Разговор о циклах сейсмической активности, датировке землетрясений и предупреждении сейсмической опасности с замдиректора Института физики Земли (ИФЗ) РАН, доктором геолого-минералогических наук, профессором Евгением Рогожиным.
Человечество всегда находилось в зависимости от стихий, и в первую очередь – от землетрясений. Когда были первые попытки регистрации сейсмических событий, что предпринималось в исторические эпохи в этом плане?
Землетрясения – явление природное. Человечество должно было научиться жить там, где имеется опасность возникновения сильных землетрясений.
В прошлом попытки как-то изучить это явление (по крайней мере, из известных нам источников) были предприняты еще в Китае, около 2-х тысячелетий назад. Китайским ученым Чжан Хэн (78-139 г.) был создан первый из известных сейсмографов, довольно смешной с нашей точки зрения. Это был сосуд, на котором находились священные (мифические) для китайцев животные – драконы, расположенные по странам света. Во рту у них были шарики. При землетрясении сосуд колебался, шарики выскакивали и падали в рот лягушек, расположенных под каждым из дракончиков.
Благодаря найденным шарикам, попавшим к лягушкам, китайцы научились определять направление пришедшей сейсмической волны. С тем пор, конечно, наши измерительные приборы сильно модернизировались.
Как современная сейсмология классифицирует землетрясения, чем отличаются между собой сейсмические события?
Существует две шкалы. Первая из них- шкала магнитуд. Магнитуда характеризует энергию, выделяющуюся при землетрясении. Это энергия очага (гипоцентра) землетрясения. Гипоцентры могут быть как поверхностными, так и располагаться на глубине в несколько километров, находиться даже за пределами коры - в мантии Земли, на глубине до 600 км.
Шкала магнитуд характеризует энергию землетрясения, но не даёт нам информации о происходящих событиях на поверхности.
Вторая система оценок – это баллы, определяющие интенсивность сотрясений на поверхности. Баллы напрямую не связаны с магнитудой, поскольку в зависимости от глубины очага интенсивность на поверхности может быть разной.
Существует несколько макросейсмических шкал, наиболее известна из них - шкала Меркалли, принятая в США и Западной Европе. Есть китайская шкала, есть японская.
У нас в России используется своя шкала MSK-64. Эта шкала построена на основе учета поврежденности зданий разных категорий, поведения людей при разных интенсивностях землетрясений, изменениях рельефа и природной среды.
Расскажите, как мы узнаем о сейсмических событиях прошлого, о методах сейсмических палеореконструкций?
Палеосейсмические исследования были начаты в России в 50-е годы прошлого века. Они получили свое развитие в работах Н.А. Флоренсова, В.П. Солоненко и В.С. Хромовских. Проанализировав характерные изменения рельефа, ученые разработали систему признаков, которые позволяют выявлять потенциальные очаги сильных землетрясений и оценивать их магнитуды. Тогда же эти методы были апробированы на больших территориях, прежде всего, в Монголии, Сибири, в Кавказском регионе. Возникнув в России, данная методика продолжает активно использоваться во всем мире.
В основном, палеосейсмические наблюдения проводятся в горных выработках (траншеях, шурфах, пройденных в приповерхностных горизонтах Земли). Там на стенках выработок мы находим следы старых землетрясений, датируем их радиоизотопными, лихинометрическими методами.
Методы палеосейсмики дополняются археосейсмическими, когда по деформациям в сооружениях, вызванных землетрясениями, проводится оценка сейсмической энергии, приведшей к этим разрушениям. В результате комплексные палеосейсмические исследования позволяют нам определить магнитуду древнего землетрясения и его возраст. Благодаря чему мы приходим к статистике, к выявлению циклов сейсмических событий.
Мы видим, что землетрясения в истории повторялись не раз, и это зафиксировано в нарушениях рельефа. Их частота зависит преимущественно от активности региона. Например, повторяемость сильнейших землетрясений в одном и том же очаге по периферии Тихого океана исчисляется несколькими сотнями лет. В регионе Центральной Азии, в условиях континентальной тектоники, счет идет уже на тысячелетия. Скажем, на Кавказе, Алтае повторяемость сильнейших событий будет порядка 0,5–1 тыс. лет.
