Землетрясение — наиболее разрушительное природное явление

Наука и жизньНаука

Землетрясение: успеть спастись

Кандидат физико-математических наук Константин Кислов, кандидат физико-математических наук Валентин Гравиров, Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН.

Землетрясение — наиболее разрушительное природное явление. Благодаря лучшему пониманию физики этого процесса, применению современных вычислительных средств, развитию сейсмометрии и использованию глобальных систем спутниковой навигации сейчас удаётся формировать научно обоснованные прогнозы крупных событий. Тем не менее процессы подготовки и генерации землетрясения чрезвычайно сложны, и любой прогноз даётся с определённой вероятностью. Поэтому неожиданные землетрясения происходят — и неизбежно будут происходить. Однако снизить катастрофические последствия может помочь раннее предупреждение.

Первые шаги

Раннее предупреждение о землетрясении — это прогноз того, какие сотрясения ожидаются в том или ином месте от уже случившегося события. Дело в том, что во время землетрясения от его очага расходятся сейсмические волны, как от камня, брошенного в воду. Эти волны и регистрируются системами раннего предупреждения о землетрясении, для обозначения которых обычно используют аббревиатуру EEWS — Earthquake Early Warning System. EEWS важны для снижения ущерба от землетрясений и быстрой оценки повреждений.

Впервые идею о раннем предупреждении высказал в 1868 году доктор медицины Дж. Д. Купер (J. D. Cooper) в газете «San Francisco Daily Evening Bulletin» после землетрясения в Калифорнии с магнитудой 7 (напомним, что магнитуда характеризует выделившуюся при землетрясении энергию). Он предложил поставить сейсмические датчики вблизи возможных эпицентров и на основе телеграфа создать автоматизированную систему тревоги, ударяющую в колокол в центре города. К сожалению, эта схема не была реализована.

В 1875 году М. Ривет (M. Rivet), начальник телеграфа в Фор-де-Франс (о. Мартиника, Малые Антильские острова), отметил, что каждому землетрясению предшествует появление паразитных токов в проводах телеграфа. Ривет предположил, что таким образом можно получать предупреждения о землетрясениях.

Первое раннее предупреждение о землетрясении сделал Юсеф (Yusef), телеграфист в городе Керман (Иран). Его изначальные наблюдения относятся к событию 27 мая 1897 года. Через 12 лет, 27 октября 1909 года, увидев на телеграфном аппарате такие же отклонения, он сообщил жителям дома, что надо бежать на улицу. Через шесть секунд произошло землетрясение магнитудой более 5,5. Телеграфист пытался распространить свой опыт и в газете «Новый Иран» («Irān-e Nau») он писал: «Если система подключена к большому звонку, тревога может быть услышана всеми людьми, и их жизни будут спасены».

EEWS появились только в 1960-х годах — в Японии — для торможения скоростных поездов перед землетрясением. Система использует способность электронных устройств обрабатывать и передавать информацию быстрее, чем распространяются сейсмические волны. Кроме того, к наблюдателю сначала приходит быстрая (около 5 км/с), но слабая P-волна (от англ. primary — первичная), в которой частички грунта движутся вперёд-назад, как в обычной звуковой волне. Примерно в два раза медленнее и гораздо сильнее S-волна (от англ. secondary — вторичная), при прохождении которой частички грунта колеблются из стороны в сторону. Говорят, что P-волна несёт информацию, а S-волна — разрушения. Следом приходят ещё более сильные поверхностные сейсмические волны.

Как только система мониторинга детектирует P-волну, определяет энергию (магнитуду) землетрясения, координаты гипоцентра и время начала, пользователям рассылаются предупреждения. Если объект находится прямо над очагом мелкого землетрясения, P- и S-волны приходят почти одновременно и предупреждение невозможно. В большинстве действующих EEWS радиус такой мёртвой зоны составляет 20—50 км.

Современные системы сейсмомониторинга, новые программные средства обработки сигнала позволяют анализировать и передавать данные за доли секунды. Однако время для принятия мер всё равно считается на секунды, редко на минуты. Накопленный опыт показывает, что сделать за это время можно многое.

