Де чекати землетрусів
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Представники двох крайніх точок зору на тектонічний розвиток Землі усвідомлюють зараз абсолютно чітко, що вони не в змозі сформулювати, яка система експериментів або спостережень визначила б, хто правий, а хто — ні. Природно, що в пошуках істини можна звернутися до прикордонної науки і подивитися, як дві геотектонічні концепції допомагають розвитку сусідніх наук. На жаль, якщо поглянути з точки зору користі для завдань сейсмології поглядів прихильників вертикальних рухів або прихильників нової тектоніки плит, то доведеться визнати; що обидві теорії знаходяться в рівному положенні – вони однаково неефективні, однаково малопридатні для прогнозування сейсмічної небезпеки землетрусів.
Це, звичайно, вимагає доказів. Так склалося, що найбільш важливі роботи з прогнозу місць сильних землетрусів – сейсмічного районування – проводилися в Інституті фізики Землі. Там же і розвивалася школа В. В. Білоусова, одного з найбільш послідовних прихильників теорії, по якій вертикальні рухи переважають в процесах, що формують лик нашої планети. Сейсмологи цього інституту, природно, також спиралися на цю систему поглядів. Склалися уявлення про закономірності формування зон землетрусів, вчені прагнули поєднувати відомості про тектоніку району з ймовірністю тут землетрусів. У грубій схемі це виглядає так: якщо тектонічна система тривалий час розвивається однаково і в якійсь ділянці цієї системи нам відомий сильний землетрус, то будь-яка така ж ділянка може в майбутньому зазнати сильний землетрус.
Виходячи з цієї точки зору, були розроблені критерії сейсмічної небезпеки, і там, де тривожні ознаки виявлялися, відомості про минуле за аналогією переносилися на майбутнє. Там ми починали чекати землетрусів.
При всіх відносних успіхах сейсмічного районування сьогодні доводиться визнати, що ця концепція не виправдала себе. Найбільшою її поразкою було виникнення десятибального землетрусу в Газлі в зоні очікуваної п’яти-шестибальної сейсмічності. За всіма наявними критеріями сейсмічності там йому бути не належало. Те ж можна сказати про землетрус біля острова Монерон (південний захід від Сахаліну) і про деякі інші.
Стало очевидно: землетруси побажали виникати там, де вчені їх не очікували. Звідси виникала й інша біда. Стався землетрус – його потрібно якось пояснити. Знаходили відповідні розломи, процеси і структури. Звичайно ж, виявлялося, що у землетрусу підстави статися саме тут були повні. Але кожне таке розширення кола «законних підстав» призводило до того, що вони виявлялися у все більших місцях.
Виходило парадоксальне явище. Ми почали очікувати землетруси і там, де, ймовірно, вони статися не можуть. Площі, оголошені небезпечними, набагато перевищили можливості сейсмічних сил. Виходить часто-густо помилкова тривога: небезпечним оголошується величезний простір, а це обертається витраченими даремно грошима і зусиллями.
Виходить, що використання геологічних даних – саме по собі безперечне і необхідне – в строгих шорах однієї геотектонічної концепції (в даному випадку концепції про переважання вертикальних рухів) не позбавило нас ні від помилок пропуску мети, ні від помилок помилкової тривоги. Прогноз місць виникнення землетрусів виявлявся не завжди вірним. Оскільки при прогнозі сейсмічної небезпеки ми не можемо сумніватися в користі геологічних даних як таких, нам залишається сумніватися у всесиллі, а значить, і в правоті концепції, за якою переважають вертикальні рухи.
Багато, і автор цих рядків в тому числі, шукають зараз вихід з цього глухого кута. Можна сподіватися, що більш сувора і логічна, вільна від апріорних суджень система обробки первинних геологічних і геофізичних даних, при якій чітко, послідовно і незалежно один від одного будуть визначатися геометрична структура небезпечних зон і інтенсивність процесу розвитку землетрусів, дозволить нам більш успішно вирішувати завдання виділення зон виникнення майбутніх землетрусів.
Але мене не залишає думка, що і це не дасть повного вирішення проблеми, що, крім критеріїв сейсмічності, ми повинні шукати критерії асейсмічності. Потрібно визначити ділянки земної кори, в яких ніколи, ні за яких умов не виникнуть вогнища сильних землетрусів. Чи можливо це в рамках колишніх уявлень про розвиток Землі? Думаю, що важко, оскільки потрібно обов’язково враховувати горизонтальні рухи земної кори.
