Знание-сила, 2009 № 04 (982)

Конспирология природных сил

Александр Волков

Сейсмографы — главное оружие специалистов, изучающих землетрясения. Без этих приборов мы вряд ли что-либо знали о процессах, протекающих в недрах планеты. Сотни самых чувствительных сейсмографов следят за любыми сигналами активности в тех районах, которым угрожает катастрофа. Они заглядывают в глубь Земли так же легко, как рентгеновские аппараты изучают организмы пациентов. Составляя карту сейсмической угрозы для отдельных районов планеты, ученые полагаются на сведения, добытые приборами. Эти же данные помогают прогнозировать, где может произойти очередное мощное землетрясение.

Специалисты полагают, что незадолго до удара стихии меняется картина микросейсмической активности. Ведь Землю постоянно «трясет». Каждый год на планете регистрируют несколько миллионов землетрясений, Возможно, по характерной картине их распределения удастся проследить за тем, как стихия собирается с силами, готовится нанести особенный удар. Во всяком случае, в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, созданном на базе научной группы, существовавшей в Институте физики Земли с конца 1960-х годов, давно и с успехом занимаются этим. Подобная методика особенно хороша тем, что позволяет вести наблюдения, находясь на большом расстоянии от эпицентра землетрясения. А вот определить, что в очаге будущей катастрофы начала меняться температура или выделяется радон, не удается порой, даже будучи непосредственно над этой зоной, если та залегает очень глубоко.

Возможно, в ближайшее время мы научимся весьма точно предсказывать хотя бы некоторые подводные землетрясения. Американский геолог Джеффри Макгир, анализируя вместе с коллегами данные, собранные за последние годы, обратил внимание на то, что землетрясениям в районе хребтов в восточной части Тихого океана, где из недр земли изливается магма, предшествуют небольшие подземные толчки. Они становятся предвестиями главного удара стихии, отмечает Макгир на страницах журнала Nature.

Так, перед землетрясением, имевшим магнитуду 5,4, наблюдались подземные толчки с магнитудой не менее 2,5. Исследователи даже провели мысленный эксперимент. Обрабатывая данные о сейсмической активности в этой части Тихого океана за 1996–2001 годы, они всякий раз, когда обнаруживали подземные толчки подобной силы, прогнозировали, что через час в радиусе 15 километров непременно должно было состояться более мощное землетрясение. Так они предсказали шесть из девяти самых крупных землетрясений в окрестности этого подводного хребта в указанные годы.

«Это первый пример краткосрочного прогноза землетрясений большой силы, — подчеркивает соавтор работы Томас Джордан. — Некоторые ученые полагают, что подобные землетрясения происходят совершенно внезапно, а потому предсказать их нет никакой возможности». Это справедливо для землетрясений, наблюдаемых на суше, считает Джордан. Что же касается подводных землетрясений, то в определенных районах их вполне можно предсказывать.

Аналоговые сейсмографы верой и правдой служили десятилетиями

Еще один перспективный метод прогноза — геодезический. Литосферные плиты перемещаются очень неспешно, преодолевая лишь по нескольку сантиметров в год. Но именно эти тихоходы и становятся виновниками крупнейших аварий на памяти человечества. Их хаотическое движение приводит к частым столкновениям. Многие тысячи «пассажиров планеты Земля» лишаются жизни по их вине. Но только в последние годы мы научились с точностью до миллиметров измерять пути наших исполинских транспортных средств. Это сделала система спутниковой навигации.

Именно собранные ею данные позволили нам преисполниться большего уважения к тем плитам, на которых мы раскатываем по Земле. Оказывается, они умеют порой двигаться так быстро и плавно, что мы не замечаем их спешных переездов. Иной раз целая гора за сутки готова переместиться на десяток сантиметров, а мы, не в пример герою пословицы, не видим, как она к нам идет. Сплошь и рядом края литосферных плит так хорошо подогнаны друг к другу, что буквально скользят, как ладонь по гладкой стене, не выдавая себя встряской. Специалисты говорят о так называемых «тихих землетрясениях» и надеются использовать их для предсказания более мощных подземных ударов, ведь рано или поздно рука, скользящая по стене, набежит на выступ, плита толкнется о препятствие. Удар. Катастрофа.