И благодаря анализу структур рельефа, палеосейсмическим данным мы можем оценивать современную сейсмическую активность?
Дело в том, что регионы различаются по сейсмической активности. Есть асейсмичные или слабосейсмичные регионы, такие как Восточноевропейская платформа, на которой мы живем. Если взять активные регионы, то это континентальная окраина: Курило-Камчатская зона, Сахалин - островные дуги на границе Азиатского континента и Тихоокеанской плиты. Есть внутриконтинентальные системы: Алтай, Саяны, Кавказ – они также высокосейсмоактивны.
В целом, самая высокая энергия землетрясений находится в переходных зонах от континентов к Тихому или Индийскому океанам. Там известны землетрясения с магнитудой порядка девяти (до 9,5). Это предельная магнитуда, которая регистрировалась на Земле когда-либо (Чилийское землетрясение 1960 г.) В этих зонах такие события встречаются. Недавнее землетрясение в Тохоку в 2011г., вызвавшее огромное цунами и разрушения в префектуре Фукусима, относится к таковым.
Если пойти внутрь континента, то у нас регионы с магнитудой девять практически не встречаются. Максимум – восемь. Следует отметить, что магнитудная шкала – логарифмическая, отличие магнитуды на единицу предполагает изменение энергии в 10 раз.
Есть еще рифтовые зоны, известнейшая из них - Байкальская. Это узкая зона – узкий линейный прогиб, который ограничен активными разломами. Такие зоны также порождают сильные землетрясения.
Глобальный анализ сейсмичности за последние 120 лет показывает, что за это время на Земле было три периода сейсмической активизации и два периода относительного затишья (в конце XIX - начале ХХ веков и в середине ХХ - начале ХХI веков). Горизонтальные движения литосферных плит, по-видимому, ответственны за накопление напряжений в потенциальных очагах землетрясений на границах плит и в орогенных областях (крупные структурные элементы земной коры - «Полит.ру») внутри континентов.
Сейсмическая активность циклична. Мы можем наблюдать группирование сильных землетрясений в узких временных интервалах. Это связано с тем, что сильнейшее сейсмическое событие, произошедшее в начале каждой активизации, по-видимому, является пусковым механизмом для нескольких десятков «созревавших» потенциальных очагов в течение 15-20 лет. После чего наблюдается период относительного затишья продолжительностью 30-35 лет, когда в целом ряде высокомагнитудных очагов накапливается энергия для следующей активизации.
Учитывая, что активизация начала ХХI века длится около 10 лет, можно обоснованно предположить, что примерно через 5-10 лет она закончится и наступит эпоха относительного сейсмического затишья.
Важно понимать, что разные зоны тектонических систем порождают разные по энергии землетрясения.
Сейсмичность - это проявление современной тектоники, это движение по разломам, движение блоков в напряженном состоянии, которое характерно для земной коры. Крупные разрывные структуры вмещают в себя очаги сильных землетрясений.
Которые мы можем учитывать в нашей жизни, скажем, в практике строительства?
Да, оценив сейсмическую опасность для того или иного региона, где ведется строительство, освоение. Это делается в ходе работ по общему, детальному и сейсмическому микрорайонированию. Это весьма продвинутая научно-прикладная сфера.
Общее сейсмическое районирование (ОСР) – это и есть оценка опасности в масштабах страны. На основе инструментальных и макросейсмических данных прошлых лет и исследований, по большей части, новейших тектонических движений, активных разломов, их возраста, скорости современных смещений и характера нарушений, создаётся карта сейсмической опасности. В ней отражены существующие сейсмические воздействия, выраженные в терминах колебаний, сейсмической сотрясаемости регионов и их периодичность. Подобная карта для России, являющаяся нормативной иобязательная при строительстве, была создана под научным руководством ИФЗ РАНв 1997году.
При проектировании ответственных объектов (АЭС, ГЭС, магистральных трубопроводов, вокзалов, стадионов и др.) в сейсмоопасных регионах обычно проводятся дополнительные сейсмотектонические и сейсмологические исследования, а также сейсмическое микрорайонирование, позволяющие уточнить уровень региональной сейсмической опасности и учесть влияние местных грунтовых условий.
