- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

Редкие экстремальные события — головная боль человечества

АЭС «Фукусима-1»

АЭС «Фукусима-1»


Михаил Родкин,  докт. физ.-мат. наук, ИТПЗ РАН

Михаил Родкин,
докт. физ. -мат. наук, ИТПЗ РАН

В ТрВ-Наука, № 184 была опубликована заметка Н. Деминой «Уроки Фукусимы». Заметка описывает посещение японской АЭС международной группой журналистов. Как известно, 11 апреля 2011 года в Японии произошло землетрясение с магнитудой М = 9, одно из сильнейших за всю историю наблюдений. Возникшая волна цунами привела к техногенной катастрофе на АЭС, погибли 16 892 человека. Проблематика, затрагиваемая этой катастрофой, однако, более широка, а возможно, даже и более злободневна, чем продолжающиеся работы по ликвидации последствий аварии на «Фукусиме». Дело касается возможности реализации редких экстремально сильных событий, связанной с ними опасности и, по-видимому, принципиальной неизбежности тяжелых последствий подобных катастроф.

Вернемся к весьма показательному случаю «Фукусимы». Как известно, катастрофа была вызвана тем, что подошедшая 14 метровая волна цунами залила АЭС, легко перехлестнув защитную стену высотой чуть менее 10 м. Сразу возникает вопрос: неужели японские строители были настолько непредусмотрительны?*

Вовсе нет. Япония является одной из немногих стран, в наибольшей степени обеспеченных длинными рядами сейсмических данных. Первое известное сильнейшее землетрясение (с М ≈ 8,6) датируется здесь 869 годом; за последующие столетия по историческим данным известны еще три подобных события (с магнитудами М = 8,6 и 8,7). За время инструментальных наблюдений (1923—2010 годы) максимальная зарегистрированная магнитуда составила 8,3. Отсюда были веские основания полагать, что землетрясений с М = 9 в Японии и не бывает. Это предположение подкреплялось и мировым опытом. Мегаземлетрясения (с М ≥ 9) были известны ранее только на протяженных (более 1000 км) однородных участках зон субдукции: в Южной Америке, на Аляске, в Индонезии. В Японии таких участков нет. Зона субдукции представлена здесь системой разноориентированных сегментов. Недооценка возможной максимальной силы землетрясения обусловила и недооценку возможной высоты цунами. Заграждение на АЭС «Фукусима» оказалось значительно ниже высоты волны. При этом не удалось даже закрыть ворота. Автоматика не сработала, а бригада, пытавшаяся сделать это вручную, погибла при ударе цунами. Волна залила дизели и обесточила АЭС. Тепло продолжало выделяться, а насосы водяного охлаждения уже не работали. В результате произошли перегрев реакторной зоны, выбросы перегретого радиоактивного газа и серия взрывов (12 апреля — на 1-м энергоблоке, 14 — на 3-м и 15 — на 2-м).

АЭС «Фукусима-1» после аварии. REUTERS/Tokyo Electric Power Co. (TEPCO)/Handout

АЭС «Фукусима-1» после аварии. REUTERS/Tokyo Electric Power Co. (TEPCO)/Handout

Катастрофа на АЭС «Фукусима» явилась, таким образом, в первую очередь следствием недооценки возможной силы землетрясения и, соответственно, высоты цунами. Такое землетрясение оказалось слишком редким событием и не было зарегистрировано в похожих условиях ранее. Для полноты картины отметим, что не все специалисты были согласны с невозможностью возникновения в Японии землетрясения с М ≥ 9. В 2008 году Роберт Маккефри (Robert McCaffrey) опубликовал статью, где аргументировалось, что такие землетрясения могут происходить во многих зонах субдукции, в том числе и в Японии; а в 2010 году с участием автора в Японии же была опубликовала статья, где магнитуда максимально возможного землетрясения в Японии статистическими методами оценивалась равной 9,5 ± 0,8. Эти результаты не показались, однако, вполне убедительными и ожидаемо не явились основанием для проведения дополнительных защитных мероприятий. Теперь эта недоработка, видимо, будет исправлена, хотя следующего подобного землетрясения, возможно, придется подождать не одно столетие.

Подчеркнем, что по самому своему смыслу экстремальные события чрезвычайно редки. А принятие высоких мер безопасности — весьма дорогостоящее мероприятие. Отсюда ожидаемо, что редкие экстремально сильные события будут и далее то здесь, то там пробивать недостаточно надежную защиту и приводить к тяжелым катастрофам. По-видимому, это практически неизбежно. И ущерб от редких экстремальных катастроф, очевидно, будет меньше затрат на тотальное проведение превентивных мероприятий по самому высокому разряду. Отсюда следует неизбежность тяжелых катастроф и в дальнейшем. Недаром ряд авторов предлагают называть современную технологическую цивилизацию цивилизацией рисков.

