Ученые Кубанского Государственного Университета научились предсказывать землетрясения

Команда сейсмологов под руководством профессора Бабешко разработала систему слежения за активностью разломов литосферных плит. Уникальная технология поможет лучше изучить природу сейсмической активности планеты и уже сейчас позволяет точно предупреждать землетрясения.

Смертельная опасность

Тихая теплая ночь 6 октября 1948 года в Ашхабаде резко оборвалась в 2 часа 17 минут по местному времени. Серия мощных подземных толчков всего за несколько минут практически стерла с лица Земли столицу Туркменской ССР. Очаг находился на глубине 18 километров прямо под городом.

Никто не был готов к возможной трагедии – люди мирно спали по своим домам. Большинство жителей Ашхабада не успели покинуть свое жилище в самом начале землетрясения. Это привело к тому, что за один момент десятки тысяч людей оказались под завалами.

По воспоминаниям очевидцев, воздух наполнился густой удушливой пылью, а в темноте не было слышно ни единого звука. Только спустя некоторое время вокруг стали раздаваться крики о помощи, стоны раненых и детский плач.

На утро после катастрофы в городе оказалось всего лишь несколько зданий, которые остались относительно целы. Основная одноэтажная застройка из сырцового кирпича была полностью уничтожена подземными толчками. Большинство крепких двухэтажных сооружений из обожженного кирпича также были сильно повреждены и непригодны для дальнейшей эксплуатации. Масштаб материального ущерба столице Туркменской ССР до сих пор остается неизвестен, в том числе из-за режима секретности в СССР.

В последующие недели солдаты расчищали завалы, вывозили выживших в соседние города республики. По оценкам специалистов, в результате разрушительного девятибалльного землетрясения погибло около 40 тысяч человек, еще 10 тысяч – получили тяжелые ранения.

Толчок вперед

Расследование причин колоссальной трагедии показало, что застройка Ашхабада не учитывала инженерные свойства грунтов, а здания возводились без оценки сейсмической устойчивости. Основная масса домов была построена из материалов низкого качества с большими нарушениями технологии, что в разы увеличило количество жертв стихии. Город оказался просто не готов к сопротивлению стихии.

Национальная трагедия привела к взрывному подъему уровня сейсмологических исследований в Советском Союзе. Государственная Академия наук занялась изучением способов оценки силы сотрясения и более точного определения положения эпицентров и глубин очагов, а также разработкой системы сейсмических наблюдений.

Наследие советских сейсмологов продолжает жить в российских научных заведениях. Сегодня это отрасль геофизики с методами, близкими к экспериментальной физике. Один из российских центров изучения землетрясений находится в Краснодарском крае – основном из основных сейсмоактивных регионов страны.

Научно-исследовательский центр прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф на базе Кубанского Государственного Университета появился во время подготовки к зимней Олимпиаде в Сочи. Ученые под руководством академика РАН, доктора физико-математических наук Владимира Бабешко стали отслеживать сейсмическую обстановку на территории строительства спортивных объектов. Из этого выросла местная уникальная система сейсмического мониторинга.

Профессор взял за основу принципиально новый подход к прогнозированию сейсмической активности ­– метод блочного элемента, который был разработан в КубГУ и Южном научном центре РАН. Он помог решить проблемы при построении математической модели процессов в земной коре и ее структуры. В результате НИЦ создал прибор для сбора и обработки геофизической информации – наклонометр. Он может уловить тысячные доли градуса при наклоне литосферной плиты. Это крупные участки земной коры, на границах которых расположены зоны сейсмической, вулканической и тектонической активности. Они находятся в постоянном движении в горизонтальном и вертикальном направлениях. Поэтому очертания поверхности планеты со временем меняются, могут появляться новые плиты, а старые – исчезать.

Мониторинг земных разломов

Сейчас на Черноморском побережье России: в Сочи, Адлере, Туапсе, Геленджике, Тамани, Темрюке, Красной Поляне, Керчи и Севастополе уже стоят такие устройства. Все они имеют высокоточные ГЛОНАСС-приемники для оценки движений земной коры. Связь одновременно налажена с пятью спутниками – при ошибке одного из них, остальные дадут детальные данные. Все это позволяет улавливать смещения литосферных плит по горизонтали и вертикали с точностью до пяти сантиметров.

