Стремление предсказать сильные землетрясения до того, как они произойдут
Автор: Росс Андерсен
Слова были написаны печатными буквами в вечерних новостях, прямо рядом с прической ведущего: «Большой толчок». Чуть ниже висела карта Южной Калифорнии, обведенная красными концентрическими кругами. Я уверен, что это был 1988 год. Регион был наводнен предупреждениями о грядущем сильном землетрясении. Они были словно из Книги пророка Исайи. Они придавали апокалиптический треск раскаленным на солнце дням. Мое поколение слишком поздно пошло в школу, чтобы участвовать в учениях по ликвидации последствий атомной атаки, и слишком рано для учений, имитирующих стрельбу в школах, но мы все равно научились пригибаться и укрываться.
В 1989 году мы наблюдали видение нашего будущего. В районе залива произошло землетрясение, и больше недели весь штат был погружен в образы сейсмической катастрофы. Эстакада автострады раскололась пополам. Некоторые из пастельных викторианских домов Сан-Франциско опрокинулись. Мировая серия — событие огромной важности и неизбежности в сознании ребенка — была остановлена. «Большой толчок будет еще хуже», — шептали мы себе и друг другу. В психогеографии Южной Калифорнии он спал, как чудовище, глубоко под поверхностью Земли. В любой момент, возможно, очень скоро, он должен был проснуться.
Но до сих пор не проснулся. Разлом Сан-Андреас образовался около 30 миллионов лет назад, когда Тихоокеанская плита — самая большая на планете — начала сталкиваться с Североамериканской плитой. Иногда плиты сцепляются. Напряжение нарастает, пока они не расцепляются с креном, посылающим энергию во все стороны. Участок Сан-Андреас, проходящий вдоль Лос-Анджелеса, не испытывал сильных землетрясений уже более трех столетий. Палеосейсмологи ожидают, что крупные землетрясения будут происходить здесь каждые 150–200 лет, сказал мне Грег Бероза, профессор Стэнфорда и содиректор Центра землетрясений Южной Калифорнии: «Мы уже опаздываем». По его словам, группы ученых пытаются усовершенствовать этот леденящий душу туманный прогноз, чтобы можно было предсказывать приход землетрясения на несколько дней, недель или даже месяцев вперед — но нет никакой гарантии, что им это удастся.
На рубеже XX века в Калифорнии было всего несколько сейсмографов, в основном в купольных обсерваториях на горных вершинах, где они использовали сверхточные часы астрономов. Но после того, как в 1963 году Соединенные Штаты и Советский Союз договорились о прекращении наземных испытаний ядерного оружия, Пентагон вдруг стал активно финансировать новые сейсмические датчики. С тех пор ученые расставили более 1000 таких датчиков по всей Калифорнии, как в крупных городах, так и в дикой местности. Они улавливают много шума. К востоку от Лос-Анджелеса, в горах Сан-Бернардино, они улавливают грохот камнепада. На строительных площадках в центре города они регистрируют грохот полуприцепов и удары отбойных молотков.
Алгоритмы просеивают этот шум в центрах анализа данных в режиме реального времени, отыскивая P-волны — быстро движущиеся пульсации сейсмической энергии, которые первыми устремляются наружу после сползания разлома. Эти волны являются мягким предвестником более разрушительных S-волн. Когда их обнаруживается достаточно много, запускаются автоматические процессы. Миллионы push-оповещений появляются на экранах блокировки мобильных телефонов. Стоп-сигналы краснеют, а газовые краны перекрываются. Вагоны метро приостанавливаются, чтобы не въезжать в туннели. «Скорость телекоммуникаций быстрее, чем сейсмические волны», — сказал мне Бероза. «У вас есть всего несколько секунд, но этого времени достаточно, чтобы успеть опередить толчки».
Ученые надеются, что новые технологии позволят нам увеличить время предупреждения. Если алгоритмы глубокого обучения будут обучены на достаточном количестве сейсмических данных, они смогут выявлять последовательности активности, которые достоверно предшествуют землетрясениям. Пока что результаты прогнозирования с помощью этих методов не оправдались, говорит Закари Росс, геофизик из Калифорнийского технологического института. Аналогичный подход имеет потрясающий успех в метеорологии, сказал он мне. Методы, основанные на искусственном интеллекте, могут выявлять закономерности в атмосферных данных, которые помогают прогнозировать штормы, но они пока не могут угадать, когда две плиты, расположенные вдоль разлома, могут соскользнуть.
