Можно ли управлять землетрясением?

Можно ли управлять землетрясением?

Проф. Владимир Гольдшмидт

Человечество сумело частично покорить и приспособить под свои нужды многие природные феномены и явления: энергию солнца, ветра, приливы и отливы морей и океанов, атомную энергию, магнитное и гравитационное поля и многое другое.

А что же землетрясения? В последние годы природные силы Земли заметно активизировались. Особенно мощные и трагические по своим последствиям, разрушительные землетрясении последнего времени произошли в Новой Зеландии и Японии. 22.02.2011 в г. Крайстчерч (Новая Зеландия) - землетрясение магнитудой 6,3, погибло более 160 человек, серьезные разрушения в городе. 11.03.2011 - крупнейшее в истории Японии (и, не только) землетрясение магнитудой 8.9, значительные разрушения в результате цунами, смещение земной оси и острова Хонсю, пожары, отключения электричества, авария на АЭС Фукусима и др., десятки тысяч погибших и пропавших без вести. Предсказать его не удалось. И это при том, что в Японии была создана телеметрическая система регистрации, которая заметно повысила качество и чувствительность сейсмических наблюдений в этой стране и, вообще есть большой опыт реакции на подземные толчки. Землетрясения в Японии продолжаются. Произошли землетрясения в Тихоокеанском вулканическом огненном кольце, в Средиземноморье, Гондурасе, Мексике, Испании и др. регионах.

Катастрофическое землетрясение в Японии и, последующие за ним афтершоки, природные и техногенные катаклизмы напугали весь мир. Израиль не исключение, тем более, что здесь в наличии весомая природная причина - тектонически "живой" Транформ Мертвого моря (рис. 1, фактически Аравийско-Африканский разлом, даже система разломов, простирающаяся на несколько тысяч километров от южной границы Евразийской плиты до плиты Индийского океана), постоянные подвижки вдоль которого (что однозначно доказано геофизическими исследованиями, в которых принимал непосредственное участие автор статьи), время от времени, напоминают о себе землетрясениями различной интенсивности, в том числе и разрушительными. Об этом уже много написано и в популярной и в научной литературе, в том числе, и мной (на русском языке см.: в Интернете - Электронный научный семинар - ЭНС; мою страницу на сервере Lib.ru, газету "Мост" и др.; на английском языке - в израильских и зарубежных научных журналах).

Рис. 1. Блок-диаграмма земной коры Леванта (по работам М. Рыбакова, В. Гольдшмидта и др.); на поверхности отчетливо виден Трансформ Мертвого моря.

Чтобы в дальнейшем, избежать путаницы в терминологии, напомним, что для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

Шкала магнитуд (их несколько) различает землетрясения по величине магнитуды, которая является универсальной и физически обоснованной относительной энергетической характеристикой землетрясения (наиболее используемая, локальная логарифмическая шкала магнитуд Рихтера).

Интенсивность землетрясений, оценивается не магнитудой, а по своим шкалам (их несколько), по тем разрушениям, которые она причиняет в населённых районах. Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения, измеряемой в баллах (как правило, от 1 до 12). Она показывает характер и масштаб воздействия землетрясений на поверхности земли, на людей, животных, на естественные и искусственные сооружения в конкретном районе. При этом, интенсивности конкретного землетрясения в разных пунктах разные, в то время, как магнитуда у него одна. Интенсивность проявления землетрясений на поверхности зависит от глубины очага - гипоцентра (тем больше, чем ближе он к поверхности) и магнитуды землетрясения, служащей мерой его энергии.

Примерное соотношение магнитуды и балльности на поверхности в зависимости от глубины очага показано в таблице:

Глубина очага, км	М а	г н и	т у	д а
	5	6	7	8
10	7	8 - 9	10	11 - 12
20	6	7 - 8	9	10 - 11
40	5	6 - 7	8	9 - 10

Ясно, что интенсивность проявления землетрясения в конкретном месте зависит и от расстояния до его эпицентра (проекция гипоцентра на поверхность). Сильные землетрясения могут ощущаться на расстояния 1000 и более км.

Заголовок данной статьи можно рассматривать в двух аспектах: во-первых, как предшествующую попытку ослабления собственно мощности (силы) возможного землетрясения и, во-вторых, как уменьшение его интенсивности, т.е., разрушительного эффекта.

