Чреватое балловство

Надо петрать в петрологии

На территории современной России самая страшная сейсмическая катастрофа произошла 28 мая 1995 года на Северном Сахалине, в области, ранее считавшейся слабосейсмичной. Землетрясение с магнитудой 7,6 уничтожило город Нефтегорск и унесло жизни 2040 человек из 3197 жителей города. На картах Сахалина 1950-х годов этого молодого города нефтяников ещё не было. На современных картах его уже нет. Вместо города — мемориальный комплекс. Этот случай возникновения сильного землетрясения в области, полагавшейся ранее слабосейсмичной или даже асейсмичной, не единичен. Повторяемость сильных землетрясений может составлять многие сотни и даже несколько тысяч лет, и в промежутке между такими событиями данная местность может казаться слабосейсмичной. Строительство в слабосейсмичных областях ведётся типовым образом, без учёта сильно удорожающих его антисейсмических требований. Поэтому последствия неожиданных ударов стихии в таких районах бывают особенно тяжёлыми. Так произошло и в Нефтегорске.

В районе этого города сейсмические наблюдения начали проводить в связи с началом нефтеразработок, и в 1989 году отметили аномалию сейсмического режима на северо-востоке Сахалина. Но подобные аномалии далеко не всегда сопровождаются землетрясениями. Работы не получили развития, а в феврале 1994 года четыре из шести сейсмостанций в этой области и вовсе были сняты. Уже после катастрофы выяснилось, что алгоритм прогноза показывал в районе Нефтегорска в 1991 году опасную зону. Естественно, сразу после нефтегорской катастрофы были начаты работы по выявлению в этом районе следов палеоземлетрясений (землетрясений, происходивших в древности). И такие следы нашли довольно быстро.

В сейсмологии принято полагать, что катастрофическая стадия процесса — собственно землетрясение — наступает вслед за длительной стадией медленного и неприметного роста напряжений и накопления повреждений. Нужно лишь научиться распознавать признаки приближающейся катастрофы, и задача не окажется безнадёжной.

Первые примеры успешного прогноза землетрясений относятся к 1970-м годам, и тогда казалось, что успех уже не за горами — достаточно собрать чуть больше информации о состоянии земных недр и научиться чуть лучше её обрабатывать. 

Было выявлено немалое число «предвестников» землетрясений. В одних случаях это были аномальные деформации земной поверхности, в других — рост числа слабых землетрясений или, наоборот, полное их исчезновение. Иногда землетрясения как бы предварялись изменениями скоростей сейсмических волн, уровня подземных вод и их химического состава или аномальным поведением животных. Были изданы каталоги, суммирующие информацию о всевозможных предвестниках. 

Наиболее активно проблемой прогноза землетрясений занимались в США, Японии, СССР и Китае. Китай, как уже не раз в своей истории, сделал ставку на многочисленное, трудолюбивое и исполнительное население. В период культурной революции в КНР создали целую армию народных наблюдателей, которые должны были сообщать о всех неожиданных изменениях возможных предшественников сильного землетрясения.

И в 1975 году пришла большая удача — китайским специалистам удалось предсказать сильное хайченгское землетрясение с магнитудой 7,3. Незадолго до него всё чаще и чаще стали поступать сигналы от народных наблюдателей, отмечавших аномалии. Специальная сеть наблюдений выявила необычные деформации земной поверхности. Наконец, 4 февраля 1975 года в 14 часов после серии слабых толчков — возможных форшоков грядущего сильного землетрясения — была объявлена общая тревога, людей вывели из зданий, а в 19 часов 36 минут последовал сильнейший толчок, разрушивший 90% всех сооружений города Хайченг. Из 600 тысяч горожан погибли около 2 тысяч и 27 тысяч получили ранения. Но если бы не принятые меры, число жертв было бы несравнимо больше.

Впрочем, эйфория от успешного прогноза продолжалась недолго: 28 июля 1976 года непредсказанное разрушительное таншаньское землетрясение оставило под руинами китайских городов (в том числе и в Пекине) более 240 тысяч человек. Землетрясение стало крупнейшей сейсмической катастрофой XX века. После него китайские сейсмологи, пытаясь перестраховаться, несколько раз объявляли тревоги, которые оказывались ложными. Сопоставив число успешных и ложных прогнозов и их последствия, решили ограничить практику широкого оповещения населения и эвакуации при получении прогнозов землетрясений.

Неудачу китайской программы предсказания землетрясений можно было списать на ненадёжность метода сбора данных. Оставалась надежда, что решение проблемы обеспечат современные сети геофизических наблюдений. Обширные сейсмоактивные области США и вся территория Японских островов пронизаны такими сетями. 

