Цунами: ужас воочию

Фото REUTERS/KYODO

Видеозаписей такого кошмара, как цунами 11 марта, мы, пожалуй, еще не видели. По густозаселенной равнине идет лавина грязной воды с плывущими в ней домами, в том числе горящими, их обломками, рыболовными судами, машинами — людей не видно, но мы точно знаем, что их там очень много и у них мало шансов выжить. Перед лавиной — дома, теплицы, парковки, дороги, по которым едут машины, а ехать уже некуда — и спереди и сзади асфальт уже перерезали грязно-коричневые языки…

Такой ужас в истории случался не раз, причем гибло гораздо больше людей — сотни тысяч. Просто мы впервые получили столь подробную съемку катастрофы с разных ракурсов, в том числе и панораму с воздуха. Фактически первый раз человечество наблюдало, какие беды несет катастрофическое цунами в технически развитой стране. Это не забудется. Шок от увиденного еще сыграет свою полезную роль в защите от будущих катастроф, а пока в средствах массовой информации всплывают взволнованные вопросы:

- Не слишком ли много крупных землетрясений в последнее время? Всего шесть лет назад мир потрясло землетрясение близ берегов Суматры — вызванное им цунами погубило более двухсот тысяч человек.

- Может ли всё это быть вызвано каким-то вселенским фактором, например влиянием Солнца и Луны, как объясняют в СМИ некие «доценты с кандидатами»?

Прежде всего отметим, что в масштабе Земли никакого всплеска сейсмической активности в последнее время нет, да и раньше не было статистически значимых глобальных всплесков. Всё распределение на глаз укладывается в рамки обычной пуассонов-ской статистики, когда события возникают без всякой корреляции с предшествующими. В целом причина возникновения землетрясения 11 марта в этом регионе тоже понятна, оно связано с погружением Тихоокеанской океанической плиты под Японскую островную дугу, имеющую континентальное основание. Положение планет и звезд тут не играло никакой роли. Вообще с 1900 г. на долю Японии пришлось почти 10% крупнейших землетрясений, включая нынешнее. В 1923 г. менее сильное землетрясение в Токио погубило более 100 тысяч человек — большинство погибло под обломками кирпичных зданий. Случись это землетрясение сейчас — жертв было бы немного.

Число сильных землетрясений за историю наблюдений (в том числе исторических) не увеличивается. Увеличивается сейсмический риск. Риск = сейсмическая опасность + плотность населения, тип застройки и т. д. Основную роль играют рост народонаселения (особенно в слаборазвитых странах) и урбанизация. В слаборазвитых странах урбанизации, как правило, сопутствует низкое качество строительства; следовательно, увеличивается риск разрушения зданий при землетрясении. Рост населения планеты приводит к тому, что люди все активнее заселяют сейсмически активные регионы. Особо плотно при этом застраивается и побережье, а на побережье велик риск пострадать от цунами. Таким образом, возрастает число потенциальных жертв. По данным USGS, только за первое десятилетие нового столетия (без 2011 г.) погибло 647 744 человека. При этом подавляющая часть смертей (когда счет идет на десятки, а то и на сотни тысяч жизней) приходится на несколько сильнейших землетрясений (например, в случае Суматранского землетрясения от цунами погибло свыше 200 тысяч человек).

От катастрофического цунами защититься гораздо сложней, но есть основания верить, что упорные японцы решат и эту проблему. А теперь — слово старшему научному сотруднику Института земной коры СО РАН, кандидату геол.-мин. наук Наталье Радзиминович, которая специализируется на изучении механизмов очагов землетрясений.

Слишком сильно и слишком близко

Рис. 1. Самые сильные землетрясения мира, зарегистрированные инструментально (по данным IRIS www.iris.edu и USGS www.earthquake.usgs.gov)

Землетрясение 11 марта потрясло не только Японию, но и всю планету, как в прямом смысле этого слова, так и в переносном. Связано это прежде всего с тем, что данное землетрясение является одним из сильнейших сейсмических событий мира, зарегистрированных инструментально (рис. 1). Предварительная магнитуда главного толчка, по данным Геологической службы США (USGS), составила 8,9. Но в дальнейшем значение моментной магнитуды Mw (наиболее адекватный тип магнитуды, особенно для сильных событий) было оценено как 9,0 (USGS) — 9,1 (Harvard CMT). Данное событие входит в пятерку событий с магнитудой 9 и более, величина которой близка к предельному значению, ограниченному способностью земных недр к разрушению. Самым сильным из известных землетрясений считается Чилийское событие 1960 г. с М=9,5.

