Уроки сейсмологии

Что спровоцировало Голоустненское землетрясение 8 июня? Чем отличались эти подземные толчки? Какие бывают предвестники сильных сейсмических событий? Может ли Иркутск оказаться в эпицентре катаклизма? Этим журналисты интересовались у ученых Института земной коры СО РАН во время открытия нового подразделения ИЗК. Оно появилось благодаря комплексному проекту цифрового мониторинга Байкальской природной территории (БПТ).

Что мерить в баллах?

После каждого ощутимого сейсмического события тема землетрясений врывается в мейнстрим. Так вышло и на этот раз. 8 июня жители Иркутской области, Бурятии и даже частично Забайкальского края в очередной раз ощутили дрожь земли. Сайт Байкальского филиала Единой геофизической службы РАН завалили запросами, мессенджеры и соцсети – комментариями, а ученых – телефонными звонками. Первый вопрос, на сколько баллов потрясло.

– Сразу скажу, что магнитуда и интенсивность – это разные вещи, – подчеркнула старший научный сотрудник ИЗК СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Наталья Радзиминович. – Магнитуда – характеристика очага землетрясения,т.е. характеризует его относительную силу. Она может быть только одна, это безразмерная величина, просто цифра. Магнитуда этого землетрясения была 5,2. А интенсивность – это то, как мы ощущаем сейсмическое событие на разных расстояниях от очага. Она измеряется по 12-балльной шкале. В Иркутске землетрясение 8 июня мы ощущали на 5 баллов, а в Большом Голоустном – ближе к очагу – интенсивность была 7 баллов.

Прежде чем презентовать возможности Центра мониторинга опасных геологических процессов, ученые ИЗК снова напомнили о причинах высокой сейсмичности региона.

 Земля не стоит на месте

Большую часть нашего континента занимает Евразийская литосферная плита, к ней относится Сибирская платформа, на краю которой стоит Иркутск. И по формирующейся Байкальской рифтовой зоне (системе) – глубинному разлому земной коры длиной около 2 тыс. км – она граничит с Амурской плитой.

– В Байкальской рифтовой системе происходит растяжение за счет того, что Амурская плита – это Забайкалье и часть Монголии – отодвигается от северной Евразии в юго-восточном направлении. В центральной части Монголии происходит сдвиговое движение. Амурская плита движется со скоростью 3–4 мм в год относительно северной Евразии, и в Монголии происходят сдвиговые движения со скоростью 3–5 мм в год, – пояснил замдиректора ИЗК СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Владимир Саньков. – Причиной землетрясений являются деформации земной коры, они связаны с тектоническими явлениями. Деформации мы можем исследовать с помощью различных современных методов. В частности, методом спутниковой геодезии можем показать, с какой скоростью и в каком направлении движутся блоки земной коры.

Растяжение земной коры происходит поперек простирания Байкала. Блоки не только растягиваются со скоростью 3–4 мм в год, но и опускаются. Сотрудники института считают, что Голоустненское землетрясение 08.06.2022 произошло под действием этого механизма.

Высокочастотная загадка

Его очаг располагался на склоне Посольской банки. Эпицентр был в достаточно давно сформированной полосе. Июньское трясение земли не было уникальным для этого района. Но ученых все равно удивило.

– Хотя его энергия была меньше, чем, например, у Кударинского землетрясения в декабре 2020 года, но по длительности сотрясений было больше. Коллеги из Бурятии нам звонили и говорили, что даже амплитуда на сейсмической станции в Улан-Удэ для этого землетрясения – в три с лишним раза больше, чем у Кударинского. Это землетрясение было очень высокочастотным, нетипичным для наших региональных землетрясений. Здесь были пики частот до 20 герц, а обычно частотное излучение находится в диапазоне от 0,5 до максимум 6 герц. Возможно, это было поверхностное землетрясение, хотя обычно они у нас происходят на глубине 10–25 км, – отметила ученый секретарь ИЗК СО РАН, кандидат физико-математических наук Анна Добрынина.

Сейчас данные по этому сейсмическому событию собираются со всех сейсмостанций региона. Предстоит ответить еще на много вопросов. В то же время, если рассматривать всю Байкальскую рифтовую зону, то ее сейсмичность за последние годы не увеличилась. Просто землетрясения, по словам Анны Добрыниной, «перекочевали» на наш край рифтовой системы. И у нас стало беспокойнее. А запустило процесс, похоже, Быстринское землетрясение в сентябре 2020 года. Оно было еще и шумным, звуковые волны записала инфразвуковая станция. Гул издавало горное обрамление Тункинской впадины, хребет Хамар-Дабан.

 Глина как литосфера

– Следующим было Кударинское землетрясение (в дельте Селенги, примерно в том же месте, где в 1862 году после катастрофического землетрясения образовался залив Провал). Тогда было зарегистрировано порядка 70 афтершоков. В январе 2021 года произошли знаменитые монгольские Хубсугульские землетрясения, с несколькими тысячами афтершоков. И уже после достаточно большого периода времени, 8 июня этого года, сейсмическое событие произошло в южном Байкале. На сейсмограмме виден главный толчок и афтершоки, первый, сильный, произошел через 7 минут, но между ними было около десятка более слабых сейсмических событий, – продолжила тему Анна Добрынина.