Аспект первый. Итак, если этот катаклизм предсказать нельзя, что же реально можно сделать (и, можно ли), как совладать с природой, чтобы, основываясь на опыте таких действий в других сейсмоопасных регионах нашей неспокойной планеты Земля, хотя бы немного уменьшить разрушительный потенциал мощных землетрясений в наших палестинах. Люди, т.е. потенциальные жертвы природных катаклизмов, должны знать свои возможности, хотя бы теоретически. В общем, механизм землетрясения изучен достаточно хорошо. Поэтому вполне резонно попытаться выяснить, нельзя ли осуществлять над ним контроль. Современные исследования показали, что, провоцируя мелкие неопасные толчки в зоне разлома (искусственное, наведенное землетрясение), можно несколько ослабить напряжение, способное вызвать сильное землетрясение. Множество слабых землетрясений, уменьшая напряжения, накапливающиеся со временем при движении контактирующих по разлому блоков земной коры, способно освободить столько же энергии, сколько одно разрушительное, т.е. условная суммарная мощность первых примерно равна мощности второго.

К сожалению, вообще предотвратить землетрясение человек не в состоянии. Но он может вызвать небольшое движение земной коры, прежде чем напряжение в породах достигнет критического уровня - причины сильного землетрясения.

Наиболее действенным из существующих приемов является проведение мощного взрыва. Подземный взрыв ядерного устройства в Неваде в 1968 г. вызвал толчок магнитудой 6,3, за которым последовал ряд землетрясений с магнитудой до 5,0. Такой вариант для территориально небольшого Израиля не подходит, подземные толчки средней силы могут сами по себе нанести немалый урон. Правда, израильским Институтом геофизики в конце января 2011 г. было взорвано на юге страны (не в зоне Трансформа Мертвого моря, а значительно западнее) 102 тонны расположенной на поверхности, а не в скважинах взрывчатки, в рамках эксперимента по улучшению контроля за различными типами взрывов (это был самый большой взрыв в мире за последние 17 лет), причем в 2009 году этот же Институт геофизики уже проводил подобные испытания. Эти взрывы, магнитуда которых была в пределах 2-х, проводились с другими целями, и на предмет настоящей статьи ответа не дают. Близкие по смыслу работы для оценки типа взрывов, проводились институтом и ранее (V. Pinsky, Y. Gitterman, V, Goldshmidt, A. Shapira "Collection of regional calibration data within the area around the Israel seismic network" 2001-2003). Вместе с тем, допустимым средством возбуждения мелких землетрясений могут иногда являться небольшие взрывы в скважинах вдоль поверхности разлома.

Возможный способ провоцирования землетрясений был случайно открыт в Денвере (США). Здесь начиная с 1962 г. в скважину глубиной 3600 м, пробуренную в трещиноватых гранитах, стали нагнетать отработанные жидкости. За несколько десятков лет до 1962 г. в этом районе было отмечено лишь три слабых сотрясения грунта, а с 1962 по 1968 г. здесь произошло более 600 мелких землетрясений. Удалось даже выявить некоторую связь между количеством нагнетаемой жидкости и числом землетрясений. В основном сотрясения возникали в зоне разлома под забоем скважины. Выявился некоторый метод контроля мелких подвижек, происходящих на глубине в насыщенных жидкостью породах, которые пребывают в напряженном состоянии. Очевидно, жидкость сыграла роль смазки, что облегчило движение плит. Закачка воды в пласты, которую обычно применяют в нефтеносных районах с целью добычи большего количества нефти, подтвердила полученные в Денвере результаты.

Нечто подобное произошло и в Турции. Изучив там статистику землетрясений за последнюю четверть века, сейсмологи обратили внимание на то, что количество мелких подземных толчков здесь заметно возрастает через месяц-другой после таяния снегов, если зимой были обильные снегопады. Видимо, талая вода, просачиваясь в землю, тоже играет роль смазки, и контактирующие плиты немного сдвигаются друг относительно друга.

Сибирские ученые в ряде районов показали, что изменение состояния среды (например, повышение водонасыщенности в разломе) вместе с виброимпульсными воздействиями может привести к изменению режима смещений вплоть до вязкого. Проведенные ими наблюдения и эксперименты в Монголии (2002 г.), а также на полигоне в пос. Листвянка (2000--2003 гг.) позволили подтвердить возможность техногенного управления режимом смещений и реализации триггерного механизма (пусковой процесс, обеспечивающий резкий переход среды из одного состояния в другое) изменения режимов смещений в разломно-блоковых средах. На полигоне "Листвянка", после закачки воды во фрагмент разлома, в нем, вероятно, произошло изменение состояния среды и низкочастотные вибрационные воздействия (триггер), обусловленные ветровой нагрузкой на башню солнечного телескопа привели к развитию сдвиговых смещений.

