Алексей Любушин приводит такой пример: «Представьте себе движущийся грузовик с большим количеством кирпичей. Они не просто лежат грудой, а еще и постоянно двигаются относительно друг друга. Так же и с земной корой: она состоит из маленьких блоков. Если кирпичи в кузове или блоки в земной коре друг с другом никак не связаны, то, когда они надвигаются друг на друга, происходят маленькие землетрясения. Подобное постоянно случается в той же самой Японии. Встряски с магнитудой от 0 до 2 происходят там каждый день, и их даже никто не замечает. А теперь представьте, что несколько кирпичей вдруг стали двигаться вместе. В этом случае может накопиться куда больше энергии». Если в процесс включены не один, не два, а сотни взаимосвязанных блоков, то этот массив накапливает огромное количество энергии, которая никак не расходуется. Когда массив распадется, выделится вся накопленная энергия. Это модель того, что происходит в земной коре накануне катастрофических землетрясений.

Место и время

Как все это предугадать? Только отслеживая синхронизацию сигналов: как только в каком-то регионе планеты они стали похожи — жди беды. Но чтобы узнать приблизительную дату, нужно анализировать информацию, поступающую с сейсмостанций в течение длительного времени. А потом применить упорядочивающий метод, который звучит крайне наукообразно — «ширина носителя мультифрактального спектра сингулярности». Его сущность состоит в том, что он задает меру разнообразия случайных колебаний, а заодно и меру синхронизации: чем меньше разнообразие, тем выше синхронизация. Если оценивать среднее значение этого параметра для всех станций в ежедневном режиме, то получится некоторая кривая. Она-то и выдаст предвестника будущего землетрясения.

Для Японских островов такой анализ Любушин начал регулярно проводить с начала 2008 года. В Японии с 1997 года существует национальная система наблюдений F-net, которая объединяет 83 станции. С них, как и в системе IRIS, данные поступают в единый центр. Основное отличие в том, что на довольно маленькой территории расположено большое количество датчиков, густота размещения которых позволяет сделать точный прогноз. Для Японии точкой изменения характера микросейсмов является 26 сентября 2003 года, когда недалеко от побережья Хоккайдо произошло мощное землетрясение магнитудой 8,3. Примерно за год до этого кривая разнообразия случайных колебаний пошла вниз (см. график). «Такое бывает перед землетрясениями, но потом кривая обычно возвращается на место, — комментирует Алексей Любушин. — В Японии же кривая на место не вернулась, и вот уже 4,5 года среднее по сети станций значение этого параметра остается низким, проявляя тем самым высокую степень синхронизации». Исходя из этого, ученый предположил, что землетрясение на Хоккайдо 2003 года было форшоком, предваряющим еще более страшную катастрофу. В 2008 году, по словам ученого, кривая уровня синхронизации резко пошла вверх. Важно отметить, что оценка синхронизации колебаний содержит характерную деталь — резкий провал, наблюдавшийся накануне землетрясения 2003 года и в середине 2008 года. Эта закономерность позволила Любушину сделать вывод, что на излете 2010-го — в 2011 году на Японских островах можно ожидать катастрофическое землетрясение.

В течение 2010 года о приближении сейсмической катастрофы в Японии Любушин предупреждал 4 раза — и на международных симпозиумах, и на российских конференциях. Но прогноз, увы, оправдался.

Синхронизируй это

Универсальна ли теория российского ученого? Любушин признается, что лишь констатирует факт: «Приближается период усиления глобальной сейсмичности по всему миру». Вывод сделан на основании того, что синхронность повысилась на всей планете в целом. Однако, чтобы узнать, где будут очаги землетрясений, нужны всеобъемлющие данные по всему миру. Таких нет и в помине, а 150 станций IRIS достаточно лишь для оценки текущей сейсмической ситуации. В идеале прогнозирование должно проходить по следующему алгоритму: обработав данные по всему миру, сейсмологи отмечают повышение общей синхронизации. Потом они изучают локальные сети. Лишь тогда можно будет сказать, где фиксируется наибольшая синхронизация и где следует ожидать землетрясения. На сегодня локальные сети сейсмонаблюдений есть в Японии, в США, в южной Европе. Есть и у нас на Камчатке. В остальных частях света существуют лишь отдельные станции, отстоящие друг от друга на тысячи километров. Важно еще и то, что для эффективного прогнозирования ученым нужен быстрый доступ к информации от любой станции. Такая возможность есть лишь для глобальной сети IRIS и японской сети F-net. А вот, например, в сейсмоопасной Индии нет ни одной станции, включенной в глобальную сеть. Прогностика будущего — это анализ огромных объемов информации на суперкомпьютерах, разработка новейшего программного обеспечения. Это огромные усилия и затраты, которые не под силу отдельным исследовательским центрам. Заниматься этим пока никто не хочет, да и лишних денег ни у кого нет. Проще утверждать, что сейсмопрогноз — околонаучная ересь. Хотя даже по мнению научных ортодоксов Земля вступает в стадию активности — количество землетрясений будет увеличиваться. Что ж, такой прогноз сделать несложно — статистика говорит сама за себя. Другое дело — конкретика. Ее очень не хватало жителям Японии в прошедшую пятницу.