Япония как сейсмически активный архипелаг: поможет ли создание сети сейсмологических наблюдений в прогнозировании землетрясений?

Как подготовиться к землетрясениям, представляющим угрозу для человечества?

Землетрясения несут в себе большую угрозу безопасности и спокойствию человеческого социума. В качестве мер подготовки к землетрясениям на прогнозирование землетрясений, а именно возможность заранее знать время, место возникновения землетрясения, а также его масштаб, возлагались большие надежды. Но по мере развития сейсмологических исследований осознание невозможности прогнозирования землетрясений усилилось. С другой стороны, углубилось понимание особенностей землетрясений, а также стал наблюдаться рост точности прогнозов их возникновения. В данной статье мы поговорим о развитии сейсмологических исследований, связанных с распространением сети наблюдений, а также о возможности прогнозирования возникновения землетрясений.

Причина землетрясения – движение плит

Землетрясение возникает в результате движения разлома тектонических плит, которое происходит под землей. Колебания, рождающиеся при смещении обеих сторон плиты, расположенных по краям поверхности разлома, передаются на поверхность земли и приводят в виде землетрясения к тряске и дрожанию наших жилых пространств. Если движение разлома происходит на дне океана, то возникает смещение донных поверхностей, что вызывает цунами. Обычно поверхности разлома, вызывающего землетрясение, прилегают друг к другу за счет трения, но, когда на эту зону распространяется сила, превышающая силу трения, происходит разрушение. Источник данной силы – в движении коренных пород, покрывающих поверхность Земли, называемых плитами. Непосредственно под Японским архипелагом располагаются: Тихоокеанская и Филиппинская морская плиты. Движение данных океанических плит является основной причиной возникновения землетрясений в зоне Японского архипелага. См. Схему 1.

Почему в Японии случается большое количество крупных землетрясений?

Землетрясения можно разделить на три крупных категории. Землетрясение, которое возникает вследствие скольжения между погружающейся вниз океанической плитой и плитой, находящейся сверху, называют землетрясением на границе плит или межплитным землетрясением. К такому виду относятся землетрясение у тихоокеанского побережья Тохоку, которое послужило причиной Великого восточно-японского землетрясения в 2011 году, а также вызывающее опасения землетрясение в Нанкайском желобе, которое может произойти в ближайшем будущем. Кроме того, существуют землетрясения, которые происходят внутри погружающейся вниз океанической плиты, их называют внутриплитными, а также землетрясения, которые происходят в активном материковом разломе, их называют материковыми.

Максимальная магнитуда межплитного землетрясения составляет 8-9. Землетрясение у тихоокеанского побережья Тохоку относят к магнитуде 9. Зона тектонического разлома распространилась на 500 км с севера на юг и 300 км с запада на восток. Материковые землетрясения по сравнению с межплитными не столь сильны. Но так как они возникают на глубине не более 15 км, то они могут вызывать сильный ущерб, подобно Великому землетрясению Хансин-Авадзи в 1995 году. Во многих случаях материковые землетрясения возникают вследствие возобновления активности разломов, сформированных в прошлом.

Японский архипелаг изначально был частью Евразии, он сформировался около 20 миллионов лет тому назад, будучи оторванным от материка вместе с появлением Японского моря. В процессе подобных крупных трансформаций образовалось большое количество тектонических разломов, который стали источниками возникновения основных материковых землетрясений современности. Землетрясения повторно возникают в каждом из этих мест со следующей частотой: межплитные землетрясения один раз в несколько десятков – сотен лет, материковые: один раз в несколько тысяч – десятков тысяч лет. Однако ввиду существования большого количества подобных сейсмических источников на Японском архипелаге часто можно наблюдать крупные землетрясения.

Подготовка сети сейсмологических наблюдений и ее эффект

Японские сейсмологические наблюдения обладают долгой мировой историей: в связи с землетрясением в Йокогаме в 1880 году зарубежные преподаватели, работавшие в Японии, создали общество сейсмологии. Именно там были начаты разработки сейсмографа. В 1960-е годы в рамках плана прогнозирования землетрясений стала развиваться сеть наблюдений, а в 1970-ые годы благодаря популярной в то время гипотезе о Токайском землетрясении была создана система предсказания землетрясений, исходившая из предпосылки обнаружения предваряющего скольжения крупных землетрясений.