Особую надежду на подобный прогноз возлагают в Японии: ведь в окрестности Токио вновь, как и в 1923 году, ожидается крупное землетрясение. Близ побережья Японских островов легкая океаническая плита подныривает под массивную континентальную. Как правило, это совершается без осложнений, как по маслу. Но иногда плиты все же цепляются друг за друга. Тогда в недрах Земли нарастает напряжение, и, едва оно достигает критической величины, происходит встряска. Так что, как ни гладко скользят плиты, рано или поздно следует удар. Сейсмическая активность перед ним нарастает: от «тихого землетрясения» — к слабому, а затем уже — к сильному. Ученые надеются расшифровать динамику подобных процессов — тем более что «тихие землетрясения», как удалось установить, происходят в определенном ритме.

Еще один метод прогноза чуть ли не навеян библейскими откровениями. «Будут большие землетрясения по местам, и глады и моры, и ужасные явления и великие знамения с неба» (Лук. 21, 11). Слова Иисуса звучат пророчески. В канун сильного землетрясения, разразившегося на Аляске 27 марта 1964 года, не только «малые мира сего», но и ученые видели «великие знамения с неба». Впоследствии специалисты признали, что иногда незадолго до подземных ударов меняются электромагнитные свойства ионосферы. Не поможет ли это вовремя предсказать беду?

«После нескольких неудачных попыток, предпринятых в начале девяностых годов, фраза «прогнозирование землетрясений» стала чем-то вроде табу. Лишь в последние годы некоторые ученые начали осмеливаться делать подобные прогнозы», — отмечает известный российский исследователь Сергей Пулинец, бывший заместитель директора Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, а ныне заместитель генерального директора Научного центра проблем аэрокосмического мониторинга АЭРОКОСМОС. Вот уже около тридцати лет он занимается ионосферой — электропроводящим слоем атмосферы, который начинается примерно в полусотне километров от Земли. С начала 990-х годов он систематически изучает изменения в ионосфере, отмечаемые за несколько дней до мощных подземных толчков.

Спутник «Деметра» наблюдает за изменениями в ионосфере

На примере нескольких землетрясений, — в частности, в Мексике (21 января 2003 года) и индийском штате Гуджарат (26 января 2001 года) — российский ученый показал, что за 5–7 дней до катастрофы в ионосфере меняется концентрация свободных электронов, а это влияет на качество сигналов системы спутниковой навигации. Но выяснилось и другое: это случается вовсе не перед каждым всплеском сейсмической активности. Кроме того, на результаты измерений, то есть на уровень сигнала GPS влияют и бури на Солнце (см. «З-С», 9/08). Так что использовать данный метод все равно, что заниматься астрономическими наблюдениями, находясь на палубе корабля, где малейшая качка вносит погрешность в окончательный результат.

Итак, составление точного прогноза пока невозможно, но механизм явления в общих чертах понятен ученым. Напряжение в земной коре достигает максимальной величины уже за несколько дней до землетрясения. Возникают небольшие трещины, которые заполняются грунтовой водой. Сквозь них просачиваются и струйки радиоактивного газа радона, испускающего альфа-лучи, а те ионизуют молекулы воздуха. Создается аномальное электромагнитное поле. Его напряженность выше, чем обычно. Поэтому и содержание свободных электронов тоже становится иным.

Ученые НАСА также убеждены в том, что приближение крупных землетрясений можно предсказывать по изменению электрической активности в ионосфере. Существует «четкая корреляция между электрическими сигналами в атмосфере и землетрясениями», подчеркивает, например, физик Минору Фройнд, директор Ames Research Center НАСА в Калифорнии. В таком случае в не столь отдаленном будущем возможно создание всемирной системы оповещения о землетрясениях — наподобие той, что наблюдает за цунами в различных районах Мирового океана. Для этого достаточно вывести на орбиту сеть спутников, которые станут следить за атмосферными феноменами.

По теории Минору Фройнда и его отца Фридемана Фройнда (наш журнал писал о ней в ноябре 2003 года), электрические сигналы возникают в недрах Земли при разрушении горных пород. В этот момент высвобождается множество заряженных частиц, способных преодолевать большие расстояния, что и показали лабораторные эксперименты. На поверхности сейсмоопасной зоны накапливается статическое электричество. Общая величина заряда может быть достаточно велика, чтобы влиять на электрическую проводимость ионосферы. Возникающие сбои в работе, например, системы спутниковой навигации будут служить предвестием сейсмической катастрофы.

Впрочем, критики отмечают, что результаты, подтверждающие эту теорию, получены пока путем лабораторных экспериментов. В недрах Земли все может обстоять иначе.