На примере крупнейшего разлома Сан-Андреас в Южной Калифорнии (США) было также показано, что жидкость уменьшает мощность подземных толчков. Разлом Сан-Андреас относится к типу активных континентальных окраин. В таких зонах океаническая литосферная плита непрерывно подползает под материковую плиту (зона субдукции или зона Беньофа), создавая напряженность как в глубинных зонах на дне океана недалеко от берега, так и в горах на материке. На поверхности Земли это движение может не чувствоваться, так как ему препятствует сила трения, поэтому накапливается потенциальная энергия упруго деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных пород земных недр. В момент превышения предела прочности пород возникает очаг землетрясения: накопленная потенциальная энергия переходит в энергию колебаний этих пород, т.е. в сейсмические волны, в энергию землетрясения.

Эффект влияния "смазки водой", ведущий к увеличению числа мелких толчков в Красном и Мертвом морях вдоль Аравийско-Африканского разлома, по данным постоянного мониторинга виден и на территории Израиля (рис 2). (см. также мою статью в ЭНС "Разлом (Трансформ) Мертвого моря - источник землетрясений?")

Таким образом, казалось бы, одним из способов ослабления напряжений, т.е., предотвращения сильных землетрясений, может служить закачка воды в скважины, пробуренные вдоль линии разлома, в котором было обнаружено повышенное давление. Вода действует подобно смазке, уменьшая трение между породами в разломе и создавая условия для их плавной подвижки, сопровождаемой серией лёгких толчков, что можно считать началом дезактивации разлома.

Рис. 2. Карта эпицентров землетрясений. Израиль, 1900 - 2003 (из статьи А.Таля "Тектоника, землетрясения и Израиль").

Но это также опасно, как и сильные искусственные взрывы, поскольку точно неизвестны величина и пространственная локализация напряжения накопившегося в месте стыка двух плит, и поэтому может быть спровоцировано мощное землетрясение вместо того, чтобы предотвратить его. Так, например, чтобы избежать землетрясения магнитудой 8,0, надо вызвать несколько сотен толчков магнитудой 6,0, которые сами по себе, могут привести к серьезным разрушениям. Итак, закачка воды это не панацея.

Известно также, что снятию сильных напряжений, могут способствовать техногенные, "антропологические" землетрясения, вызываемые производственной деятельностью людей. При строительстве крупных водохранилищ, в районах затопления усиливается тектоническая активность -- увеличивается частота землетрясений и немного их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода, понижает предел прочности горных пород, т.е. вода не только создает дополнительную нагрузку на породы за счет веса, но и повышает давление грунтовых вод, что уменьшает сопротивление пород трению. Правда, и это опасно. После 1935 г., когда было заполнено водохранилище Мид в Аризоне, в этом ранее асейсмическом районе за 10 лет произошло около 600 толчков магнитудой ~ 5,0. Водохранилище Койна близ Бомбея было заполнено в 1967 г., после чего последовало множество землетрясений; во время одного из них, магнитуда которого достигала 6,5 (~ 8 баллов), были разрушены дома и погибло около 180 человек. И этот вариант в Израиле сомнителен. Так, последнее примерно такой интенсивности землетрясение здесь было зарегистрировано в 1927 году, что привело к гибели около 300 человек. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных объектов.
В эти дни в Израиле проходит обсуждение проекта спасения туристического гостиничного комплекса в южной части Мертвого моря. Там, из-за отложений соли в заводских испарительных бассейнах уровень воды быстро повышается, и в ближайшие годы вода может затопить стоящие на берегу отели. Созданная правительством в 2008 году экспертная комиссия предложила на выбор три возможных варианта решения: вычерпывание соли (проект обойдется в 7 млрд шекелей), постройка лагуны вокруг отелей (около 5 млрд шекелей), снос всех отелей и постройка новых на более высоком месте (3-4 млрд шеек). Независимо от того, какой вариант будет выбран, он может повлиять на снятие сильных напряжений в этой части Трансформа, спровоцировать мелкие толчки и уменьшить возможность проявления сильного землетрясения.

Итак, несмотря на наличие нескольких описанных выше и других методов возможного в принципе (теоретически) ослабления сильных землетрясений (слабые взрывы, закачка воды в скважины и др.) в Израиле их использовать сложно, во-первых, из-за небольшой территории страны (метод взрывов) и, во-вторых, из-за очень большой стоимости работ (бурение сверхглубоких скважин, где зафиксировано повышенное давление, закачка в них воды, предварительное создание сети сейсмических наблюдений высокого разрешения вдоль линии разлома, т.е. оснащения глубоких скважин высокоточными сейсмометрами и многое др.).