Вследствие Великого землетрясения Хансин-Авадзи в 1995 году существовавшая до сих пор система была значительным образом пересмотрена. Важным стало считаться владение информацией о текущем состоянии сейсмической активности и диастрофизме, была подготовлена фундаментальная сеть сейсмологических наблюдений в масштабе всей страны, в которую вошли сеть сейсмических наблюдений высокой чувствительности Национального института наук о Земле и предотвращения стихийных бедствий (NIED) Hi-net (около 800 точек наблюдения) и др. (см. Схему 2), а также система непрерывных ГНСС наблюдений GEONET Государственной палаты по геопространственной информации Японии (около 1300 точек наблюдения) и проч.

В результате определяемость мелких землетрясений выросла на порядок, нижний предел масштабов землетрясения, возможного для распознавания, уменьшился до M0.5-1, а количество определяемых землетрясений возросло в несколько раз. Кроме того, в большом количестве стали выявляться линейные последовательности мелких землетрясений, а также указываться возможности появления толчков, следующих за крупным землетрясением прошлого, а также активных разломов, которые могут привести к будущим землетрясениям. Более того, стало возможным оперативное получение правильной информации о повторных толчках, следующих за крупным землетрясением. Например, во время землетрясения Тюэцу в 2004 году было получено распределение гипоцентров землетрясения, сформированных 4-5-ю пластами.

Стало очевидно, что это плоскости разломов основного землетрясения, а также крупномасштабных толчков, последовавших за ним, вызванных повторной активизацией сложной системы разломов, сформированной при расширении Японского моря. Прошлая система сейсмологических наблюдений дала только смутную информацию о рое землетрясений, тогда как подробное распределение гипоцентров землетрясения вносит большой вклад в понимание сейсмических явлений.

Влияние землетрясения у тихоокеанского побережья Тохоку

Землетрясение у тихоокеанского побережья Тохоку, случившееся в 2011 году, показало незрелость сейсмологии, которая считала максимально возможным масштабом землетрясений в этом регионе магнитуду около 8 баллов. До тех пор считалось, что землетрясения обладают специфическими чертами в зависимости от места возникновения и повторяются приблизительно с одинаковой силой. Однако это мнение изменилось. Стало понятно, что землетрясения разнообразны и зоны разрушения меняются в зависимости от конкретного случая.

Кроме того, стало очевидно следующее свойство землетрясений: на момент начала разрушений неизвестно, насколько крупными они окажутся, что вновь говорит о сложности их прогнозирования. В подобных условиях государство перешло от системы предотвращения стихийных бедствий, исходящей из прогнозирования Токайского землетрясения, к системе, которая, взяв в качестве объекта Нанкайский желоб, передает экстренную информацию, включающую факторы неопределенности, привлекая внимание к ней.

Результаты исследований мирового уровня, полученные от сети сейсмологических наблюдений

Один из результатов мирового уровня, полученный благодаря системам Hi-net и GEONET, – это обнаружение медленных землетрясений. Медленное землетрясение – общее название для явлений, при которых происходит медленное по сравнению с обычным землетрясением скольжение разлома. В зависимости от степени подобного замедления выявляют большое количество разных типов. В 1999 и 2002 годах медленные землетрясения разных типов были впервые в мире обнаружены в юго-западной Японии. Затем их стали наблюдать одно за другим в различных странах мира. Подобные медленные землетрясения возникают по близости от источников происхождения сильнейших землетрясений, поэтому считается, что они в какой-то форме связаны с ними. Стало понятно, что перед Землетрясением у тихоокеанского побережья Тохоку по близости произошло медленное землетрясение, что указывает на возможность того, что медленное землетрясение является предвестником сильнейшего.

Кроме того, благодаря сети сейсмологических наблюдений, использующей морские донные кабели, в частности S-net (150 точек) – сети наблюдения за землетрясениями и цунами в Японском желобе Национального института наук о Земле и предотвращения стихийных бедствий (NIED), созданной после Великого восточно-японского землетрясения (см. Схему 2), стало понятно, что в районе Японского и Нанкайского желобов происходят разнообразные медленные землетрясения. Подобным образом, исходя из возможности взаимосвязи между медленными и сильнейшими землетрясениями, о медленных землетрясениях говорят, как об одном из стандартов для подачи экстренной информации о землетрясениях в Нанкайском желобе.