В геологическом смысле все эти сильнейшие землетрясения произошли там, где им и «положено» произойти согласно тектонике плит. Все они приурочены к зонам субдукции, представляющим собой область погружения одной плиты (как правило океанической) под другую (как правило континентальную). Схема, иллюстрирующая этот процесс, показана на рис. 2.

Рис.2. Схема, показывающая погружение океанической плиты под конти- нентальную. Для случая Японии эту картинку надо развернуть в другую сторону (www.platetectonics.com)

Примечательно, что землетрясения сопровождают погружающуюся плиту до глубин 600 700 км. Проекция очагов с разных глубин на поверхность дает четко выраженную зональность землетрясений по глубине, показанную на рис. 3. Однако важно отметить, что большая часть кумулятивного сейсмического момента приходится на мелкофокусные толчки с глубиной до 50 км [Ekstrom, 2009] (сейсмический момент — основная характеристика очага землетрясения, свидетельствующая о «проделанной работе» по перемещению вдоль разлома, сейсмический момент прямо пропорционален магнитуде).

Рис. 3. Распределение очагов землетрясений в зоне субдукции по глубине для Японских островов. Зональность очагов по глубине отражает погружение плиты в западном направлении. Звездочкой помечено землетрясение 11 марта 2011 г. www.earthquake.usgs.gov

Очаг землетрясения 11 марта также был неглубоким, всего 24 км. Землетрясение произошло в зоне Японского глубоководного желоба (трога), где Тихоокеанская плита субдуцирует либо под Евразийскую плиту, либо под Северо-Американскую (рис. 4), на этот счет единого мнения у исследователей нет. Восточная окраина Азии очень сложно устроена в тектоническом плане, здесь выделяется множество микроплит, одна из которых — Амурская — является частью Евразии, а Охотоморская принадлежит уже Северо-Американской плите. Положение границ этих микроплит и вообще само их существование являются предметом дискуссий. В данном случае это не принципиально, нам интересно лишь то, что землетрясение произошло по разлому, параллельному простиранию трога, полого (под углом 9−15°) падающего на запад, в сторону Японских островов. По предварительным данным, длина разрыва составила около 400 км. Надвиговый тип подвижки (т.е. направленное вертикально вверх смещение блока земной коры) и небольшая глубина очага привели к возникновению цунами.

Рис. 4. Положение эпицентра землетрясения 11 марта 2011 г. Эпицентр обозначен звездочкой. Основа – Google Earth, тектонические элементы (границы плит, механизм очага, вектор движений) взяты из данных Геологической службы США (www.earthquake.usgs.gov)

Землетрясению предшествовали форшоки. За два дня до главного толчка произошло землетрясение с магнитудой 7,2. После основного удара наблюдается мощная афтершоковая серия. Только в течение часа после главного толчка было зарегистрировано три афтершока с М>7, каждый из которых — уже значимое событие, произойди оно отдельно.

Даже если не брать в расчет мощь землетрясения и вызванного им цунами, данное событие привлекает всеобщее внимание тем, что оно привело к столь серьезным разрушениям и жертвам в стране, которая, как ни одна другая страна мира, готова к таким событиям. На самом деле, как это ни парадоксально, данный случай показал, что Япония прошла проверку «на прочность». При такой интенсивности сотрясений, как 7 баллов JMA (а это максимальная отметка в японской шкале JMA, см. врезку), основные разрушения и жертвы были вызваны цунами, пожарами и оползнями. В Токио, расположенном на расстоянии 370 км от эпицентра, интенсивность составляла 5 Upper баллов, что уже подразумевает повреждения зданий, однако сообщается только об обрушениях крыш и погнутой телебашне. Это результат урока, преподнесенного землетрясением 1995 г. с М=6,9, унесшего жизни почти 6 тысяч человек и разрушившего город Кобе. После этого в стране строительные нормы были кардинально пересмотрены, а в инженерной практике появились самые современные пассивные и активные методы защиты зданий. В Японии большинство высотных зданий — «dynamic intelligent buildings», они обеспечивают ответную реакцию на разные типы колебаний.

Форшоки — землетрясения, предваряющие сильные землетрясения (происходят не всегда). Обязательно слабее главного события.

Афтершоки — повторные сейсмические толчки меньшей интенсивности, сопровождающие главные толчки. Афтершоки связаны со снятием или перераспределением тектонических напряжений в земной коре после главного удара.