Таким образом, в какой-то мере землетрясением управлять теоретически можно, но практически сложно.

Кстати сказать, слабые землетрясения в Леванте, равно, как и в других районах, могут быть спровоцированы мощным отдаленным землетрясением, колебания от которого доходят до этого района.

Итак, остается аспект второй, положительный результат которого зависит от выполнения рекомендаций различных комиссий и специалистов-профессионалов по землетрясениям. Комиссией по чрезвычайным ситуациям (ЧС) Израиля, принят "Закон по укреплению жилых и общественных зданий на случай землетрясения", проводятся учения и консультации, приобретается необходимые оборудование и снаряжение. Однако, государственная программа перестройки и укрепления жилых и общественных зданий на случай землетрясения (ТАМА-38, принятая в 2005 г.) практическм пока не выполняется (заметим, что, антисейсмичный эффект таких стройманипуляций по меньшей мере сомнителен). Более нетерпимым является то, что даже новые дома, не всегда имеют необходимую сейсмическую защиту (прочность, гибкость, устойчивость) и вряд ли способны выстоять при сильных подземных толчках (от 6 баллов и выше; такие землетрясения здесь уже бывали). При этом следует понимать, что основную опасность для людей представляет, как правило, не само землетрясение, а разрушающиеся, т.е. неправильно построенные здания и другие сооружения. В 20-х числах марта 2011г. израильский Госконтролер опубликовал третий за последние десять лет отчет о неготовности Израиля к серьезному землетрясению и призвал правительство немедленно начать работу по повышению сейсмической безопасности страны. Но если уж Япония, часто страдающая от землетрясений различной интенсивности и, казалось бы хорошо подготовленная, оказалась неготовой к катаклизму такой силы, то, что говорить об Израиле, к счастью расположенном не в такой сейсмоопасной зоне.

Рис. 3. Сейсмическая сеть Израиля, регистрирующая все землетрясения от мелких до крупных (сайт GII - Геофизического института Израиля).

Недавно сообщалось, что в ходе специального совещания, посвященного готовности к землетрясениям, премьер-министр, получив информацию о том, что Израиль располагает технологией, позволяющей, предупреждать при помощи SMS-сообщений о предстоящем событии, в частности, о землетрясении, за 5-35 секунд до его начала (как в известном анекдоте, выезжать на пожар за 5 минут до возгорания), тут же потребовал как можно скорее ввести ее в строй. Но беда то в том, что в действительности отсутствует главное: никакой эффективной технологии собственно раннего предсказания точного времени начала землетрясения, выявления его предвестников, реально не существует. По сути, отсутствует механизм предсказания, хотя попыток его обнаружения, в том числе и опубликованных, предпринято множество. И это при том, что почти аналогичная японской (которая, оказалась неэффективной), но меньшая по своим масштабам система телеметрических наблюдений создана и в Израиле, способная регистрировать слабые землетрясения по всей территории страны. (сейсмологический отдел Института геофизики создал сеть из 15 региональных и опорных сейсмических станций, оборудованных современной аппаратурой) (см. рис. 3) . Изучение микроземлетрясений помогает разобраться в причинах возникновения более сильных землетрясений и по этим данным иногда предугадать время их возникновения (иногда, т.е. очень редко, не более того). Но даже, если бы и было кратковременное предсказание, что можно успеть за несколько секунд.

Рис. 4. Сейсмическая сеть Израиля (система из 62 акселерографов - сейсмограф для измерения ускорения грунта, как функции времени) для инженерных целей, регистрирующая крупные землетрясения (сайт GII).

При этом следует иметь в виду, что при прочих равных условиях разрушительный потенциал мощных землетрясений зависит и от строения и состава пород верхних горизонтов земной коры. Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности - задача сейсмического районирования. При этом используются исторические данные и инструментальные наблюдения, геолого-геофизическое. картирование, и сведения о движениях земной коры (см. мою статью в ЭНС "Разлом (Трансформ) Мертвого моря - источник землетрясений?") Есть места, где не может быть сильных землетрясений, потому что верхние горизонты здесь сложены породами, которые не могут накапливать большие напряжения. Они накапливают только небольшие напряжения и разряжаются слабыми или средней силы землетрясениями. Поэтому при создании методов прогноза землетрясений крайне важно изучать строение верхних горизонтов земной коры и рельефа местности в каждом конкретном районе.

