Крымские ученые создают систему предсказания землетрясений

Крымские астрофизики на стыке разных наук разработали методику предсказания землетрясений. Ее еще предстоит развить, но научные открытия, сделанные в ходе исследований, уже позволяют обнаружить ранее неизвестные науки закономерности. Метод начали апробировать в Крыму ученые Крымской астрофизической обсерватории. Затем к им присоединились коллеги из других регионов.

В июле 2022 года трое ученых — Александр Вольвач, Константин Канониди и Лев Коган — запатентовали изобретение, полное название которого: «Способ определения вероятности возникновения землетрясений на основе выявления феноменов с высоким уровнем детерминированности». Указанные феномены (явления), которые они обнаружили, на первый взгляд почти не связаны друг с другом: это малейшие изменения расстояний до искусственных спутников и далеких астрономических объектов, а также колебания магнитного поля земли, и даже аномалии в тональности шума пчел в улье. На этапе создания сети прогнозных станций к крымчанам присоединились коллеги из трех российских научных институтов.

«На крымских астрофизиков мы вышли сами, чтобы совместно проводить исследования, в частности магнитные измерения. В Крыму землетрясения происходят с определенной периодичностью», — рассказал Константин Канониди, заведующий магнитной обсерваторией Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова (Ленинградская область).

Астрофизика: с неба на землю

Отдел радиоастрономии и геодинамики Крымской астрофизической обсерватории находится в поселке Кацивели на берегу Черного моря. Основной предмет интереса ученых далек от земных проблем. Здесь проводят радиоастрономические исследования солнца, звезд и галактик. Идея «приземлить» эти изыскания родилась во время измерения расстояний до искусственных космических объектов. Эти измерения проводят с помощью лазерных импульсов, направленных на спутники, что позволяет с высокой точностью определять координаты наземных объектов. На подобном принципе работает, к примеру, GPS-навигатор в автомобиле. Исследования продолжались несколько лет, и вот в математические расчеты раз за разом стала вкрадываться необъяснимая поначалу ошибка. В итоге ученые установили, что положение лазерных дальномеров на земле изменилось: они сместились на несколько сантиметров на восток. В то же время небесные объекты продолжали оставаться на постоянных орбитах.

«Некоторые спутники находятся на таких стабильных орбитах, что становится понятно, что скорее научная станция в сторону сдвинулась, вместе с литосферной плитой, чем спутник поменял расчетную траекторию», — говорит Александр Вольвач, заместитель директора Крымской астрофизической обсерватории .

Из литосферных плит состоит твердая оболочка земли. Они словно «плавают» в земной мантии и сталкиваются, вызывая землетрясения. Отслеживая перемещения плит, можно прогнозировать сейсмические события, уверены крымские ученые. Оттолкнувшись от ошибки лазерного дальномера, они разработали метод расчета скорости и вектора движения элементов земной коры.

Миллионы световых лет и миллиметровая точность

Новый метод крымчане дополнили технологией, которая позволила «сдвижки» литосферных плит фиксировать с высокой точностью. Для этого понадобилось более сложное оборудование — радиотелескоп РТ-22. С его помощью астрофизики изучают объекты, расположенные на сверхдальних расстояниях в миллионы световых лет.

«Это квазары, активные ядра галактик, которые на протяжении сотен лет не изменяют своего местоположения, и это дает нам возможность определять с высокой точностью земные координаты. Квазары называют еще “маяками вселенной", относительно земного наблюдателя они неподвижны», — рассказывает Александр Вольвач.

Радиотелескоп РТ-22 // Фото: jalita.com

Изменение положения сверхудаленных астрономических объектов, которое наблюдает радиотелескоп — иллюзия. Как и в случае с лазерными дальномерами. Такие данные говорят о том, что научное оборудование смещается вместе с литосферной плитой. Наблюдение за квазарами позволило отслеживать движение земной коры с высокой точностью. По мнению ученых, эти данные позволят прогнозировать опасное напряжение между литосферными плитами, приводящее к землетрясениям.

Первый заход астрофизиков в сейсмологическую тему, по их признанию, носит, скорее, «стратегический» характер — он не позволяет предсказывать катастрофу с точностью до дней или недель. Здесь речь идет о долгосрочных прогнозах с более-менее точной степенью локализации возможного события. Этот аспект крымского ноу-хау помогает определять потенциально опасный район земли. В его границах с помощью геофизики и биологии можно строить, по мнению ученых, более точные прогнозы.