У Советского Союза не было возможности развернуть плотные региональные сети наблюдения, и вместо этого приняли решение о создании в наиболее интересных районах специальных полигонов для комплексных геофизических наблюдений. 

Однако надежды на современную технику также не оправдались. Несмотря на все усилия, так и не удалось получить эффективный и экономически оправданный прогноз, при котором предотвращённые потери устойчиво превосходили бы ущерб от ложных тревог. К концу прошлого века стало ясно, что ни одна из программ краткосрочного прогноза землетрясений не привела к успеху.

Отметим, что  известный советский сейсмолог Н. В. Шебалин весьма скептически относился к возможности решения этой проблемы. Его основное возражение сводилось к тому, что продвижение к успеху должно базироваться на прочной основе физической теории сейсмического процесса. Атакой теории не существует. Проблема заключается в несоответствии расчётных напряжений, необходимых для разрушения горных пород, и оценок величин тектонических напряжений, действующих в недрах Земли.

Чтобы тело пролетело

В 1993 году ВВС США готовили программу разработки космического оружия до 2020 года. В её рамки один из исследователей, некий Линдли Джонсон, попытался вставить тезис о необходимости защиты Земли от падения крупных астероидов. Его идеи были отвергнуты.

Через несколько недель мир узнал, что к Юпитеру летит комета Шумейкера— Леви и неизбежно столкновение. И в июле следующего года комета в виде 21 фрагмента врезалась в Юпитер, причём самый большой кусок вызвал взрыв мощностью шесть миллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте (это в 600 раз больше, чем весь ядерный потенциал всех стран, им обладающих). Ещё через 20 лет над Челябинском взорвался сравнительно небольшой астероид (17 м в поперечнике), ударная волна от которого дважды обогнула Землю. Взрыв повредил около 7000 зданий, ранено примерно 1600 человек, материальный ущерб составил до одного миллиарда рублей. Куда упадёт следующий камешек?

Большой астероид врезается в Землю примерно раз в полмиллиона лет. По одной из гипотез, именно из-за такого удара погибли динозавры.

В настоящее время известно около 14 тысяч так называемых околоземных объектов, из них 879 — астероиды крупнее 1 км в поперечнике. Эти объекты трудно обнаружить, они небольшие по космическим масштабам и тёмные. Астрономы считают, что нам известны около 55% небесных камней крупнее 300 м, около 15% — крупнее 100 м и менее 1% — 30-метровых. А всего, по оценкам, вблизи Земли летают порядка 50 миллионов астероидов крупнее 10 м. Желательно обнаруживать их заранее.

В Чилийских Андах строится телескоп LSST, специально рассчитанный на это. Он должен быть готов в 2021 году, и тогда сможет каждую ночь делать более 800 панорамных снимков неба на камеру чёткостью 3,2 гигапикселей. Электроника будет анализировать снимки, разыскивая мелкие, быстро летящие, слабо светящиеся объекты. Рассчитывают, что в первый год наблюдений система найдёт больше близких к Земле астероидов, чем все астрономы вместе до 2015 года. Зная параметры орбит этих объектов, можно определить, насколько вероятно их столкновение с нашей планетой. Но для по-настоящему полного обследования понадобится космический телескоп. Разместить его лучше было бы в точке Лагранжа — это точка примерно в 1,5 млн километров от Земли, где притяжение Земли уравнивается притяжением Солнца.

Хорошо, опасные камни в небе мы найдём, и что с ними делать дальше? Земля пролетает по орбите расстояние, равное своему диаметру, каждые 7,5 минуты. Это значит, что, замедлив или ускорив движение астероида, нацеленного на Землю, на 4 минуты, мы заставим его пролететь мимо цели. Насколько большую силу придётся приложить для этого, зависит от того, когда мы начнём её прилагать. Если за 20 лет до столкновения, то замедлять или ускорять полёт астероида надо будет всего на 2 мм в секунду. Можно подстрелить астероид ракетой и сбить с пути, можно установить на нём ионный реактивный двигатель с дюзой, направленной против движения или по нему. Но самый остроумный способ — поместить рядом с астероидом зонд определённой массы, который своим тяготением, пусть и крайне слабым, будет очень медленно перетягивать его на слегка иную орбиту, не допускающую столкновения с Землёй. НАСА планирует провести первые эксперименты такого рода в 2022 году, хотя финансирование пока не открыто.

по материалам: М. Родкина, «Ad Aster»