Магнитуда — мера величины землетрясения, определяемая по амплитудам сейсмических волн. Понятие маг-нитуды было введено Чарлзом Рихтером в 1935 г. Магнитуда — логарифмическая величина, сравнивающая, насколько сильнее по амплитуде записи исследуемое явление, чем некоторое стандартное. Разница магни-туд на единицу будет означать разницу в амплитуде колебаний (при одинаковом эпицентральном расстоянии) в 10 раз. А энергия, выделившаяся при землетрясениях с разницей в магнитуде на одну единицу, отличается уже в 32 раза. Предельная известная магнитуда — примерно 9,5. Совсем слабые толчки могут иметь отрицательные значения. В сейсмологической практике существует очень много разных типов магнитуды, в зависимости от типа волн, по которым она определяется.

Интенсивность — уровень сотрясений во время землетрясения в конкретном пункте (в любой точке поверхности). Интенсивность зависит от магнитуды землетрясения, расстояния от очага, направленности разрыва, грунтовых условий и т. д. Шкалы интенсивности, действующие в России (MSK-64), в Европе (EMS-98), в США (MM) -12-балльные. В Японии принята шкала JMA, где максимальное сотрясение равняется 7 баллам, а баллы 6 и 5 подразделяются на 6 Upper, 6 Lower, 5 Upper, 5 Lower.

Журналисты очень часто путают магнитуду и интенсивность. Их излюбленная фраза — «столько-то баллов по шкале Рихтера», запутывающая абсолютно всех. Баллы не бывают по шкале Рихтера! Либо шкала Рихтера без баллов, либо шкала в баллах, но без магнитуд Рихтера. Например, магнитуда Ташкентского землетрясения 1966 г. была всего М=5,3, а ощущалось оно в городе с интенсивностью 8 баллов. Такие разрушения при относительно слабом землетрясении были связаны с неглубоким залеганием очага, фактически под городом. Другой пример — землетрясение 2008 г. на южном Байкале. Магнитуда события была 6,3, в населенных пунктах вблизи эпицентра оно ощущалось на 7−8 баллов, а в Иркутске, на расстоянии 80 км, — с интенсивностью 6 баллов.

Однако в Сендае и других городах на побережье особую опасность представляют пожары. Именно они, кстати, в значительной степени были причиной и столь ужасающих последствий землетрясения в Канто (Токио) 1923 г., в результате которого погибли 142 800 человек.

Но современная Япония — высокотехнологичная страна, и в XXI веке новым вызовом стала радиационная угроза. В стране действуют 54 атомных реактора на 19 станциях. Сейчас внимание всего мира приковано к атомным станциям «Фукусима-1» и «Фукусима-2», расположенным к югу от Сендая. По имеющейся информации, на сегодняшний день здания АЭС выдержали подземные толчки фактически без ущерба. В момент землетрясения реакторы были заглушены. Авария же оказалась спровоцирована выходом из строя дизельных генераторов, питающих систему охлаждения.

Особо следует сказать и о системах раннего предупреждения, прошедших проверку данным землетрясением. Эффективная работа системы оповещения о цунами, действующая на Тихоокеанском побережье, хоть и не предотвратила экономического ущерба (например, на Гавайях и в Калифорнии), но свою главную задачу выполнила. Во всех странах была проведена эвакуация населения. Помимо системы оповещения о цунами Японским метеорологическим агентством (JMA) с 2007 г. запущена система раннего предупреждения о землетрясении (Earthquake Early Warning). При достижении сейсмическими волнами ближайших станций происходит автоматическое определение параметров очага, рассчитывается предполагаемая интенсивность сотрясений в любой точке страны, и в случае превышения пороговых значений объявляется тревога всеми возможными средствами — через радио, телевидение, через сотовых операторов, сирены и т. д. Добавьте к этому регулярные учения и просветительскую работу среди населения. Сообщается, что и 11 марта эта система сработала, по крайней мере за минуту до прихода волны на остров. Возможно, эта минута спасла кому-то жизнь.

Так почему же это землетрясение стало столь неожиданным и катастрофичным? Ответ пока один: землетрясение 11 марта было слишком сильным и произошло слишком близко. Да, сильные землетрясения ожидаемы в этом районе, но ожидаемая магнитуда была 8−8,5. События с М=9 — всё же редкость. Расстояние от эпицентра до ближайшего побережья (префектура Мияги с центром в г. Сендай) — чуть больше 100 км. При скоростях сейсмических волн (в среднем скорость прямой Р-волны — 6 км/с) и волны цунами (на глубине средняя скорость — 0,2 км/с) никакая система предупреждения для близко расположенных территорий не способна сработать.