Накопление информации вносит большой вклад в прогнозирование землетрясений

Узнать заранее о времени и месте разрушения плит невозможно, но если мы можем сделать предположения относительно формы поверхности разлома, степени трения, особенностей приложения силы, то появляется возможность вероятностной оценки степени опасности возникновения землетрясения. С помощью наблюдения за происходящими в настоящее время материковыми и морскими колебаниями земной коры нам стало гораздо понятнее состояние примыкания границ плит. Стало возможным прогнозирование с помощью суперкомпьютеров того, какая сила и в каком месте работает на границе плит, с учетом того, каким образом происходит погружение морских плит, а также ежедневных данных о колебаниях земной коры и перераспределении силы вследствие мелкомасштабных и медленных землетрясений.

В дальнейшем в целях повышения точности прогнозов важно с помощью точных изысканий подземной структуры получать правильную информацию о форме поверхности границ плит, а также о физическом количестве веществ в этой зоне, а также знать о том, когда, где и какого масштаба происходили крупные землетрясения в прошлом. Другими словами, гуманитарные научные исследования, опирающиеся на древние тексты, а также геологические исследования отложений цунами вносят свой вклад в прогнозирование будущих землетрясений.

Информация в режиме реального времени, позволяющая сохранить жизнь

Указанное выше прогнозирование возникновения землетрясений носит исключительно вероятностный характер, и мы не знаем, действительно произойдет землетрясение или нет. Но информация о том, через сколько секунд после начала землетрясения следует ожидать сильные толчки, может помочь в спасении жизней в течение этого небольшого промежутка времени. Данную информацию называют «информацией в режиме реального времени», исследования и разработки в этой области развиваются. Японское метеорологическое агентство, начиная с 2007 года, начало применение подобной информации для экстренного оповещения о землетрясении (см. Схему 3).

Данная система эффективно функционировала в регионе Тохоку во время Землетрясения у тихоокеанского побережья Тохоку в 2011 году, но прогнозы колебаний в регионе Канто были недооценены. Это произошло потому, что тогдашний инструментарий позволял сначала делать предположения относительно точки начала разрушений, вызванных землетрясением, а также его масштабов и предполагал силу колебаний на расстоянии от данной точки, но не учитывал значительного распространения зоны разрушений подобно тому, как это случилось во время Землетрясения у тихоокеанского побережья Тохоку. В настоящее время вместе с применением инструментария, который позволяет предположить колебания в точке-объекте, исходя из колебаний в других точках, проводится замена на более надежную систему, а также разрабатывается новый инструментарий. С другой стороны, делаются предположения в каждый момент времени относительно модели разломов при сильнейших землетрясениях с использованием данных сети GEONET в режиме реального времени, также продвигаются исследования и разработки, применяющие моментальное прогнозирование цунами.

Необходимость стабильного применения и оснащения сетей сейсмологического наблюдения, а также их подготовки на постоянной основе

Благодаря подготовленной за последние годы материковой и морской сети наблюдения развиваются сейсмологические исследования, проводится оценка реального состояния сейсмической активности, осуществляется прогнозирование возникновения землетрясений, повышается эффективность предоставления информации в режиме реального времени. Данные знания и информация являются абсолютно необходимыми в целях обеспечения безопасности и спокойствия человеческого общества. Поддерживающая их сеть сейсмологического наблюдения должна и в дальнейшем управляться стабильно. В связи с тем, что сильнейшие землетрясения, несущие особенно большую угрозу, возникают в морских зонах, расположенные в море системы наблюдения за землетрясениями и цунами кабельного типа требуют более серьезной подготовки.

Как бы ни развивались исследования и разработки, у предоставляемой с их помощью информации существуют свои пределы. Учитывая подобные обстоятельства, мы должны получать знания, необходимые для эффективного применения данной информации, а также не зависимо от того, когда и где случится землетрясение, ежедневно быть готовыми к нему.

Фотография к заголовку: Обрушение гор и разрушенные дома на обширной территории в результате землетрясения в восточной части Ибури на острове Хоккайдо (съемки с чартерного самолета информационного агентства «Дзидзи цусин»). 6 сентября 2018 г., Хоккайдо, поселок Ацума («Дзидзи»)

Статьи по теме

• Не слишком ли много землетрясений в Японии в этом году?
• Стихийные бедствия в Японии: простые советы, которые помогут выжить
• Годовщина землетрясения Хансин-Авадзи: уроки бедствия в крупных городах
• Великое восточно-японское землетрясение в статьях nippon.com
• Великое восточно-японское землетрясение: пять лет спустя
• Станет ли «Землетрясение Нанкай» более разрушительным, чем Великое восточно-японское землетрясение 2011 года?
• В случае землетрясения в Токио до 140 тысяч человек придут на помощь