Вопросы о прогнозировании землетрясений, как правило, возникают после таких катастроф, как землетрясение в Турции и Сирии 6 февраля 2023 года. Могло ли заблаговременное предупреждение предотвратить некоторые разрушения? К сожалению, полезные прогнозы все еще остаются в сфере научной фантастики.

Профессор сейсмологии и геоопасностей Вашингтонского университета Гарольд Тобин возглавляет Тихоокеанскую северо-западную сейсмическую сеть. Он объясняет разницу между предсказанием и прогнозированием землетрясений, а также рассказывает о системах раннего предупреждения, которые в настоящее время действуют в некоторых районах.
Могут ли ученые предсказать конкретное землетрясение?

Если коротко, то нет. Наука еще не нашла способа делать действенные прогнозы землетрясений. Полезное предсказание должно определять время, место и магнитуду - и все это должно быть достаточно конкретным и достаточно заблаговременным.

Например, если я предскажу, что в Калифорнии произойдет землетрясение в 2023 году, это, конечно, сбудется, но это не будет полезным, потому что в Калифорнии каждый день происходит множество мелких землетрясений. Или представьте, что я предсказываю землетрясение магнитудой 8 или выше на Тихоокеанском Северо-Западе. Это почти наверняка сбудется, но не указано, когда именно, поэтому это не полезная новая информация.

Землетрясения происходят потому, что медленное и устойчивое движение тектонических плит приводит к накоплению напряжений вдоль разломов в земной коре. На самом деле разломы - это не линии, а плоскости, уходящие на многие километры в землю. Трение, вызванное огромным давлением веса всех вышележащих пород, удерживает эти трещины вместе.

Землетрясение начинается в каком-то небольшом месте разлома, где напряжение преодолевает трение. Две стороны проскальзывают друг мимо друга, при этом разрыв распространяется со скоростью миля или две в секунду. Скрежет двух сторон друг о друга на плоскости разлома посылает волны движения породы во всех направлениях. Подобно ряби в пруду после падения камня, именно эти волны заставляют землю дрожать и вызывают разрушения.

Большинство землетрясений происходит без предупреждения, потому что разломы заблокированы и неподвижны, несмотря на напряжение движущихся вокруг них плит, и поэтому молчат, пока не произойдет разрыв. Сейсмологи пока не нашли никакого надежного сигнала, который можно было бы измерить до этого первоначального разрыва.
А как насчет вероятности землетрясения в одном районе?

С другой стороны, наука о землетрясениях сегодня прошла долгий путь в том, что я назову прогнозированием, а не предсказанием.

Сейсмологи могут измерять движение плит с миллиметровой точностью с помощью GPS и других средств и определять места, где накапливается напряжение. Ученые знают о зарегистрированной истории прошлых землетрясений и даже могут делать выводы о более далеком прошлом, используя методы палеосейсмологии: геологически сохранившиеся свидетельства прошлых землетрясений.

Соединив всю эту информацию вместе, мы можем определить области, где условия созрели для разлома. Эти прогнозы выражаются в виде вероятности землетрясения определенного размера или выше в регионе в течение нескольких десятилетий в будущем. Например, по оценкам Геологической службы США, вероятность землетрясения магнитудой 6,7 или выше в районе залива Сан-Франциско в ближайшие 30 лет составляет 72%.
Есть ли какие-либо признаки приближающегося землетрясения?

Только примерно 1 из 20 разрушительных землетрясений имеет предвестники - небольшие землетрясения, которые предшествуют более крупному землетрясению в том же месте. По определению, они не являются предвестниками, пока за ними не последует более крупное землетрясение. Неспособность распознать, является ли землетрясение в отдельности форшоком, во многом объясняет, почему полезные прогнозы все еще ускользают от нас.

Однако за последнее десятилетие или около того произошло несколько мощных землетрясений магнитудой 8 и более, включая землетрясение и цунами Тохоку 2011 года магнитудой 9,0 в Японии и землетрясение 2014 года магнитудой 8,1 в Чили. Интересно, что большая часть этих самых сильных землетрясений, по-видимому, имела некоторые предвестники, либо в виде серии форшоков, зафиксированных сейсмометрами, либо в виде ускоренных движений земной коры, зафиксированных GPS-станциями, которые сейсмологи называют "событиями медленного скольжения".