Известно выражение: «Людей убивает не землетрясение, людей убивают здания». В первом приближении Япония справилась с этой проблемой, но цунами продолжают убивать людей, а АЭС еще и добавляют проблему радиационной безопасности. Это новые уроки для Японии и всего мира, которые, к великому сожалению, достаются человечеству слишком высокой ценой. На 13 марта официально сообщается о 900 погибших (неофициальные цифры — 2500 человек), 1600 получивших ранения и 600 пропавших без вести. Однако, по сообщениям местных СМИ, только в городе Минамисанрику (префектура Мияги) пропавшими без вести числится около 9,5 тысяч человек. Около 200 тысяч человек эвакуировано из районов, прилегающих к АЭС «Фукусима-1» и «Фукусима-2».

Таким образом, прошедшее землетрясение еще раз указало на необходимость решения практических проблем, связанных в первую очередь с защитой от цунами на близких расстояниях и, традиционно, с усилением безопасности инфраструктуры и особо опасных производств.

Последние сильные землетрясения мира показали, что задачи сбора информации и ее оперативного анализа, а также раннего предупреждения решены (причем в автоматическом режиме). Сейчас (по итогам землетрясения 11 марта) главными задачами, стоящими перед сейсмологами, могут считаться оценка длительности и мощности афтершоко-вой серии, а также выявление места (и времени) возникновения следующего сильного землетрясения, поскольку перераспределение напряжений после такого сильного толчка должно быть очень значимым.

P. S. В данной заметке не затрагиваются вопросы прогноза землетрясений, в том числе землетрясения 11 марта, так как это требует отдельной статьи.

1. www.earthquake.usgs.gov

2. www.iris.edu

3. www.globalcmt.org

4. www.platetectonics.com

5. www.jma.go.jp/jma/indexe.html

6. Ekstrom G. Global seismicity: results from systematic waveform analyses, 1976−2005, in: Treatise on Geophysics, vol. Earthquake seismology, Eds. H. Kanamori, 2009, Elsevier, p. 473−481.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , ,

 

8 комментариев

  • Из Токио:

    Огромное спасибо за луч просвещения в море вранья!!!
    Уважал и буду уважать геологов.
    Ненавижу журналистов!

  • нормальная статья, спасибо

  • Спасибо за содержательную статью, проливающую свет на происходящее.
    Глядя на Рис. 1, можно заметить заметное (полное отсутствие) подобных сильных землетрясений в Евразии и Сев. Америке в период 60−80 годов,
    связанных, как полагают, с поземными ядерными испытаниями:
    http://elementy.ru/lib/164 649/164652
    Не пора ли возобновить рукотворные землетрясения, во избежание
    катастрофических природных?

    • Борис Штерн:

      Я думаю, провал в числе сильных землетрясений в 1970 — 1980 г. статистически не значим. Например, вам достаточно убрать пару землетрясений с магнитудой 8.5 после 1920 г., и вы получите еще более впечатляющий провал с 1910 по 1930 годы.

  • А мне статья не понравилась абсолютно. Последнее время научные журналисты и идущие в народ специалисты действуют однообразно. Это касается и лекций в Политехническом, и круглых столов в РИА Новости… Берётся американский источник картинок и графики, американский же текст, и на коленке состряпывается второсортный (и второй свежести) продукт. Ни своих мыслей, ни своей работы — ничего. Достаточно было бы неглупого переводчика, и результат был бы не хуже.
    Спрашивается, зачем вообще нам научные институты, чтобы с барского стола питаться? Таких, как эта, статей любой геолог или географ настрогает полкило за полчаса. Да ещё время найдёт хоть подписи к графикам перевести.
    Если что — свысока не критикую — мы в РГО грешим почти тем же. Но у нас хоть есть отмазка, то бишь разношёрстная аудитория, а у «Троицкого варианта"-то что?

    • Аноним:

      Кирилл, текст исключительно авторский, написанный за воскресенье по моей просьбе.
      Картинки, ну уж извините, у нас даже по Байкальскому землетрясению, самые надежные данные оказались USGSовские, и это не вина, а наша беда.
      Перевод картинок — единственная проблема время. Ну не учитывает почему-то стихия редакционные дедлайны.
      А если у Вас каждый в РГО способен писать такие тексты. Присылайте, опубликуем, если тексты будут соответствующего уровня.

