3.4.2. Опасные эндогенные геофизические явления

К опасным геофизическим явлениям относятся землетрясения и извержения вулканов. Анализ закономерностей современных проявлений вулканизма и сейсмичности показывает, что в основе мониторинга и прогнозирования землетрясений и извержений вулканов лежит комплексный подход, учитывающий взаимосвязь тектонических вертикальных и горизонтальных движений литосферы и ее составляющих между собой, а также с процессами в гидросфере, атмосфере и космосе. Следовательно, только комплексный и объективный подход к проблеме изучения современной геодинамики позволит с наименьшими искажениями реальной картины взглянуть на процессы, происходящие на нашей планете, определить роль и место каждого из них в общей системе современной тектонической активности.

В этой связи особенностями мониторинга и прогнозирования эндогенных процессов являются:

землетрясения и вулканизм как взаимосвязанные процессы;

опасные геофизические явления имеют многочисленные дальние (тысячи километров) и ближние (сотни километров) предвестники, которые вносят свой вклад в процессы формирования сейсмической и вулканической активности;

существует проблема оправдываемости прогнозов землетрясений - наибольшую точность имеют долгосрочные и среднесрочные, а наименьшую - краткосрочные;

землетрясения на дне мирового океана могут сопровождаться возникновением цунами.

Землетрясения. Из геофизических чрезвычайных событий землетрясения являются одним из наиболее мощных, страшных и разрушительных явлений природы. Они возникают внезапно, спрогнозировать время и место их появления и тем более предотвратить их развитие чрезвычайно трудно, а чаще всего невозможно. В России зоны повышенной сейсмической опасности занимают около 40% от общей площади, в том числе 9% территории относятся к 8 - 9 балльным зонам. В сейсмически активных зонах проживает более 20 млн. человек (14% населения страны).

В пределах сейсмически опасных районов России расположены 330 населенных пунктов, в том числе 103 города (Владикавказ, Иркутск, Улан-Уде, Петропавловск-Камчатский и др.). Наиболее опасными последствиями землетрясений являются разрушения зданий и сооружений; пожары; выбросы радиоактивных и аварийно химически опасных веществ из-за разрушения (повреждения) радиационно- и химически опасных объектов; транспортные аварии и катастрофы; поражение и гибель людей.

В соответствии с решением Правительства Российской Федерации в 1994 г. была организована Геофизическая служба РАН. В задачи данной структуры входит обеспечение непрерывного сейсмического мониторинга на территории России и прогнозирование землетрясений.

В основе всех технологий краткосрочного прогнозирования землетрясений лежит создание сети станций, регистрирующих изменения геофизических, геохимических, гидрогеологических и иных параметров геологической среды перед сильными землетрясениями вблизи потенциальных очагов возможных землетрясений. Считается, что чем больше станций и чем они ближе к потенциальному очагу землетрясения, тем выше вероятность успешного прогноза, при этом достоверность краткосрочных прогнозов составляет 70 - 75%.

Для краткосрочного прогнозирования землетрясений в настоящее время используются различные предвестники землетрясений: сейсмогравитационные, неприливные вариации силы тяжести, геохимические, сейсмогидрогеологические, вариации гравитационного поля, электрические, магнитные, электромагнитные, оптические и др.

Существует два типа предвестников землетрясений: ближние (локальные) предвестники землетрясений и дальние предвестники землетрясений. Самая большая проблема заключается в том, что основной причиной обоих типов предвестников землетрясений являются одинаковые механизмы, суть которых в изменении напряженного состояния горных пород. Основная сложность заключается в выявлении механизма связи между наблюдаемыми предвестниками и процессом подготовки землетрясения, при этом необходимым условием является применение современного регистрирующего оборудования, использующего высокие технологии.

Извержения вулканов. Прогноз извержений основан на двух группах методов, которые также предполагают изучение предвестников. Первая группа основана на изучении жизни самого вулкана: отдельные вулканы извергаются с определенными интервалами времени, другие свое пробуждение знаменуют звуковыми эффектами. Изучение вулканов может существенно повысить степень оправдываемости прогнозов.

Другую группу методов составляют сложные статистические вычисления и исследования признаков готовящегося извержения с помощью точных приборов. Вокруг активных вулканов размещают, как правило, сейсмические станции, регистрирующие толчки. Когда лава расширяется на глубине, заполняя трещины, это вызывает сотрясение земной поверхности. Землетрясения с очагами под вулканами являются, таким образом, надежным признаком готовящегося извержения.

Заслуживает внимания метод прогноза вулканических извержений на основе измерения изменений наклонов земной поверхности вблизи вулкана. Изменение наклона показывает, что готовится извержение. По скорости нарастания изменений можно вычислить примерное время извержения.

Метод прогноза извержений - аэрофотографирование вулканов в инфракрасных лучах - позволяет определить нагревание земной поверхности и подъем горячих расплавов.

Поведение воды в кратере также может служить показателем готовящегося извержения. Так, может повышаться температура воды до кипения, или вода перед извержением меняет свой цвет (становится бурой или красноватой), увеличивается концентрация серосодержащих газов и паров хлористого водорода, в то время как проценты водяных паров уменьшаются. Может оправдать себя и метод изучения изменения напряженности и ориентации магнитного поля.

С практической точки зрения выделяются краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные прогнозы вулканической деятельности. Краткосрочный прогноз наиболее точный. Вывод о времени предстоящего извержения делают на основе совокупности результатов всех методов. Физической основой прогноза является постепенное и непрерывное возрастание давления в магматическом очаге и выводном канале вулкана перед извержением. Возрастание давления в выводном канале вызывает напряжения и упругие деформации в окружающих его твердых породах, изменение их физических свойств, что отражается в физическом поле в районе вулкана.

Долгосрочный прогноз может быть выполнен с достаточной точностью лишь для тех вулканов, в деятельности которых существует периодичность извержений. Для остальных вулканов этот прогноз не является точным, а лишь позволяет установить причинно-следственные связи в тектонической деятельности в каком-либо определенном районе. На основе подобных расчетов можно получить вероятностные характеристики, которые являются важными данными для краткосрочного и среднесрочного прогноза извержения вулканов.

Мониторинг эндогенных процессов в земной коре и деформации земной поверхности осуществляется в рамках Системы государственного мониторинга состояния недр, а также в соответствии с Распоряжениями Президиума РАН входит в число задач, решаемых Геофизической службой РАН, ее филиалами и институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта, при котором создан Российский экспертный совет по прогнозу землетрясений и сейсмической опасности.