Ученые считают, что последние землетрясения связаны между собой. Они продолжают работать над гипотезой происхождения Байкальской рифтовой зоны в результате перемещения блоков сдвигового типа. В лаборатории ИЗК провели эксперимент – воспроизвели процесс формирования структуры растяжения при сдвиговых нагрузках с помощью влажной глины. В короткое время она, оказывается, ведет себя, как литосфера в процессе крупномасштабного разломообразования. Глинистую пасту накладывали на два штампа, граница между ними была не прямолинейной, а содержала изгиб – прообраз краевого выступа Сибирской платформы.

В этом эксперименте одна минута опыта равнялась одному миллиону лет в природе. Один миллиметр на поверхности модели – одному километру в реальности. Штампы перемещали по принципу движения литосферных плит, и в итоге на куске глины образовались трещины, подобные впадинам Байкала. Фото эксперимента в сравнении с трехмерным изображением рельефа Байкальской рифтовой зоны это наглядно демонстрировало.

Крупный проект ИЗК

В каталоге Байкальского филиала Единой геофизической службы СО РАН с начала года по 20 июня занесено 98 землетрясений. Информацию о сейсмических событиях теперь собирает и Центр комплексного мониторинга опасных геологических процессов. Он открыт в рамках крупного проекта Минобрнауки России «Фундаментальные основы, методы и технологии цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки Байкальской природной территории».

– В рамках проекта изучаются вопросы экологической стабильности и безопасности существования экосистем, а также объектов производственной и социальной инфраструктуры на БПТ. Ученые по шести основным направлениям изучают лесной покров территории, водные ресурсы, атмосферу, влияние экологии на здоровье человека. Отдельный блок выполняется с участием ИЗК СО РАН. Цель проекта – создать в Прибайкалье систему комплексного мониторинга нового поколения с применением цифровых технологий, которая потом будет масштабирована на всю страну. Сейчас мониторинг выполняется различными государственными и производственными организациями, однако координация по этим вопросам практически отсутствует, – отметил директор ИЗК СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Гладкочуб.

Институт земной коры занимается сейсмологическими исследованиями Прибайкалья и Забайкалья с 1950-х годов. За это время выявлены многие закономерности сейсмического процесса – периодичность проявления землетрясений разной силы, выделены их места. К примеру, в районе Иркутске очага быть не может, поскольку до ближайших разломов 80–100 км.

Данные сводят воедино

Давать средне- и краткосрочный прогноз подземных бурь ученые в мире еще не могут. Это вообще потенциально нобелевская тема. Правда, определенные предвестники им известны. Однако все данные для получения длинных рядов наблюдений должны собираться одномоментно, с одних пунктов и на одном комплексном оборудовании.

– О таком прогнозе речь может идти, когда есть система мониторинга, причем не только сейсмической активности, но и многих геофизических полей, в которых проявляются процессы подготовки и реализации землетрясений, – заверил научный руководитель проекта, доктор геолого-минералогических наук Константин Семинский. – Если говорить, к примеру о активности радона, то его флуктуации принимают аномальный характер. Совершенно очевидно, что таких предвестников землетрясений может быть много, необходим комплексный подход для их изучения. Для этого нужен мониторинг серии полей – сейсмической, радоновой активности, современного движения земной коры, деформации земной поверхности, изменения удельного электрического сопротивления на глубине. Такие системы наблюдений в регионе были организованы достаточно давно. Но эти сети в нашем регионе, как правило, не совпадают по пунктам наблюдений. А наиболее эффективен мониторинг, когда эти совпадения есть.

С 2020 года ИЗК организует ключевые пункты мониторинга. Они действуют в Бугульдейке, Листвянке, Приольхонье. Пункты оборудованы широкополосными сейсмическими станциями, приемниками GPS, станциями магнитотеллурического зондирования, датчиками радона и измерения температур грунтов, лазерными дальномерами. Аппаратура уже регистрирует различные предвестники землетрясений, но для получения точных данных нужны длинные ряды наблюдений и системный анализ.

В планах у ученых – подключить к поиску предвестников землетрясений искусственный интеллект – нейронную сеть. В будущем она сама будет искать аномальное поведение в геофизических полях и даже рассылать предупреждения.

Искусственный интеллект предупредит о подземных бурях

– В институте накоплен уникальный материал, и наша задача объединить эту базу данных, обеспечить дистанционную работоспособность пунктов мониторинга через телеметрию, – уточнил начальник Центра комплексного мониторинга ИЗК СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Игорь Семинский. – Нам необходимо создать структуру bigdata (больших данных) для объединения рядов наблюдений на едином планшете, чтобы можно было их сравнивать и анализировать. Для этого создана онлайн-платформа, с ее помощью можно визуализировать данные мониторинга на едином планшете, подгружать новую информацию о землетрясениях.

Сейчас в базе можно проводить несколько видов математических операций, осуществлять фильтрацию данных. В скором времени в Максимихе и на южном Байкале ученые откроют новые пункты мониторинга. А в планах у ученых – подключить к поиску предвестников землетрясений искусственный интеллект – нейронную сеть. В будущем она сама будет искать аномальное поведение в геофизических полях и даже рассылать предупреждения. Это дальние перспективы, однако тестирование нейронных сетей на данных ИЗК уже началось совместно с Институтом вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

Директор ИЗК Дмитрий Гладкочуб в конце акцентировал внимание журналистов на том, что в нашем сейсмически неспокойном регионе нужна областная программа по сейсмобезопасности. Тем более, что землетрясения часто являются триггерами других явлений – оползней, обвалов и пр. Да и карты сейсмического районирования, которые необходимы для того же строительства, нужно обновить. Актуальная информация там давно не менялась – где-то с 2016-го, а где-то и с 1997 года.