Ученые близки к тому, чтобы автоматизировать сейсмопрогноз.
30 июля 2025 года в Тихом океане у берегов полуострова Камчатка произошло сильнейшее за последние десятилетия землетрясение - магнитудой 8,7 балла. Оно спровоцировало извержение вулкана Ключевская Сопка, активизировались и другие его собратья. Во многих странах Тихоокеанского региона объявили угрозу волн цунами. Достигли они и берегов Камчатки, приведя к незначительным разрушениям. К счастью, обошлось без жертв. Помогло то, что в регионе с высоким уровнем сейсмичности в строительстве тщательно учитывают это и следуют жестким необходимым стандартам безопасности.
Тем не менее полностью подготовиться к земным толчкам можно, лишь зная о них заранее, имея точный прогноз. Ученые всего мира десятилетиями бьются над этой сложнейшей задачей, однако до успешного финиша далеко. Тем важнее научные результаты, полученные на юге России. О них рассказал академик РАН Владимир БАБЕШКО.
– Владимир Андреевич, к решению проблемы сейсмопрогноза мировая наука подходит с различных теоретических платформ. На какой из них стоите вы?
– До сих пор в сейсмологии основным является наблюдательный подход. Потому что иным путем знания о сейсмических событиях собрать невозможно. Ценными являются исследования, связанные с предвосхищающими землетрясения явлениями - форшоками, с протеканием землетрясений и последующими толчками - афтершоками. Важны также предшествующие землетрясениям процессы: различные выбросы из-под поверхности Земли газов и жидкостей, нередко радиоактивных. Есть сведения об импульсивном возникновении непосредственно перед основным землетрясением электромагнитных волн, воздействующих на ионосферу.
Ценным стало отслеживание в сейсмических районах статистики землетрясений различной интенсивности, их магнитуд, наблюдения ведутся столетиями. Именно они позволили выявить фундаментальный закон сейсмологии о повторяемости сильных землетрясений. Опираясь на статистику землетрясений, выдающийся математик Л.В.Канторович разработал вероятностный подход для их прогноза. Нобелевский лауреат по экономике создал блестящие модели в этой области. В основе его достижений лежат фундаментальные математические исследования.
Опубликованная им и его учениками работа (Канторович Л.В., Кейлис-Борок В.И., Молчан Г.М. «Сейсмический риск и принципы сейсмического районирования// Вычислительные и статистические методы интерпретации сейсмических данных». - М.: Наука, 1973) оказалась настолько весомой, что правительство США создало Институт прогноза землетрясений в Калифорнии, который возглавил советский академик В.И.Кейлис-Борок. С того момента в США началось общее сейсмическое районирование территорий, что в СССР, кстати, делалось намного раньше.
Но у наблюдательного подхода есть свои пределы: он полезен, однако должен применяться уже при наличии механико-математической теории землетрясений. Иначе возникает ситуация, описанная академиком В.И.Кейлис-Бороком еще в 1989 году: «Долгое время работы по прогнозу землетрясений ориентировались в основном на расширении системы наблюдений. Калифорнийское землетрясение наглядно показало нам, насколько этого недостаточно. Оно произошло в середине самой мощной в мире наблюдательной сети, с тысячами датчиков, телеметрией, полной компьютеризацией».
– Предположу, что вы являетесь сторонником другого подхода к решению этой сверхзадачи…
– Признавая ценность наблюдательного подхода, мы движемся в русле активного подхода. Он детально описан в коллективной монографии под руководством академика А.С.Алексеева, опубликованной в 2004 году. Там предполагается построение глубоких, опирающихся на физико-механические законы теорий землетрясений, способствующих направленному изучению их различных типов.
Наша работа стоит на прочном теоретическом фундаменте. Создана технология, в которой воплощено в жизнь научное наследие по прогнозу землетрясений выдающихся ученых Советского Союза: академика Л.В.Канторовича, геофизиков, директоров Института физики Земли АН СССР академиков Г.А.Гамбурцева и М.А.Садовского. Да, сейчас средства вычисления вышли на неизмеримо более высокий уровень, появились новые технические возможности. Тем не менее рекомендации великих ученых не потеряли своей актуальности.
Фото Алексея Мухина
В современной технологии учтены и воплощены новейшие достижения в области аппаратурной обработки геофизической информации. Для ее реализации создан не имеющий аналогов математический аппарат - метод блочного элемента. При этом используется активный геофизический метод исследования глубинного строения Земли - с помощью собственных вибросейсмоисточников.
Активно применяем и другие технические и интеллектуальные средства, которыми располагают Кубанский государственный университет и Южный научный центр РАН. Его ученые нацелены на создание механико-математической технологии прогноза сильных землетрясений. При этом стараемся прогноз землетрясений приблизить к математике, механике, а также к реалиям истинного строения коры Земли, потеснив традиционные наблюдательные подходы. Созданная технология впервые позволит на основе строгой математики компьютерными средствами и сетью приборных наблюдений поведения поверхности Земли, ГЛОНАСС-приемниками и другим оборудованием мониторить уровень сейсмичности территорий и выявлять зоны подготовки землетрясений. Работа идет во многом благодаря поддержке РНФ и гранту Кубанского научного фонда по проекту «Фундаментальные исследования по созданию комплексной сейсмической защиты территории Краснодарского края».