Эти наблюдения позволяют предположить, что, возможно, действительно существуют сигналы-предвестники по крайней мере некоторых огромных землетрясений. Возможно, из-за огромных размеров последующего землетрясения незаметные изменения в области разлома, предшествовавшие основному событию, стали более заметными. Мы не знаем, потому что таких землетрясений силой более 8 баллов происходит очень мало. У ученых не так много примеров, которые позволили бы нам проверить гипотезы статистическими методами.

На самом деле, хотя все ученые, изучающие землетрясения, согласны с тем, что сегодня мы не можем предсказать землетрясения, в настоящее время существует два лагеря: с одной стороны, землетрясения являются результатом сложных каскадов крошечных эффектов - своего рода чувствительной цепной реакции, которая начинается с пресловутого хлопанья крыльев бабочки в глубине разлома - поэтому они по своей природе непредсказуемы и всегда будут оставаться таковыми. С другой стороны, некоторые геофизики считают, что однажды мы сможем открыть ключ к прогнозированию, если только найдем правильные сигналы для измерения и накопим достаточно опыта.
Как работают системы раннего предупреждения?

Настоящим прорывом сегодня является то, что ученые разработали системы раннего предупреждения о землетрясениях, такие как USGS ShakeAlert, действующая в настоящее время в штатах Калифорния, Орегон и Вашингтон. Эти системы могут посылать сигнал тревоги на мобильные устройства жителей и операторов критически важных механизмов, включая коммунальные службы, больницы, поезда и так далее, предупреждая о землетрясении за время от нескольких секунд до более чем минуты до начала толчков.

Это похоже на предсказание землетрясений, но это не так. Раннее предупреждение землетрясений опирается на сети сейсмометров, которые обнаруживают самое начало землетрясения на разломе и автоматически рассчитывают его местоположение и магнитуду до того, как разрушительные волны распространятся очень далеко. Чувствование, вычисление и передача данных происходят почти со скоростью света, в то время как сейсмические волны движутся медленнее. Эта разница во времени и позволяет осуществлять раннее предупреждение.

Например, если землетрясение начнется у побережья штата Вашингтон под океаном, береговые станции смогут его обнаружить, и такие города, как Портленд и Сиэтл, получат десятки секунд времени для предупреждения. Люди вполне могут получить достаточно времени, чтобы предпринять меры безопасности, такие как "Упасть, укрыться и держаться" - при условии, что они находятся на достаточном расстоянии от разлома.
Какие осложнения принесет прогнозирование?

Хотя предсказание землетрясений часто называют "святым Граалем" сейсмологии, на самом деле, если оно будет разработано, то возникнет несколько реальных дилемм.

Во-первых, землетрясения происходят так редко, что любые ранние методы неизбежно будут иметь неопределенную точность. В условиях такой неопределенности, кто будет принимать решение о принятии важных мер, таких как эвакуация всего города или региона? Как долго люди должны оставаться вдали, если землетрясение не произойдет? Сколько раз это будет происходить, прежде чем ситуация превратится в "мальчик плакал, а волк кричал" и население перестанет прислушиваться к приказам? Как чиновникам сбалансировать известные риски от хаоса массовой эвакуации с риском от самого землетрясения? Идея о том, что технология прогнозирования появится полностью сформированной и надежной, - это мираж.

В области сейсмологии часто говорят, что землетрясения убивают не людей, а здания. Сегодня ученые уже достаточно хорошо прогнозируют опасность землетрясений, поэтому наилучшим вариантом действий является удвоение усилий по строительству или модернизации зданий, мостов и других объектов инфраструктуры, чтобы они были безопасными и устойчивыми в случае подземных толчков в любом районе, который, как известно, подвержен риску сильных землетрясений в будущем. Эти меры предосторожности окупятся спасенными жизнями и имуществом в гораздо большей степени, чем надежда на средства прогнозирования землетрясений, по крайней мере, в обозримом будущем.