Я был удивлен, услышав, что бесплотные движения ветра и дождя легче предсказать, чем большие сдвиги в твердом подземном царстве скал. Росс сказал мне, что у метеорологов больше данных. Они постоянно измеряют состояние атмосферы с высоким разрешением, в то время как сейсмологи более ограничены в том, какие данные они могут собирать, по крайней мере, сейчас. Кристофер Джонсон, ученый-исследователь из Лос-Аламосской национальной лаборатории, с помощью гидравлического пресса сталкивает 10-сантиметровые гранитные блоки, пока они не проскальзывают друг мимо друга, как тектонические плиты. Он измеряет сейсмическую энергию, которая излучается наружу, и может получить большое количество данных, поскольку эти эксперименты можно повторять с новыми блоками в быстрой последовательности. Однако существуют серьезные проблемы с экстраполяцией полученных результатов на реальные землетрясения, которые действуют в гораздо больших масштабах пространства и времени. Свежие данные поступают и от новых видов датчиков, в том числе дешевых, которые сейсмологи размещают над землей во временных массивах вдоль особо активных участков разломов. Они также превращают существующие волоконно-оптические сети в сейсмометры, измеряя изменения в том, как лазерное излучение отражается от них при сотрясении земли.
По словам Росса, эти новые источники данных очень интересны, но он не ожидает, что они приведут к каким-либо прорывам в предсказании землетрясений. По его словам, у новых технологий есть та же проблема, что и у существующих: Все датчики расположены слишком далеко от места действия. Сейсмические датчики в Калифорнии находятся на уровне земли, но разломы, которые вызывают многие землетрясения в штате, начинаются на глубине шести-восьми миль под её поверхностью. Возникающие при этом сейсмические волны излучаются наружу в виде сферы. Некоторые из них движутся вниз через толщу расплавленной мантии и ядра, пока не достигнут противоположной стороны планеты («все, что превышает 5 баллов по шкале Рихтера, фиксируется практически везде на Земле, где есть сейсмометр» — сказал мне Росс). Другие устремляются к поверхности прямо над разломом. Проблема в том, что независимо от того, где возникают эти волны, они сначала должны пройти через последнюю внешнюю милю коры, которая пронизана трещинами, рыхлой породой и бурлящими жидкостями. «Что-то около 90 процентов энергии этих волн поглощается только в верхней миле или около того», — говорит Росс. Сейсмологи могут сказать, что происходит землетрясение, но они не могут наблюдать его более тонкие характеристики.
«Все, что мы делаем сейчас, — это дистанционное зондирование» — сказал мне Бероза. Если мы хотим получить более четкое представление о землетрясениях и потенциально предсказуемой сейсмической активности, которая им предшествует, мы должны разместить датчики под верхним слоем земной коры». Японская сейсмическая сеть является предметом зависти всего мира, отчасти потому, что ее ученые внедрили свои датчики глубже в планету. После землетрясения в Кобе, унесшего жизни более 6 000 человек в 1995 году, политические лидеры страны поощряли обмен данными между сейсмологами и финансировали бурение скважин по всему архипелагу. Глубина каждой из них составляет несколько сотен футов.
Это хорошее начало. На такой глубине датчики сталкиваются с гораздо меньшим количеством шумов. Но сейсмические волны все равно искажаются и ослабевают, когда попадают на японские скважинные датчики. В идеале их следовало бы разместить на много-много миль ниже, где зарождаются землетрясения, но эта часть недр так же недоступна, как и космическое пространство, сказал мне Бероза. Даже размещение оборудования на глубине одной мили будет очень дорогим. Любая скважина на такой глубине будет постоянно подвергаться опасности закрыться сама по себе, учитывая экстремальное давление. Кроме того, она может заполниться агрессивными жидкостями и газами. Тем не менее, такое бурение уже проводилось в нескольких единичных проектах. В случае успеха под верхний слой земной коры можно будет опустить датчики, которые смогут зафиксировать те аспекты землетрясения, которые невозможно наблюдать на поверхности.
«Самая надежда на то, что в мелких землетрясениях есть какие-то сигналы, которые предвещают более крупные землетрясения», — говорит Бероза. Но ученые также могут обнаружить новые виды сейсмических волн или новые формы активности. Росс сказал мне, что любой прорыв в прогнозировании, скорее всего, произойдет благодаря сигналу, который мы никогда не видели и не ожидали. Но даже если мы десятилетиями будем внимательно прислушиваться к огромному монстру, спящему под Калифорнией, мы можем так и не услышать никаких характерных храпов, свидетельствующих о том, что он вот-вот проснется. Возможно, мы навсегда останемся беззащитными перед большим чудовищем.
Я надеялся на лучшие новости. Я больше не живу в Южной Калифорнии, но остаюсь привязанным к ней духовно и через семью. Страх перед большой катастрофой — общий психический опыт для тех, кто вырос в этом регионе. Я до сих пор помню, как переживал по этому поводу с друзьями на детской площадке и поздно ночью во время ночевок. Как и «Ночной сталкер», он казался гиперлокальной проблемой поколений, объектом тревоги, который был исключительно нашим. Но мы передавали его по наследству. Спустя столько лет прогноз не изменился: эксперты по-прежнему дают равные шансы на то, что в ближайшие 30 лет сильное землетрясение сотрясет громадные башни центра Лос-Анджелеса и его окрестностей с большой силой. Когда мои маленькие племянница и племянник пойдут в школу, их тоже могут научить бояться большого землетрясения. Частью взросления в Калифорнии или где бы то ни было является понимание того, что наука имеет свои пределы. Природу никогда нельзя полностью познать или приручить.
Оригинал: The Atlantic
