Человечество в той или иной степени научилось справляться со многими природными катаклизмами: против наводнений строят дамбы, против землетрясений — сейсмоустойчивые здания, оборудуют противоураганные убежища, но цунами до сих пор остаются чрезвычайно разрушительными. Пока не существует эффективных технологий их предотвращения, но количество разрушений от них можно сократить, развивая технологии предупреждения. Их неиспользование оборачивается катастрофами.
Весь мир год назад следил за событиями в Японии, когда землетрясение у восточного побережья острова Хонсю, в море, вызвало сильнейшее цунами. От разрушительной силы последнего погибли больше 15 тысяч человек, 27 тысяч человек ранены, и 3 тысячи пропали без вести. 45 тысяч здании были превращены в руины, разрушена инфраструктура, произошла серьезная авария на атомной электростанции Фукусима-1. Япония до сих пор борется с последствиями этой страшной катастрофы.
За несколько лет до этого, в 2004 году, цунами, вызванное землетрясением в Индийском океане, унесло жизни 240 тысяч человек и стало одной из самых страшных природных катастроф в истории человечества.
На ежегодной конференции Европейского союза наук о Земле (EGU) учёный Геологического исследовательского цента Потсдама Андрей Бабейко представил доклад, в котором утверждается, что силу землетрясения и направление приливной волны восточнояпонского землетрясения можно было рассчитать уже через 3 минуты после первых толчков, используя данные GPS. Эту технологию назвали GPS-щитом, и она применяется в одной из самых высокотехнологичных и эффективных систем предупреждения о цунами — проекте GITEWS (German-Indonesian Tsunami Early Warning System — немецко-индонезийская система раннего предупреждения о цунами), финансируемым совместно немецким и индонезийским правительствами.
Система раннего предупреждения о цунами особенно важна для Индонезии. Из-за её географического положения и большой сейсмической активности в области Зондской островной дуги и Яванской впадины разрушительные цунами могут достигать береговой линии Индонезии всего за 20 минут. Поэтому GITEWS стремится к наименьшей возможной задержке между поступлением данных и предупреждением об опасности.
Система состоит из трёх ключевых звеньев. Во-первых, это сейсмологические станции с GPS-передатчиками. В Индонезии установлено 25 станций, которые регистрируют любую сейсмическую активность в регионе, а GPS же позволяет оперативно — в течение 2 минут — регистрировать смещения геологических пластов.
Система учитывает и то, что не все подводные землетрясения вызывают цунами. Для того чтобы избежать ложной тревоги, в открытом океане устанавливаются оборудованные GPS-передатчиками буйки, которые в режиме, приближенном к реальному времени, передают информацию в береговой центр. Первый сигнал о цунами поступает уже через несколько минут, данные постоянно обновляется вместе с развитием сейсмической ситуации. Использование GPS-буйков стало важной находкой разработчиков системы, так как возможность установки их в открытом океане позволяет избежать вандализма со стороны местных рыбаков и хулиганов, и, что не менее важно, они находятся гораздо ближе к возможному эпицентру землетрясения.
Буйки в океане дополняются измерительными приборами на островах, которые регистрируют приливную волну, и специальными датчиками давления, установленными на морском дне, которые работают в паре с GPS-буйками.
Информация, получаемая от всех датчиков, в режиме реального времени поступает в командный центр. Здесь в дело вступает разработанная Бабейко и группой потсдамских учёных система построения модели цунами. Разноформатные данные сводятся воедино, образуя единую динамическую картину возможного развития цунами.
Немаловажно, что при разработке проекта GITEWS авторы руководствовались не только научными разработками, но и концепцией наращивания потенциала (capacity building). Хотя проект большей частью спонсировался Германией, идея заключалась в том, чтобы Индонезия, а на её примере и другие развивающиеся приокеанские страны могли самостоятельно эксплуатировать систему предупреждения о цунами. Для этого был обучен персонал командного центра — более 30 человек, которые работают посменно, были созданы группы быстрого реагирования, подготовлены отряды добровольцев, разработаны эвакуационные карты и протокол оповещения с помощью СМИ, громкоговорителей, мобильных отрядов полиции, и т.п.
Оборудование также разработано с учётом специфики региона и поставленных задач. GPS-станции построены по модульному принципу, причём модули легко заменяемы, чтобы мелкий, но срочный ремонт мог провести даже невысоко квалифицированный техник. Сами станции установлены на невысоких прочных сейсмоустойчивых бетонных фундаментах, чтобы обеспечить, с одной стороны, безопасность от ударной волны, а с другой — стабильность при колебаниях почвы и избежать опасности падения. Кроме того, станции снабжены двумя модулями для связи с двумя независимыми спутниками для большей надежности.
Но именно применение GPS обеспечивает системе особенную эффективность. Благодаря тому, что GPS-передатчики позволяют регистрировать сдвиги грунта в пределах нескольких сантиметров, они могут превосходить обычные сейсмографы по точности предсказания магнитуды землетрясения. Также традиционным сейсмографам требуется больше времени для того, чтобы полностью определить действительную силу толчка, поэтому они часто «недооценивают» магнитуду. Например, во время землетрясения 2011 года в Японии, сейсмографы первоначально зарегистрировали землетрясение 7 баллов, в то время как проведенный Бабейко анализ GPS-данных того же времени даёт 9 баллов, которые на самом деле и обрушились на Японию.
Если же использовать дифференцированные измерения, то точность GPS-данных измеряется уже миллиметрами. Для этого используют два передатчика, один непосредственно в точке измерения, другой — контрольный, и производятся измерения их сдвига относительно друг друга. Такие датчики уже сейчас устанавливаются на высотных зданиях, мостах и режимных объектах — в том числе на атомных электростанциях — и позволяют контролировать мелкие структурные изменения объектов.
Спутниковый сигнал можно использовать не только для получения данных от передатчиков. GNSS-рефлектометрия позволяет получать данные о высоте отражающего объекта — в данном случае воды, и тем самым определять местоположение и скорость волны в открытом океане.
Интересно, что точность рефлектометрии значительно возрастает при комбинированном использовании GPS и ГЛОНАСС. Например, анализ данных цунами 2004 года только по GPS позволил бы засечь волну через 54 минуты, в то время как объединенные данные GPS, ГЛОНАСС и GALILEO предоставили бы те же данные всего через 17 минут.
Опыт, полученный при выполнении проекта GITEWS должен значительно изменить положение дел в этой области. Во многом это готовое решение для развивающихся прибрежных стран: отработанная система, высокая эффективность, относительная автономность — вопрос стоит только в финансировании. К сожалению, эксплуатация океанских датчиков всё ещё весьма дорога.
Перспективы дальнейшего развития системы очевидны. Во-первых, это более полная интеграция GPS и ГЛОНАСС для обеспечения высокой точности данных и надежности, во-вторых, развитие систем оповещения жителей. Например, организация CWARN ставит своей целью бесплатно оповещать о возможных цунами по SMS, с учётом географического положения получателя. Интеграция этой и подобных систем с автоматизированными системами наблюдения может значительно уменьшить количество жертв.