Геофизика: из недр на поверхность

Движения тектонических плит, что приводят к землетрясениям, наука объясняет температурными перепадами в недрах земли. Эти перепады, в свою очередь, связаны с изменением уровня геомагнитного поля. Для его измерения существует специальное оборудование — магнитовариационные станции. Спектр их использования — от геологической разведки до фундаментальных научных исследований. В крымском методе предсказания землетрясений эти станции стали главным компонентом.

«Есть шумовой сигнал магнитного поля земли. Он имеет хаотическую природу. Но вот в этом шуме появляется постоянная, нехаотическая составляющая. Она вызвана тем, что тектонические плиты начинают взаимодействовать между собой — наезжать друг на друга, сдавливаться. Оказалось, что они влияют на вариации магнитного поля, которое выходит из недр», — говорит Александр Вольвач.

По словам исследователей, в «шуме» магнитного поля они способны теперь фиксировать предвестники катастрофы за несколько дней до события. Причем магнитовариационная станция может находиться на расстоянии до 3 тыс. километров от места будущей сейсмической активности. Когда работа системы будет отлажена, прогнозировать землетрясения можно будет не только в Крыму, но и в средиземноморском регионе, считают ученые. На первом этапе на полуострове создадут сеть из трех станций. Она позволит, в тестовом режиме подтвердить, что методика работает.

Последствия недавнего землетрясения в Турции // Фото: news.day.az

«Мы намерены разместить оборудование в нескольких пунктах — на юге, в центре и на востоке полуострова. Будем наблюдать геомагнитные процессы, и отслеживать изменения. Это позволит лоцировать точку предполагаемого сейсмического события, предсказать его и подготовиться к нему», — рассказывает Константин Канониди.

Магнитовариационные измерения для большей точности прогноза ученые хотят дополнить и другими данными. Например, обычными сейсмическими наблюдениями, а еще измерением содержания радона в районах разломов (количество этого газа увеличивается в разы накануне землетрясения).

«Когда мы будем рассматривать это в сумме, то будет другой результат. Он станет более достоверным, при использовании широкого спектра методик. Есть еще, например, изменения в ионосфере, которые наблюдаются перед сильными землетрясениями», — говорит Константин Канониди.

Биология в помощь

Как рассказали ученые, по соседству с одной из научных баз находилась пасека. Исследование поведения пчел было своего рода факультативом для них. С точки зрения науки подойти решили к ненаучной информации: есть мнение, что пчелы незадолго до катастрофы покидают свои улья и бесцельно кружат в воздухе. Ученые решили проверить, так ли это явлениями. В пчелиных ульях разместили микрофоны. Потом с помощью сложной компьютерной обработки проанализировали, как меняется жужжание пчел во время землетрясений. Подземные толчки, которые произошли в течение года наблюдений, были несущественными, их фиксировало только специальное оборудование.

«Протестировали на нескольких десятках землетрясений, реакция одна и та же: за полтора — два часа перед событием возникают характерные изменения уровня шума пчел, это не перепутаешь уже ни с чем», — рассказал Лев Коган, завкафедрой общей физики и теоретической механики Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Наблюдение за пчелами с паски в Крыму позволило выявить еще одну закономерность, связанную с землетрясениями // Фото: lifegid com

Так появился третий биофизический компонент метода предсказания землетрясений. Пчелы, как оказалось очень чувствительны к изменению геомагнитного поля.

«На теле пчелы, в задней части спинки имеются клетки с очень высоким содержанием железа. Пчелы используют их как компас, ориентируясь, на магнитные линии, в том числе, когда улетают на полтора-два километра от улья. Видимо эти же клетки дают им сигнал накануне землетрясения», — говорит Лев Коган.

Биологический компонент нового метода пока остается вспомогательным. Ключ к предсказанию землетрясений лежит в изучении изменений геомагнитного поля. Поэтому главное для ученых сейчас — анализ данных с магнитовариационных станций, которые они создают. Уже частично проведена разведка мест, где они будут установлены, оборудование готово к монтажу. Сейчас ученые завершают отладку алгоритма, который будет интерпретировать информацию, поступающую из земных недр.