За шесть дней до сильного землетрясения в индийском штате Гуджарат в 2001 году (оно унесло жизни около 20 тысяч человек) спутники зафиксировали повышение температуры в этом районе (наибольший ее рост составил 4 градуса). Самое удивительное, что отмечено это было именно там, где впоследствии ударила стихия — вдоль главной линии разлома. И такое наблюдалось не раз. Исследователи вот уже лет двадцать пытаются объяснить данный феномен.

«Возможно, что подобное повышение температуры происходит перед каждым землетрясением, — предполагает исследователь из НАСА Димитар Узунов. — Мы как раз сейчас пытаемся это выяснить, то есть перейти от частных случаев к обобщенному статистическому анализу». Вместе с коллегами он исследует картину сейсмической активности в 1999–2003 годах. В распоряжении ученых имеются сведения, собранные метеорологическими спутниками, а именно данные о температуре почвы и нижних слоев атмосферы. Во всех изученных ими случаях температура первоначально повышалась вдоль главной линии разлома. Эта тепловая аномалия охватывала круг радиусом примерно 100 километров от эпицентра катастрофы. Впрочем, данный метод, как выяснил Узунов, не позволяет надежно предсказывать удар стихии. На него можно полагаться только в том случае, если небо над местом событий все время безоблачное и там нет высокой растительности, например, кустарника или леса. Это — идеальный метод выслеживания коварной стихии, а потому повсюду, где до идеала далеко, пробуждение Сейсмоса и впредь будет неожиданным. Говорить о том, что нам вскоре удастся на основании этого метода точно предсказывать начало землетрясения, — все равно, что гадать на кофейной гуще.

Астрофизик Василий Ивченко из Киевского Национального университета предлагает другой метод прогноза — наблюдение за верхними слоями атмосферы. В его работе учтены 234 землетрясения, происшедших в 1991–1994 годах. Из представленных им данных однозначно видно, что в 90 километрах от Земли за несколько часов до удара отмечалось повышение температуры. Однако и эта работа не дает надежды на то, что скоро появится чудесный метод, спасающий нас от бед. Участница исследования Людмила Козак подчеркивает: «К сожалению, нам не удалось доказать, что температура повышается перед каждым землетрясением, и, кроме того, мы даже не можем утверждать, что всякий раз, когда температура в верхних слоях атмосферы растет, за этим последует землетрясение».

Еще одна проблема кроется в том, что ученые не могут объяснить механизм температурных перепадов. Почему становится теплее, когда стихия готовится нанести удар? Почему прогревается воздух высоко над землей? Некоторые умозрительно говорят о «локальном парниковом эффекте», рассуждая о «газах, поднимающихся над землей, в канун удара стихии». Якобы из недр планеты выдавливается разогретые газы. Они расширяются, порождая волну, которая, миновав тропопаузу, достигает верхних слоев атмосферы, где возникают вихревые потоки — они и разогревают воздух. Очень туманно и путано.

Сам Ивченко говорит куда более сдержанно, чем его комментаторы: «Мы полагаем, что наша работа станет одним из первых шагов на пути к пониманию физических процессов, предшествующих землетрясению. И, может быть, это лишь самый первый шаг, что ведет к прогнозированию сейсмических катастроф».

Облака определенной конфигурации тоже могут свидетельствовать о скором землетрясении. Анализируя фотографии, сделанные со спутников в 2004–2005 годах, китайские ученые обнаружили необычные просветы среди облаков, которые наблюдались в канун двух землетрясений, разразившихся на юге Ирана. Эти просветы точно следовали линиям тектонических разломов, отмечают китайские геофизики Гуанмен Го и Бинь Ван. На протяжении многих часов небо вдоль них оставалось ясным и чистым, хотя расположение облаков по соседству постоянно менялось. Кроме того, в обоих случаях отмечено повышение температуры на поверхности Земли точно вдоль этих линий. Примерно через два месяца после тех странных событий здесь оба раза происходили землетрясения силой 6 и более баллов. Возможно, именно потоки газообразных веществ, выделяющихся из зоны разлома незадолго до катастрофы, растворяют участки облачного покрова и заодно способствуют повышению температуры в этом районе.

Впрочем, многие сейсмологи скептически относятся к подобным заявлениям. Так, Майк Бланпид из Геологической службы США подчеркивает: «Пока не существует никакой физической модели, которая могла бы объяснить, почему какой-то феномен внезапно наблюдается за два месяца до землетрясения, а затем вновь исчезает, больше уже не повторяясь».

