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

Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
Неизвестные романы короля российской эстрады. С кем был Киркоров до Пугачевой? Неизвестные романы короля российской эстрады. С кем был Киркоров до Пугачевой?

До встречи с Аллой у Филиппа было несколько романов

Cosmopolitan
Меч викингов Меч викингов

Швеция находится в десятке мировых экспортеров вооружения

Популярная механика
ЗАЗ: самые необычные «Запорожцы» ЗАЗ: самые необычные «Запорожцы»

За время своего существования на ЗАЗе сделали ряд крайне интересных моделей

Популярная механика
Стрельба втемную Стрельба втемную

Эта история российского стрелка Влада Лобаева началась с ролика на Youtube

Популярная механика
«Даже в мечтах не мог представить такой рост»: какой бизнес бурно развивается во время пандемии «Даже в мечтах не мог представить такой рост»: какой бизнес бурно развивается во время пандемии

Чей бизнес продолжает расти в условиях сложной экономической ситуации?

Forbes
Память — главная функция мозга Память — главная функция мозга

Отвечает директор Научного центра неврологии РАН академик Михаил Пирадов

Наука и жизнь
Вирус возбуждает промышленность Вирус возбуждает промышленность

Борьба с эпидемией выведет отечественных производителей на новые уровни продаж

Эксперт
Неискусственная ценность Неискусственная ценность

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

Наука и жизнь
Тяжесть положения Тяжесть положения

Василий Артемьев выводит отечественное регби на вселенский уровень

Tatler
Последняя щедрость Последняя щедрость

Пандемия внесла свои поправки в дивидендную политику компаний

Эксперт
Джессика Альба и еще 6 актрис, которые предпочли съемкам семью Джессика Альба и еще 6 актрис, которые предпочли съемкам семью

Некоторые артисты решают поменять свою жизнь, несмотря на амбиции

РБК
Мой Сталинград Мой Сталинград

Когда началась война, я была студенткой мединститута

Наука и жизнь
Панические настроения: почему мы скупаем гречку и туалетную бумагу Панические настроения: почему мы скупаем гречку и туалетную бумагу

Размеренная жизнь вдруг превратилась в сценарий фильма-катастрофы

Psychologies
Превращение тел в компост: новая технология захоронений Превращение тел в компост: новая технология захоронений

Американский штат Вашингтон предлагает новый метод захоронения людей

National Geographic
Вне времени Вне времени

TAG Heuer, всемирно известный швейцарский бренд, соединил невозможное

Популярная механика
«Это настоящая детективная история»: как свитки Мертвого моря из музея в Вашингтоне оказались фальшивками «Это настоящая детективная история»: как свитки Мертвого моря из музея в Вашингтоне оказались фальшивками

Свитки Мертвого моря были созданы в XX веке из древних кожаных башмаков

Esquire
Директор по продажам Fairline Russia — о гейм-чейнджерах и планах на год Директор по продажам Fairline Russia — о гейм-чейнджерах и планах на год

Интервью с директором по продажам Fairline Russia Константином Прибытковым

РБК
8 лайфхаков для похудения, с которыми вы забудете о диетах 8 лайфхаков для похудения, с которыми вы забудете о диетах

Мы дадим пять советов, которые помогут вам похудеть

Cosmopolitan
Полюбите их черненькими Полюбите их черненькими

Экс-акционерам ЮКОСа присудили 50 млрд долларов компенсации от России

Эксперт
Желтозадых хомячков нашли на высоте 6739 метров. Это рекорд для млекопитающих! Желтозадых хомячков нашли на высоте 6739 метров. Это рекорд для млекопитающих!

Ученые не понимают, как грызуны выживают в условиях высокогорья

National Geographic
«Я давно взрослый»: новый формат общения с родителями «Я давно взрослый»: новый формат общения с родителями

Как перезагрузить отношения с родителями и вывести их на новый уровень

Psychologies
Сергей Янчуков: «Деньги здесь не быстрые, но мы осознанно инвестируем миллиарды» Сергей Янчуков: «Деньги здесь не быстрые, но мы осознанно инвестируем миллиарды»

Что такое развивать бизнес в забайкальской тайге и как помогает государство

Forbes
Ловушка расхламления: черная сторона «Магической уборки» Ловушка расхламления: черная сторона «Магической уборки»

В интернете до сих пор невероятно популярны блоги и курсы по расхламлению

Yoga Journal
Между человеком и роботом Между человеком и роботом

«Рекорд инжиниринг» разрабатывает оборудование для уменьшения доли ручного труда

Эксперт
На станции «Восток» -68,5 °C: это температурный минимум марта за 38 лет На станции «Восток» -68,5 °C: это температурный минимум марта за 38 лет

В Антарктиде все еще бывает очень холодно

National Geographic
О хостах и людях: первые впечатления от третьего сезона «Мира Дикого Запада» (без спойлеров) О хостах и людях: первые впечатления от третьего сезона «Мира Дикого Запада» (без спойлеров)

В третьем сезоне «Мира Дикого Запада» местом действия становится Лос-Анджелес

Esquire
Перезагрузка оперы Перезагрузка оперы

О современной опере, с которой я познакомился в электротеатре

Elle
Трансформируюсь! Трансформируюсь!

Киберхудожник и трансгуманист из Петербурга Никита Реплянский

Собака.ru
Лучшие подкасты на английском языке Лучшие подкасты на английском языке

Слушайте, пока занимаетесь спортом или гуляете

GQ
Открыть в приложении