Последствия землетрясения «Тохоку»,  приведшего к катастрофе на АЭС «Фукусима-1»

Последствия землетрясения «Тохоку», приведшего к катастрофе на АЭС «Фукусима-1»

Заметим и то обстоятельство, что (пусть и меньшая по масштабу) катастрофа произошла бы и при правильном выборе высоты защитной стены АЭС «Фукусима». Как отмечалось выше, ворота закрыть не удалось, и вода всё равно проникла бы на станцию. Такой пример подчеркивает опасность технических неполадок, которые сами по себе или в комбинации с сильным природным воздействием также могут вызывать катастрофы. В этой связи сразу вспоминаются авария на Саяно-Шушенской ГЭС, Чернобыль, случай подполковника Петрова, когда система предупреждения ПРО выдала ошибочный сигнал об атаке и только нарушение полковником инструкции спасло мир от вероятного ядерного конфликта (см. ТрВ-Наука, № 149. — М. Р.). Подчеркнем, что во всех этих случаях соответствующие технические системы трактовались ранее как вполне надежные.

Чернобыль. 4-й реактор. Фото С. Шварева

Чернобыль. 4-й реактор. Фото С. Шварева

Применительно к проблеме сейсмической безопасности АЭС на территории России отметим, что большинство российских АЭС расположено в областях, указанных на картах сейсморайонирования как слабосейсмичные, и построены они, соответственно, в расчете на невысокий уровень сейсмического воздействия. Согласно рекомендациям МАГАТЭ, при оценке сейсмической безопасности АЭС принимается во внимание сейсмичность на расстоянии до 300 км от станции за последние 10 тыс. лет. И здесь для ряда северных областей России, в первую очередь для Мурманской области и Карелии, а отчасти даже и для Ленинградской области, возникает определенная коллизия.

И Мурманская область, и Карелия характеризуются достаточно слабой современной сейсмической активностью. Исходя из этих данных и строились расположенные здесь особо ответственные объекты, такие, например, как Кольская АЭС. Однако результаты исследований последнего десятилетия указывают на возникновение здесь в прошлом сильных землетрясений (данные А. Д. Лукашева, А. А. Никонова, С. Б. Николаевой и др. — для территории России; R. Lagerback, N. -A. Morner — для Швеции). Причем области такой предположительной сильной палеосейсмичности выявлены также и в непосредственной близости от Кольской АЭС, и от зон размещения ответственных объектов Северного морского флота. Эти гипотетические сильные палеоземлетрясения принято связывать с быстрым подъемом земной коры при распаде последнего оледенения (около 10 тыс. лет тому назад). В настоящее время гляциоизостатический подъем продолжается, но скорости его в несколько раз ниже. И по данным исследования палеосейсмичности также выявляется явственное уменьшение ее активности со временем. Понятно, что современный уровень сейсмичности здесь много слабее, чем еще несколько тысяч лет назад. Но… насколько слабее? Возможны ли тут сейчас сильные разрушительные землетрясения, какие, по всей видимости, случались ранее? Этот практически важный вопрос остается открытым. И опыт японского мегаземлетрясения заставляет отнестись к такой опасности достаточно серьезно. Очевидно, что длительность инструментальных наблюдений, не говоря уже про исторические данные, на русском Севере намного короче, чем в Японии. А даже в Японии длительность этих наблюдений оказалась недостаточной для правильной оценки сейсмической опасности.

Предположительно сейсмогенный ров, обнаруженный недалеко от Кольской АЭС

Предположительно сейсмогенный ров, обнаруженный недалеко от Кольской АЭС

В заключение отметим, что технологический прогресс привел к явственному уменьшению величин ущерба от природных катастроф. В относительных единицах ВВП величины ущерба в развитых странах в среднем в разы меньше, чем в развивающихся. Заметно уменьшилось и число жертв (несмотря на рост численности населения). Однако появились новые виды возможных катастроф, связанные с потенциально опасными производствами и с военной активностью. Опасность редких экстремальных катастроф, в том числе техногенных, остается весьма высокой и, по мнению многих специалистов, практически неизбежной.

Фотографии коллег автора


* Различие 14 м и 8 м представляется весьма большим, но следует иметь в виду, что ошибка в определении магнитуды землетрясения на единицу означает изменение энергии события примерно в 30 раз. Увеличение энергии землетрясения 11 марта 2011 года, по сравнению с ожидаемой величиной максимального события, составило немногим менее 10 раз.

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

Связанные статьи