Аналогичные исследования ведутся и в России учеными из Государственного научного центра «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» (ТРИНИТИ), МГУ имени М.В. Ломоносова и Дагестанского филиала сейсмической службы РАН. Изучив данные о 296 землетрясениях в Крыму в 1936–1981 годах, они обратили внимание на характерные изменения облачности. Примерно за четыре дня до подземных толчков плотность облаков начинала нарастать и достигала наибольшей величины за сутки до события. Очевидно, они зарождались при конденсации водяных паров на частицах аэрозолей, поднимавшихся в небо над областью сейсмической активности. Поможет ли это прогнозировать землетрясения? Как отмечает комментатор сайта www.elementy.ru, «нужны данные многолетних наблюдений облачности над выбранным разломом, чтобы судить о влиянии этого разлома на облака».

Вот один из примеров того, как трудно бывает истолковать «предвестия подземных ударов». Вопрос: когда чаще бывают землетрясения — до или после проливных дождей?

Геологи, занимавшиеся исследованиями в Альпах, установили, что сильные ливни могут вызывать землетрясения. Себастиан Хайнцль из Потсдамского университета и его коллеги изучали сейсмическую активность в районе Хохштауфена — горы в Альпах высотой 1775 метров. Обычно здесь регистрируют более тысячи мелких землетрясений в год, причем значительная часть их происходит летом, когда в горах нередко идут дожди. В такое время количество землетрясений возрастает с одного-двух в сутки примерно до сорока. Пытаясь определить связь между обильными осадками и активностью земных недр, ученые рассчитали, как меняется давление воды в трещинах горных пород после ливней и, отталкиваясь от этого показателя, определили предполагаемую частоту землетрясений. Этот прогноз, действительно, совпал с результатами наблюдений, сообщил журнал Geophysical Research Letters. Итак, чем больше осадков выпадает в горах, тем чаще случаются землетрясения. Вода проникает в многочисленные карстовые полости в горных породах и распирает их. Происходят подземные толчки. Или…

Вскоре тот же журнал рассказал о схожем исследовании в другой части света. Французский геолог Лорен Боллинжер и его коллеги обработали данные о всех землетрясениях в Непале в 1995–2005 годах. Как выяснилось, в дождливые летние месяцы было отмечено примерно на 40 процентов меньше землетрясений, чем зимой. Если же учитывать лишь сильные землетрясения, то сезонные различия становятся еще заметнее. Летом подобных событий бывает на 63 процента меньше, чем зимой.

Гималаи лежат на границе двух литосферных плит. Индийская плита здесь подвигается под Евразийскую. По мнению Боллинжера, в сезон дождей, когда на землю проливается огромное количество воды, общая массы грунтовых вод, а также рек и озер возрастает. Это затрудняет движение литосферных плит и приглушает сейсмическую активность.

Так что ждать после очередного обещания синоптиков: «В ближайшие дни ожидаются сильные дожди»? Сейсмическая активность ослабеет? Или нет? В который раз ученые убеждаются в том, что для надежного прогноза землетрясений надо учитывать самые разные факторы.

Землетрясение в Непале

Исследователи из университета Джорджа Мэйсона в Ферфаксе пытаются создать компьютерную программу предсказания подземной активности (CQuake). С ее помощью можно анализировать данные, собранные наземными станциями наблюдения, а также спутниками, находящимися на околоземной орбите. По идее, если эти данные меняются необычным образом, это может предвещать подземную активность. Однако на практике эти изменения могут означать что угодно. Как индикатор события, они не надежны, признает создатель программы Гвидо Червоне: «Сама по себе эта программа представляет собой исследовательский инструмент, который позволит нам изучать различные сигналы, предвещающие землетрясение и находить взаимосвязи между ними».

Этими сигналами могут быть отклонения от среднестатистических значений самых разных параметров — таких, как температура или содержание водяных паров в атмосфере. В отличие от других методов, при работе с программой нет необходимости строить гипотезы о «физическом механизме, который вызывает изменение атмосферы за несколько дней до подземного удара». Здесь нет надобности знать, что связывает те или иные физические и химические аномалии с предстоящим землетрясением. Достаточно того, что между ними есть какая-то связь. И тут нельзя полагаться на аномальное изменение одного параметра. «Мы пытаемся комбинировать самые разные факторы, например, изменение температуры, показатели газовой эмиссии и колебания электромагнитных характеристик, надеясь таким образом научиться предсказывать землетрясения, — поясняет Червоне. — В принципе, мы стремимся найти некие обобщенные взаимосвязи между всеми этими параметрами, но в то же время изучаем по отдельности каждый регион планеты, ведь от одной области земного шара к другой меняется тектоника и формируется какая-то своя зависимость между сушей, водной и воздушной средой». Сейчас ученые, работающие с этой программой, уделяют основное внимание семи наиболее сейсмически активным регионам планеты площадью 1000 квадратных километров каждый. Эти регионы расположены на территории Японии, на Тайване, в Калифорнии, Турции, Мексике, Индии, а также Италии и Греции.