Передовые технологии позволили ученым центра прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф изучить природу сейсмической активности планеты и обнаружить новый тип землетрясений. Исследователи назвали их стартовыми, так как именно с них начинается основная часть подземных толчков и смещений литосферных плит.

В классической теории принято считать, что плиты при столкновении начинают давить друг на друга. В этот момент в земной коре возникает напряжение, которое сбрасывается через землетрясения. При этом одна плита идет вверх, а вторая «ныряет» вниз.

Но в реальности механизм возникновения сейсмической активности оказался намного сложнее. Континентальные литосферные плиты имеют толщину до 40 километров, из которых только верхняя треть состоит из гранита, остальная часть – это базальт. Плюс земная кора находится в постоянном движении: внутри ее непрерывно происходят маломощные землетрясения силой в один балл.

Поэтому в прогнозировании стихии важно применять методы механики прочности и разрушения. Как показали математические модели, в зоне опасного сближения литосферных плит значительно растут контактные напряжения еще до того, как части земной коры начнут взаимодействовать. Это явный сигнал к последующему разрушению плит и крупному землетрясению на поверхности планеты.

«Раньше считалось, что землетрясение начинается, когда литосферные плиты давят друг на друга. Мы же доказали, что землетрясение начинается тогда, когда литосферные плиты только приближаются друг к другу. В этом случае под плитами возникает очень большая концентрация напряжения, что провоцирует разрушительные толчки. Мы следим за за движением в земной коре, и наш математический метод позволяет прогнозировать всплеск напряжений в конкретной точке. Стартовое землетрясение не обязательно должно быть самым сильным в ряду последующих за ним. Но очень важно, что основная часть землетрясений на нашей планете начинается именно со стартовых толчков, а они, как выяснилось, предсказуемы. Для своевременного прогноза необходимо уловить подвижки берегов разлома, рассчитать время их сближения и предупредить об опасности», – объясняет профессор Бабешко.

Член Российской академии наук и глава научно-исследовательского центра уверен, что сейчас это самый передовой метод прогнозирования землетрясений, не имеющий аналогов. Ни у одной страны в мире нет подобных разработок. Дальнейшее изучение стартовых землетрясений поможет точно прогнозировать сейсмологическую активность в разных регионах России и мира в целом. Это очень перспективное направление исследований.

Стихия под контролем

Кубанские ученые уже сейчас могут точно определить место, время и интенсивность предстоящего толчка с помощью существующих ГЛОНАСС-приемников. Они устанавливаются на оба берега литосферного разлома, чтобы фиксировать моменты смещения плит по горизонтали и вертикали. Вся информация поступает специалистам для обработки.

Российские исследователи дали ответ на вопрос, который стоял перед сейсмологами всего мира: почему в зоне эпицентра имеют место разной формы перемещения, разрывы или каньоны? Стартовые землетрясения объяснили, что все зависит от взаимного движения литосферных плит при землетрясении: схождения, расхождения, параллельного скольжения и других вариантов. Все математические модели совпали с реальными фотографиями над эпицентрами реальных толчков.

Основная проблема, которая лежит перед учеными, ­– это огромная протяженность разломов на тысячи километров. Для слежения за всеми участками нужно большое количество ГЛОНАСС-приемников. Хотя их выпуск уже налажен, но уровень финансирования остается очень низким. Помимо территории юга России сейсмически активные зоны есть на Камчатке и в Сахалинской области. Также пристального внимания ученых требуют Байкальская рифтовая зона и Алтай, где Евразийская плита сталкивается с Индийской.

Но стоимость разработки и реализации системы слежения за сейсмической активностью разломов ничтожно мала в сравнении с масштабом возможных последствий. Разрушительная сила землетрясении приводит к колоссальному материальному ущербу, не говоря уже о человеческих жертвах.

Подробнее с открытием и предложениями по развитию прогнозирования землетрясений исследователи центра прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф КубГУ выступят на XIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. Он пройдет в августе 2023 года в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого.

«Мы с коллегами проведем симпозиум «Механика природных процессов и явлений», где затронем все самые актуальные вопросы, как теоретические, так и практические, связанные с изучением, с предупреждением природных катастроф», ­– рассказал профессор Бабешко.

Методы кубанских ученых сейчас активно изучают по всему миру. Американские сейсмологи начали устанавливать станции слежения за стартовыми землетрясениями на морском дне, чтобы следить за потенциальной сейсмической опасностью.