Дополнительно EEWS даёт возможность оперативно оценивать разрушения. Информация об интенсивности землетрясения в разных местах предоставляется в виде карт. Так что аварийные службы могут выделять технику и людей своевременно и соответственно разрушениям.

В очаге землетрясения рождаются сейсмические волны (сейсмограмма внизу рисунка). Когда первичная P-волна детектируется ближайшим к эпицентру сейсмометром, определяются магнитуда, положение гипоцентра землетрясения и время его начала. Разрушительная S-волна придёт к сейсмостанции через некоторое время. Если сейсмометр находится на самом объекте, то только время до прихода S-волны доступно для принятия мер. Чем дальше объект от эпицентра, тем больше время предупреждения. Рисунок авторов.

 

Датчики, индикаторы и нейронные сети

Есть несколько стратегий организации EEWS. При барьерной стратегии сейсмические датчики размещают как можно ближе к возможному эпицентру. Это даёт относительно много времени на реагирование, если эпицентр далеко от охраняемого объекта. Так организованы сейсмические сети в Мексике, Румынии и Турции.

EEWS барьерного типа для защиты города Мехико. Показаны сильнейшие землетрясения с 2002 по 2018 год. Если землетрясение происходит близко к побережью, где часто бывают сильные события, то время предупреждения составляет от 30 до 70 с. Однако землетрясение, произошедшее 19 сентября 2017 года в штате Пуэбла, магнитудой 7,1 оказалось ближе к Мехико, чем к линии сейсмометров, и предупреждение опоздало. Рисунок авторов.

Самая простая стратегия — защита отдельного объекта. В этом случае один или несколько датчиков размещаются непосредственно у объекта. К этой стратегии относится EEWS, если сейсмостанции расположены вдоль железной дороги (примеры — Япония, Италия и др.) или у критических объектов (например, железнодорожный тоннель под Босфором в Турции). Иногда планируется одновременная защита нескольких объектов. Например, в Киргизии система предупреждения рассчитывается для городов Бишкек, Ош, Каракол. Если объект расположен в эпицентральной зоне, эта стратегия даёт некоторое преимущество во времени по сравнению с равномерно распределённой сетью сейсмостанций.

В 2005 году в Японии разработана — и с тех пор неоднократно применялась в разных регионах планеты — мобильная EEWS FREQL (Fast Response Equipment against Quake Load). Она особенно удобна для защиты от афтершоков* во время спасательно-восстановительных работ.

* Афтершок — повторный толчок, то есть толчок, происходящий после основного и меньший по силе.

Самая надёжная стратегия — организация плотных сетей сейсмомониторинга. При этом совмещаются предыдущие два подхода. Такая стратегия даёт наибольшее время для реагирования, и вероятность ошибок существенно снижается. Раньше сеть называли плотной, если расстояние между станциями было 40 км; сейчас в эпицентральных областях речь идёт о пяти и даже трёх километрах.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Стратосферный турист Стратосферный турист

Звездное небо над головой и далекая Земля внизу – вид из стратосферы

Популярная механика
12 фактов об Индиане Джонсе 12 фактов об Индиане Джонсе

Чтобы добыть эти факты, нам пришлось преодолеть сто ловушек

Maxim
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
Как запутать человека Как запутать человека

Чтобы сбить человека с мысли, достаточно облить его молоком и поджечь

Maxim
Неискусственная ценность Неискусственная ценность

Чтобы добыть крупный алмаз, нужен не только титанический труд, но и везение

Наука и жизнь
На зарядку! На зарядку!