– Что же выявило активное «простукивание» земной толщи с помощью активных виброисточников?
– Оно подтвердило утверждение академика М.А.Садовского о том, что кору Земли следует рассматривать как деформируемую блочную структуру, при этом причин ее разрушения выявляется намного больше, чем если рассматривать сплошную модель земной коры. Это и концентрации контактных напряжений, и резонансы, связанные с периодическими приливными явлениями, и изгибные, крутильные, растягивающие разрушения, и медленные волны, переходящие из больших блоков в более мелкие, разгоняющие и разрушающие их. Есть и другие причины.
Именно эти исследования, на чем настаивал академик Г.А.Гамбурцев, являются основными для создания новой технологии прогноза землетрясений. Это сравнительно новое направление год от года набирает силу. У него множество сторонников в структурах РАН и ведущих вузах России. Мы рады, что интерес к нашим работам проявили ученые Китая. Подписано соглашение о сотрудничестве, публикуются совместные статьи.
Планируем в 2026 году провести совместный семинар по проблемам сейсмичности. Не могу не отметить активную роль выдающегося китайского математика и механика из Ningbo University профессора Chuanzeng Zhang.
Главное достоинство нашего подхода состоит в автоматизации прогноза землетрясений. Мы стремимся создать технологию, позволяющую по поведению поверхности Земли оценивать состояние ее глубинных зон и протекающих там изменений. Для этого в первую очередь нужно иметь как можно более полные знания о строении подземной зоны, по возможности, всей коры Земли. Исследование глубинного строения сейсмоопасной территории доступно средствами вибросейсморазведки, магнитотеллурическим и электромагнитным методами, гравиметрами, средствами геологической науки. На их основе формируется паспорт состояния подземной блочной зоны, а методом блочного элемента, простой и дифференциальной топологией - ее математическая модель. Значения функции Грина, созданной на основе топологии и блочных элементов, получаемые на поверхности Земли ГЛОНАСС-приемниками и другими приборами, позволяют «заглянуть» в глубь планеты, распознать происходящие там процессы, приближающие к землетрясениям. Важно, что это будет происходить автоматически, средствами компьютерных вычислений.
– Вернемся к Камчатке. Эпицентр землетрясения был далеко от нее, под водной толщей Тихого океана. Можно ли применять ваш подход в морских акваториях?
– В принципе, да. Проблема состоит в изучении глубинного строения территории под морским дном. Нефтяники научились это делать. Для снятия информации со дна морской акватории вместо ГЛОНАСС-приемников можно использовать «умные» кабели, предложенных американскими геофизиками. Как член Американского геофизического союза скажу, не в обиду американским коллегам, несколько слов об американских геофизиках. Это блестящие ученые в области физики Земли, они используют лучшие в мире технические средства получения и обработки информации самыми современными компьютерными и аналоговыми программами. Они первыми дают информацию о причинах каждого произошедшего землетрясения. Однако математиков и механиков высокого уровня, владеющих последними достижениями в прикладной математике и моделировании, я пока там не заметил, хотя они, возможно, и есть.
Следуя Гамбурцеву и Канторовичу, а также нашему опыту, скажем, что без современной математики прогнозы землетрясений невозможны. Приведу свежий пример. Он связан с математическим объяснением феноменологического закона японского сейсмолога Омори, состоящего в причинах падения частоты афтершоков. Результат был получен на основе преодоления проблемы многомерных интегральных уравнений Винер - Хопфа, он опубликован в журнале высшей категории (V.A.Babeshko, O.V.Evdokimova, V.S.Evdokimov, O.M.Babeshko The mechanical concept of earthquakes in mountainous, fractured territories Acta Mechanica, 2025, hpps//doi.org/10.1007/s00707-025-04470-y).
К слову, впервые математически открытый в России новый тип прогнозируемых землетрясений, стартовых, был получен также в результате преодоления математической проблемы.
Заокеанские ученые для морских исследований предложили оригинальную новинку. В Пекине в апреле этого года состоялась 31-я сессия Межправительственной координационной группы по системе предупреждения цунами в Тихом океане и смягчения последствий. Американской участницей Сеси Родригес Крус был сделан доклад о развитии международной сети «умных» кабелей. Они представляют собой трансокеанические оптоволоконные кабели с одетыми на них через некоторые интервалы сенсорными модулями, позволяющими регистрировать колебания земной коры и поверхности моря. Эта тема поднималась и раньше, в 2017 году. Так что определенный прогресс наличия аналогов ГЛОНАСС-приемников в морской акватории будет. Развиваемый нами метод применим и в этом случае.
– Имеется ли у нас необходимое оборудование для реализации новой технологии ?
– Данная технология создавалась с прицелом на уникальное оборудование, имеющееся в Кубанском государственном университете, Южном научном центре РАН, Министерстве науки и образования Краснодарского края. Оно активно используется на континентальной территории Краснодарского края. Делается все возможное для успешного прогнозирования землетрясений, при этом в отношении стартовых толчков (об этом газета «Поиск» ранее подробно сообщала) это уже вполне реально. Уверен, что отдыхающие могут смело посещать наше Черноморское побережье Краснодарского края, сейсмобезопасность которого обеспечена.
Геннадий Белоцерковский
Обложка: фото Алексея Мухина