Такие работы в Израиле проводятся. В 2009 г. сотрудниками институтов геофизики и геологии Ю. Заславским и З. Гвирцманом и была опубликована карта областей с потенциально высоким движением грунта Израиля (Map of Zones with Potentially High Ground Motion Amplification). На ней выделены два типа областей с более высокой, чем обычно степенью усиления колебаний грунта во время землетрясения (карта здесь не приводится из-за ее громоздкости): 1. Регионы, где мягкий грунт непосредственно залегает на жестком фундаменте коренных пород, в связи с захватом энергии в слое почвы и развитием резонанса. 2. Регионы узких и глубоких геологических бассейнов, в которых возникают дополнительные волновые эффекты, такие как фокусировка волны, эффекты края бассейна и другие явления. Вместе с тем, на конкретных участках и объектах требуются дополнительные детальные исследования.

Во многих районах изучаются динамические параметры электростанций, промышленных объектов и других структур, в городах Израиля проведено микросейсморайонирование и построены соответствующие карты, на которых в зависимости от состава и состояния верхних слоев земной коры показаны более и менее опасные районы при одной и той же магнитуде землетрясения. Конкретно, такие работы проведены в различных местах в 15 городах Израиля группой сейсмологов (под руководством доктора Ю. Заславского) из Института геофизики и на основе анализа около 4500 измерений микросейсм (колебаний) построены карты микрорайонирования, т.е., карты зональности землетрясений.

На рис. 5, в качестве примера, показана карта оценки опасности землетрясений по району Лод-Рамле (участки, охваченные изолиниями выше 5, являются опасными для строительства).

Что очень важно, это соблюдение необходимых правил поведения во время землетрясения, которые уже многократно описаны в СМИ и в Интернете (где прятаться, куда бежать и т.д.), поэтому здесь их повторять нет смысла. К сожалению, эти рекомендации многими чаще всего не выполняются. Впрочем, это и не удивительно. Возникающая во время землетрясения стрессовая ситуация почти не оставляет времени для выбора разумных действий.

Тем не менее, необходимо, как можно более полное соблюдение рекомендаций комиссий по чрезвычайным ситуациям (ЧС) и соответствующих специалистов в преддверии и во время землетрясения.

Вместе с тем, несмотря на пугающую статистику (примерно, одно мощное землетрясение в 100 лет), будем надеяться, что в ближайшие годы это событие не произойдет. То ли, благодаря случаю, то ли, человеческий гений придумает что нибудь еше, кроме описанного в этой статье.

Уважаемые читатели, подумайте и вы, присоединяйтесь к гениям.

ДАГЕСТАНСКИЙ ФИЛИАЛ УЧРЕЖДЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ РАН (РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК)

Россия Республика Дагестан Махачкала Белинского 16, Телефон (8722)670273, Факс (8722)676004

28 июня 2011 г. г. Махачкала. Исх. ? _____

Профессору Гольдшмидту В.И.

Уважаемый Владимир Иосифович!

К сожалению лишь недавно ознакомился с Вашими весьма интересными работами, особенно по вопросам, связанным с управлением землетрясениями.

Мы находимся в сейсмически активной зоне, и нас больше занимают проблемы прогнозирования землетрясений и ликвидация их последствий. Готовы к взаимовыгодному сотрудничеству.

Не могли бы Вы помочь (выслать по Е-mail или подсказать как) нам в ознакомлении с текстом 'Закона по укреплению жилых и общественных зданий на случай землетрясения' и программой ТАМА - 38 (можно на английском языке).

Искренне Ваш

Ген. директор Дагестанского филиала ГС РАН Марат Даниялов.

Дагестанский филиал учреждения Геофизической службы РАН

Alieva Anna [geophysicrd@mail.ru]

Здравствуйте, Владимир Иосифович.

Большое Вам спасибо за проявленное к нам внимание. Очень признательны за Ваше участие.

Ген. директор Дагестанского филиала ГС РАН Марат Даниялов.

Комментарии: 1, последний от 06/12/2012. © Copyright Гольдшмидт Владимир Иосифович (v28@netvision.net.il) Обновлено: 01/06/2016. 32k. Статистика. Статья: Израиль Иллюстрации: 5 штук.		Оценка: *5.495** Ваша оценка:

Гольдшмидт Владимир Иосифович: другие произведения.

Можно ли управлять землетрясением?