Как правильно выбрать пауэрбанк для гаджетов

Лиза
Память — главная функция мозга Память — главная функция мозга

Отвечает директор Научного центра неврологии РАН академик Михаил Пирадов

Наука и жизнь
Промышленность подключат к российским батареям Промышленность подключат к российским батареям

Тольяттинский АКОМ готовится занять до 40% рынка промышленных аккумуляторов

Эксперт
Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire
Бурное стечение обстоятельств Бурное стечение обстоятельств

35 лет назад к власти в СССР пришел Михаил Горбачев

Огонёк
Турецкий марш Турецкий марш

Военная мощь Турции неожиданно оказалась предметом большого интереса

Популярная механика
Спорт против улицы Спорт против улицы

Как «подсадить» ребенка на спорт

Русский репортер
Киса и Ося здесь были Киса и Ося здесь были

Места славы Остапа Бендера и Ипполита Матвеевича из романа «12 стульев»

Вокруг света
Мировой рекорд по длине члена и другие интимные достижения человечества Мировой рекорд по длине члена и другие интимные достижения человечества

В эти рекорды человечества сложно поверить с первого раза

Playboy
Святой Франциск: аскет, создавший богатейший орден Святой Франциск: аскет, создавший богатейший орден

Кем был Франциск Ассизский, католический святой?

Дилетант
Екатерина Гришина: Как в век мобильной связи соблюсти баланс работы и личной жизни. Советы для начальника и подчиненного Екатерина Гришина: Как в век мобильной связи соблюсти баланс работы и личной жизни. Советы для начальника и подчиненного

Проблема звонков и сообщений по производственным вопросам в нерабочее время

СНОБ
Камера! Мотор! Поехали! Камера! Мотор! Поехали!

Находим направление для спа-путешествия по кинокадрам

Elle
Невероятно, но fACT: как выйти из своей головы в реальный мир Невероятно, но fACT: как выйти из своей головы в реальный мир

fACT — фокусированной терапии принятия решений и ответственности

Psychologies
Алексей Макаркин. Как пандемия вмешалась в планы Кремля Алексей Макаркин. Как пандемия вмешалась в планы Кремля

Голосование об изменениях в Конституцию, скорее всего, пройдет до конца года

РБК
Великая красота Великая красота

Соединение природы с архитектурой XVII века и невероятное изящество

Seasons of life
10 фильмов, которым пришлось изменить название уже после выхода на экраны 10 фильмов, которым пришлось изменить название уже после выхода на экраны

Случай с переименованием «Хищных птиц» далеко не единственный в киноиндустрии

Maxim
Лучшие детективы с непредсказуемой развязкой: список книг, от которых невозможно оторваться Лучшие детективы с непредсказуемой развязкой: список книг, от которых невозможно оторваться

Готов погрузиться в атмосферу загадок и тайн?

Playboy
Восьмимесячные младенцы освоили служебные слова Восьмимесячные младенцы освоили служебные слова

Маленькие дети могут различить в языке служебные слова

N+1
Ярослав Худорожков: Вклады, акции, облигации, золото. Как наиболее эффективно обеспечить прирост инвестиций Ярослав Худорожков: Вклады, акции, облигации, золото. Как наиболее эффективно обеспечить прирост инвестиций

Какие активы наиболее привлекательны для сбережений

СНОБ
«Учеба «в бою» гораздо эффективнее любой теории» «Учеба «в бою» гораздо эффективнее любой теории»

Технологические стартапы — это интеллектуальная собственность нового типа

Forbes
Жутко интересно: 5 самых мистических гостиниц Жутко интересно: 5 самых мистических гостиниц

Эти места идеальных для путешественников, которые жаждут адреналина

Популярная механика
Как пережить аврал на работе Как пережить аврал на работе

Зато это утро не будет таким хмурым

Maxim
В гостях у сказки В гостях у сказки

Марина Вакт о том, почему впервые прочитала сказку «Пиноккио», будучи взрослой

Grazia
Исключительность без правил Исключительность без правил

Чем искусство помогает пациентам с редкими заболеваниями

Огонёк
24 малоизвестные вещи, которые так же круты, как известные аналоги 24 малоизвестные вещи, которые так же круты, как известные аналоги

Знаешь, что такое плацебо, но в курсе ли, что такое нацебо?

Maxim
Открыть в приложении