У цьому відношенні тектоніка літосферних плит начебто обнадіює більше. Тут місце землетрусів визначено досить точно: по межах плит. Якби ми могли стверджувати, що вміємо точно визначати межі плит і що їх внутрішня частина вільна від сильних напруг, у нас були б достатні умови для того, щоб гарантувати: великих вогнищ землетрусів всередині плитового простору немає! Надійно встановлена система плит, їх руху і взаємодії, здавалося б, може намалювати повністю всю картину очікуваної сейсмічності (і асейсмічності теж). Це було б чудово, однак…
Подивимося, як же сьогодні визначається геометрія взаємодіючих плит? На жаль, в основному – по землетрусах… У будь-яких узагальнюючих працях з тектоніки літосферних плит все починається з однієї з карт епіцентрів землетрусів за останні 10, 20 або 25 років, землетрусів нинішньої геологічної миті… Схема з дев’яти головних і якоїсь кількості другорядних плит складена (і добре, якщо всі обертання і переміщення взаємно узгоджені в ній). А потім відбувається сильний землетрус десь посередині великої плити. Як з ним бути, куди його віднести? Доводиться вводити нові терміни: міжплитові і внутрішньоплитові землетруси. Але вони майже нічим один від одного не відрізняються. І я з повною впевненістю кажу: якщо пред’явити будь-якому синкліту прихильників тектоніки плит набір сейсмограм незнайомого їм сильного землетрусу, ніхто не зможе, не знаючи його координат, сказати, який він — між – або внутрішньоплитовий.
Ось і залишається або оголосити такий землетрус випадковим збігом обставин, зрушенням по древньому, зарослому кордону плит, або визнати, що виявилася непоміченою ще одна межа, ще одна самостійна плита.
Прикладів скільки завгодно. Ми говорили вище про газлійські землетруси – вони лежать всередині плити. Відомі ще більш «екзотичні» приклади. У межиріччі Іртиша і Ішима, в самому центрі надстабільної Західно-Сибірської низовини, виник землетрус в 1904 році. Його магнітуда була близько шести, багато більше, ніж у Ташкентського землетрусу 1966 року.
Ці платформні землетруси не вкладаються в світогляд прихильників вертикальних рухів, але ще менше вони вкладаються в теорію тектоніки плит.
Те, що зараз відбувається з геометрією плит, трохи нагадує історію з системою Птолемея. Для того щоб пояснити ту чи іншу деталь в русі планет, доводилося все більш ускладнювати саму систему, вводячи все нові і нові «епіцикли». А істина лежала в тому «що Земля-то крутиться!»
Те ж і з геометрією плит. Для прогнозу сейсмічної активності вона виявляється непридатною, так як у визначенні меж плит весь час йде слідом сейсмічним подіям.
Якби були праві прихильники початкових вертикальних рухів, тектонічна карта Землі виявилася б схожою на шкуру леопарда. Ця теорія легко пояснює виникнення кільцевих округлих структур на поверхні Землі, але не може пояснити виникнення великих помітно витягнутих структур, таких як ланцюги Анд, — адже ця теорія заперечує горизонтальні рухи, а саме вони викликають появу гірських ланцюгів, що тягнуться на багато тисяч кілометрів. Немає таких вертикальних процесів, які дали б на поверхні Землі такий протяжний «шрам».
Теорія тектоніки плит, що оперує уявленнями про великі повільні коло-обертання речовини мантії Землі, званих звичайно ячеями конвекції, не відчуває труднощів у поясненні існування могутніх витягнутих тектонічних поясів — вони можуть бути проекцією на поверхню Землі фронту зіткнення двох великих ячей; вони можуть бути просто кордоном великих жорстких плит, оскільки їм відповідають витягнуті смуги епіцентрів землетрусів. Реальна карта Землі швидше схожа на шкуру тигра, і це говорить, безумовно, на користь тектоніки плит.
Але разом з тим на Землі існують і райони з явно кільцевою, округлою структурою. Такий, наприклад, район Егейського моря. В Європі це – найбільш сейсмічна область. А утворена така структура, безумовно, в результаті великого вертикального руху.
Виходить, що сильні землетруси на Землі відбуваються в місцях, які в одних випадках дуже добре лягають на плито-тектонічну схему, десь дуже добре відповідають схемі вертикальних рухів, а іноді, наприклад, на платформах, не хочуть рахуватися ні з тією, ні з іншою схемою.
Для успішного вирішення проблем сейсмічної небезпеки ситуація явно несприятлива. Поки що, в очікуванні геологічного Коперника, ми продовжуємо розвивати методи вивчення великих сейсмічних вогнищ.
У самий останній час створена нова система інтерпретації записів близьких сильних землетрусів, яка дозволяє повністю відновити справжній рух грунту поблизу від сейсмічного вогнища. Тепер, володіючи в своєму розпорядженні спостереженнями по обидві сторони розлому, ми можемо визначити, яке крило було стабільним, а яке — активним. Іншими словами, поставивши спостереження вздовж найважливіших меж передбачуваних плит, ми зможемо виміряти і побачити, як від одного землетрусу до іншого рухаються, повертаються, прослизають і посуваються літосферні плити — якщо вони існують…
Автор: Н. В. Шебалін, доктор фізико-математичних наук.