    • Любой геолог:

      Насчет второй свежести: статья была написана на второй день после землетрясения, 13 марта (и на это есть указания в тексте — число жертв было приведено на эту дату) и опубликована на четвертый день, 15 марта. Так уж случилось, что землетрясение произошло за несколько дней до планового выпуска газеты. И молодец Троицкий вариант, что успел оперативно отреагировать на столь значимое событие.

      Подписи на рисунках на английском: наверно, Вы правы. Но тут дело было даже не в нехватке времени, а в том, что все-таки подразумевается, что основная читательская аудитория данной газеты абсолютно спокойно воспринимает двуязычие и термины на английском (если бы были японские иероглифы — другое дело). Кстати, на лекциях для студентов и аспирантов я специально использую именно англоязычные картинки, чтобы ребята сразу знакомились с английской лексикой по специальности.

      Американский текст, который проще было перевести: а вот это клевета. От идеи, о чем писать, и до конкретных слов вся статья авторская. Ссылки на американские данные по этому землетрясению приводятся. Знание ситуации с системой сейсмологических наблюдений Японии, сейсмостойким строительством, системами оповещения и пр. проистекает из профессиональной деятельности автора.

      Американские картинки: ну тут уж извините. Геологическая Служба США USGS — основной источник информации для научных сотрудников всего мира. Данные из первых рук, т. е. из Японии, стали доступны только недавно. А рисовать свои картинки по чужим материалам — зачем, если они есть в первоисточниках. Да и цель статьи была другая — дать оперативное разъяснение, что произошло. Публика у ТрВ тоже разношерстная, и, наверно, не все биологи, химики и т. д. отчетливо представляют сейсмотектоническую ситуацию Японских островов, и насколько уникально или обычно такое землетрясение.

      Ни своей работы, ни своих мыслей: работа автора в данном случае заключалась в том, чтобы оперативно собрать чисто научную информацию по этому землетрясению и преподать ее публике доходчиво. Но поскольку это газетная статья, то пришлось еще затронуть и социальные моменты. Одна из целей статьи и газеты — просветительская. Например, очень многие считают (даже некоторые жители Японии), что японцы научились предсказывать землетрясения, путая систему раннего предупреждения о землетрясении с прогнозом. Главный вопрос японской катастрофы был (озвученный в редакторском введении) — почему такие разрушения произошли в подготовленной Японии? Ответ, как основная мысль автора, вынесен в заголовок.

      Это все не к тому, чтобы статья понравилась. Просто было невозможно не ответить на некоторые пункты Вашего комментария.

  • О, спасибо за отклики. Я нарочито перегнул палку, чтобы комментарий не пропал втуне, так что, Наталья и все причастные, не обижайтесь сильно :).
    Проблема на самом деле касается всей российской науки. Правильно пишут мне в комментариях — «это не вина, а наша беда». Тот же «ТВ» в том же номере пишет о низкой цитируемости российских учёных. Если мы берём американские данные даже для материалов о Байкале, о чём вообще речь? Кому по большому счёту нужны наша геология с географией? Описательный этап давно прошёл, а в техническом мы отстаём на десятилетия.
    Использование англоязычных картинок, чтобы ребята знакомились с лексикой… хм. То есть мы априори признаём свою вторичность. Не стремимся держаться в авангарде, как ещё лет 50−70 назад, во времена Алисова, Калесника, Ферсмана и Белоусова, зато становимся хорошими интерпретаторами? В том числе пока ещё теории тектоники плит?
    Кстати, о плитах. Понимаю, что сроки поджимали, но схема наползания Североамериканской плиты на Тихоокеанскую в статье не совсем уместна. В Японии ситуация немного другая, там островная дуга и внутреннее (задужное) море. Высокая скорость субдукции (9 см в год), как я понимаю, достигается за счёт подползания Тихоокеанской плиты при встречном движении Охотской (?) плиты, вызванном спредингом в Японском море.
    А почему произошли разрушения и аварии — тут основная проблема немного не в том. Японцы пренебрегли правилами безопасности, построили АЭС в 10-балльной зоне (нужно было строить южнее и/или западнее), причём продолжали использовать морально устаревший контур водяного охлаждения; не отселяли людей из цунамиопасной зоны, а ведь в 10-балльной прибрежной зоне нельзя вести капитальное строительство ниже высоты 12 метров над уровнем моря.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com