О ВОЗМОЖНОСТИ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Приходовский Михаил Анатольевич
(кандидат физико-математических наук, доцент)
г. Томск 2004
В работе
излагается теоретическое доказательство принципиальной возможности точного
краткосрочного прогнозирования землетрясений и методы построения системы Сети
сейсмического прогнозирования на этой основе.
© Приходовский Михаил Анатольевич Томск, 2004
Доказательство существования гарантированного краткосрочного
предвестника землетрясений и создание системы прогноза на его основе.
Современная сейсмологическая наука сталкивается со многими проблемами и нельзя исключать возможность, что полностью модель землетрясения не будет построена в течение ближайших десятилетий. Но можно не ждать эти несколько десятилетий, а частично решить проблему краткосрочного прогноза в наше время.
Технически решить проблему прогноза землетрясений и снижения до нуля их катастрофических последствий можно уже при нынешнем уровне развития цивилизации. Для этого не требуется реализация каких-либо космических проектов, которые пока неосуществимы. Пока проблема заключается в том, что не удаётся найти гарантированные краткосрочные предвестники землетрясений. Это распространённое мнение и в обществе, и среди специалистов по сейсмологии. Но прогноз землетрясений уже не будет зависеть от успехов или неудач фундаментальной науки. Надёжные краткосрочные предвестники, которые позволяют предупредить о землетрясении за время от нескольких секунд до нескольких минут всё-таки существуют, и современное общество может построить промышленную систему прогнозирования на их основе.
Допустим следующие предположения:
1. Краткосрочный предвестник может существовать не в той точке земной поверхности, для которой требуется предсказать землетрясение, а на расстоянии сотен километров от неё.
2. В качестве основного надёжного предвестника землетрясения можно использовать сами сейсмические волны.
Основная идея метода состоит в том, что сигнал из эпицентра землетрясения может служить предвестником этого землетрясения для всех остальных точек земной поверхности. Ведь известна скорость сейсмических волн – от 3 до 6 километров в секунду. Таким образом, землетрясение происходит не во всех точках поверхности одновременно, а в разное время в разных точках. Эта разница во времени и может позволить предупреждать за несколько десятков секунд, что и является в некотором смысле решением задачи прогноза.
До сих пор под словом «землетрясение» принято объединять несколько различных понятий. Но введём разные определения:
1. Землетрясение КАК ПРОЦЕСС – это распространение сейсмических волн от очага землетрясения. Так вот, начало этого процесса наука предсказывать пока не может.
2. Землетрясение В ДАННОЙ ТОЧКЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ – это процесс прохождения сейсмической волны через данную точку.
Если нас интересует возможность предупредить о землетрясении данный населённый пункт и он оказывается не в эпицентре землетрясения, то сейсмическая волна проходит там ЧЕРЕЗ НЕКОТОРОЕ ВРЕМЯ после того, как началось землетрясение в эпицентре. Разница во времени зависит от глубины очага землетрясения и расстояния от города до эпицентра. Допустим, что сейсмические волны распространяются в однородной среде («идеальная» физическая модель). Обозначая глубину очага, или гипоцентра h, расстояние от города до эпицентра S, скорость сейсмических волн v, нетрудно вычислить время, за которое теоретически можно предсказать землетрясение в этой точке:
Теоретическое время прогноза равно нулю только в самом эпицентре, в любой другой точке оно составляет от нескольких секунд до нескольких минут. Это можно считать математическим доказательством возможности краткосрочного прогноза – вопроса, который до сих пор оставался открытым.
Итак, например, если очаг землетрясения на глубине 40 км, а город на расстоянии всего 30 км от эпицентра, то при скорости сейсмических волн 5 км/сек время прогноза составит всего 2 секунды, но если автоматизированная система прогноза будет подключена к аварийным службам оповещения населения и аварийным системам отключения газоснабжения и электросетей – в целях предотвращения массовых пожаров и иных опасных последствий при обрушении зданий – то и две секунды прогноза могут снизить риск от землетрясения. Если же например глубина очага 50 км, а расстояние до города 250 км (параметры сравнимые с землетрясением в Сибири осени 2003 года), то за 41 секунду можно оповестить население (с помощью сирен воздушной тревоги, экстренного сообщения во всем каналам телевидения и радио) и даже провести эвакуацию. (Говорят о прогнозе, но ведь ни в одном городе на разработана даже коммунальная система оповещения и минимизации последствий, хотя бы те меры, которые здесь предлагаются!)
Для 21 века такое решение может оказаться вполне приемлемым, и если не будет совершён прорыв в сейсмологии как фундаментальной науке, то и основным реальным методом прогноза. Снижение катастрофических последствий и числа жертв до нуля позволит перевести проблему землетрясений из разряда острых социальных в разряд общенаучных проблем.
Теперь перейдём к описанию единой системы прогноза и оповещения (а только такая объединённая система имеет смысл), которую можно создать в ближайшие годы. Причём финансовые вложения сравнимы всего лишь с вложениями по созданию, например, сети сотовой связи.
Сейсмическим прогнозированием будет заниматься федеральное АГЕНТСТВО СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, которое отвечает за работу СЕТИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ. Сеть сейсмического прогнозирования объединяет тысячи сейсмических датчиков, ежесекундно в реальном режиме времени передающих информацию о наличии сейсмических колебаний либо по проводным линиям связи, либо через спутник в диспетчерские центры, соединённые с областными отделениями МЧС. Сейсмические датчики покрывают значительные территории, на которых вероятно возникновение эпицентра землетрясения, так же как сеть сотовой связи. Примерно на 1 квадратный километр приходится сейсмический датчик. Где бы ни был очаг землетрясения, система мгновенно оповестит о его силе все населённые пункты в радиусе сотен километров, подавая сообщение о предполагаемом времени и силе землетрясения в каждом городе (эти параметры тут же будут вычислены компьютерной программой) по всем каналам телевидения, радио, возможно одномоментной рассылкой SMS-сообщений на все сотовые телефоны и пейджеры, а также через сигналы воздушной тревоги. На электронной карте диспетчерского центра – огромном мониторе - можно видеть, как распространяется фронт сейсмической волны. На карте отображаются красным цветом точки, соответствующие сейсмографам, от которых система в данный момент получает сигнал о сейсмических колебаниях. Сохраняя эту информацию в памяти компьютеров, заодно получим много полезной научной информации о распространении сейсмических волн в породах в данной местности. Причём для прогноза землетрясений в Сибири нет необходимости покрывать сейсмографами всю территорию Сибири – ведь известно, что эпицентр может находиться только в горах Алтая, а не на равнинной части. Поэтому достаточно установить всего несколько датчиков в горном Алтае и создать линию оповещения. В Японии же, где очаг землетрясения может быть где угодно, нужно будет создать плотную сеть покрытия островов и прилегающих территорий океанского дна.
Предлагается первый промышленный элемент будущей глобальной системы прогноза построить на примере Сибири, где область возможного возникновения эпицентра достаточно локализована в горном Алтае и не требуется большая площадь покрытия.
Таким образом, проблема краткосрочного прогноза – проблема уже не развития фундаментальной науки, а скорее производственно-техническая задача на ближайшие годы, выполнение которой зависит от государства.
Тем не менее, исследование моделей очага землетрясения остаётся важной научной задачей – если мы научимся предсказывать зарождение сейсмической волны в очаге, то время прогноза может увеличиться от секунд и десятков секунд до минут или даже часов.