«Вообще же задача нашего проекта, — подытоживает Червоне, — заключается в том, чтобы понять, какие именно аномалии предвещают землетрясения, а какие указывают на что-то другое. Пока она не решена. Если же мы составим список аномалий и выясним механизмы, их обуславливающие, мы попробуем создать действенную систему прогноза землетрясений. Но до этого еще далеко».

… Похоже, что сами стихии неба, земли и воды составили заговор против ученых, стремящихся понять загадочный ход землетрясений. Природа не хочет выдавать свои тайны. Или все же какие-то сигналы доподлинно точно сообщают нам, что совершается в недрах планеты? Одним словом, можно ли предсказать землетрясения? Сами ученые называют ответ на этот вопрос «священным Граалем» сейсмологии. Есть много путей, ведущих в сторону этой цели. Но…

Отыщем рудники афтершоками

Поиск ценной руды — нелегкое дело.

Как показывает статистика, нужно разведать от 500 до 1000 месторождений, чтобы выбрать одно, заслуживающее разработки.

В будущем, однако, эту процедуру можно упростить. Австралийские исследователи Хизер Шелдон и Стивен Миклетуэйт создали компьютерную модель, которая может предсказывать, где находятся особенно перспективные месторождения.

Как известно, рудами часто богаты зоны геологической активности. Во время землетрясений там снова и снова образуются трещины, через которые изливаются горячие подземные воды, вымывая металлы и другие полезные ископаемые из горных пород и растворяя их. Когда же температура воды понижается, растворенные в ней вещества кристаллизуются, образуя месторождения минералов и руд.

Австралийские ученые смоделировали, как распределяются напряжения близ некоторых хорошо известных зон сейсмической активности. Как выяснилось, месторождения чаще обнаруживают там, где линия разлома поворачивает в сторону или обрывается. По предположению исследователей, залежи руд, очевидно, образуются там, где отмечаются отголоски особенно сильных землетрясений — афтершоки. Причина в том, пишут Шелдон и Миклетуэйт на страницах журнала GeoLody, что после главного землетрясения породы снова спрессовываются, не пропуская горячие воды, в то время как после афтершока возникает сеть трещин, сквозь которые еще долго просачивается вода. Эта компьютерная модель делает более эффективным поиск новых месторождений, ведь число их за минувшие пятнадцать лет заметно снизилось.

Четыре времени Лос-Анджелеса

За последние 12 тысяч лет в окрестности Лос-Анджелеса наблюдалось четыре периода бурной сейсмической активности. Последний продолжался почти 4000 лет и завершился около 1000 года нашей эры. Сейчас в окрестности города царит затишье. Отмечаются лишь отдельные слабые подземные толчки.

В последний раз землетрясение произошло здесь в 1994 году; его магнитуда равнялась 6,7. Впрочем, ущерб, нанесенный им, оказался настолько велик, что оно считается одним из «самых дорогих» в истории США. Однако американский геофизик Джеймс Долан уверен, что в окрестности Лос-Анджелеса возможны подземные удары, при которых выделится в 10–20 раз больше энергии, чем в 1994 году.

Как показали исследования, в этом регионе и прежде отмечались сезоны сейсмического «затишья». Они длились обычно около полутора-двух тысяч лет. Всякий раз в это время наблюдался всплеск подземной активности в районе пустыни Мохаве, расположенной к северо-западу от Лос-Анджелеса. Действительно, за последние полтора столетия там были отмечены три мощных землетрясения магнитудой от 7,1 до 7,6. Впрочем, ущерб, нанесенный ими, был невелик, поскольку пустыня мало заселена. Затишье в районе Лос-Анджелеса продлится еще долго, и пока невозможно предсказать, когда оно окончится.

Непосредственной причиной сейсмической активности здесь является взаимное смещение Северо-Американской и Тихоокеанской литосферных плит по линии разлома Сан-Андреас. Энергия, накапливающаяся при их смещении, периодически разряжается либо за счет сейсмической активности в районе Лос-Анджелеса, либо за счет подземных ударов в пустыне Мохаве.