Землетрясение: успеть спастись
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.
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.
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.