Как изучают здоровье Земли? Интервью с директором Единой геофизической службы РАН Юрием Виноградовым

Медики давно научились исследовать состояние внутренних органов человека с помощью специальной аппаратуры. А что если ваш пациент ― это целая планета Земля? О здоровье нашего общего дома заботятся специальные геофизические службы, и об одной из них мы расскажем в сегодняшнем интервью.

В этом году свое 30-летие отметила Единая геофизическая служба РАН. Здесь проводят исследования в области сейсмологии и геофизики, ведут непрерывный сейсмический мониторинг по всей России, прогнозируют цунами на Дальнем Востоке и наблюдают за вулканической активностью на Камчатке, а еще следят за медленными геодинамическими процессами в земной коре, деформацией земной поверхности и множеством других скрытых от наших глаз явлений. Подробнее об этом ― в интервью с директором Единой геофизической службы РАН Юрием Анатольевичем Виноградовым.

Справка. Юрий Анатольевич Виноградов ― доктор технических наук, директор Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (ФИЦ ЕГС РАН); создал первый в Арктической зоне России сейсмоинфразвуковой комплекс «Апатиты» и первый пилотный сейсмоинфразвуковой комплекс для контроля айсбергообразования, разработал методику геофизического мониторинга процессов деструкции криосферы и выводных ледников арктических островов.

― Какие задачи решает Единая геофизическая служба РАН?

― Наша организация ― одна из крупнейших в системе Минобрнауки. Мы изучаем землетрясения и цунами, занимаемся их прогнозированием, исследуем техногенную сейсмичность и не только. По сути, наша работа ― это изучение здоровья Земли. Мы держим руку на пульсе планеты, но в этой фразе есть немного сарказма.

Мы действительно пока только «щупаем пульс», в то время как большинство стран мира уже изучают Землю с помощью настоящих хороших томографов.

К сожалению, наша геофизическая сеть еще недостаточно развита для такой огромной страны, как Россия. На текущий момент в разных точках нашей страны работают около 365 станций Единой геофизической службы РАН. Для сравнения: в маленькой Японии их более 5 тыс., а на территории Китая еще больше ― там установлено 8 тыс. сейсмических датчиков; примерно так же обстоят дела в США, где работают более 6 тыс. датчиков. С помощью этих сейсмологических датчиков мы можем сделать «электрокардиограмму» Земли. Зарубежные исследователи могут с гораздо бóльшими точностью и детальностью исследовать пульсации Земли, а ведь некоторые из них впоследствии могут приводить к землетрясениям.

― Насколько точно мы можем предсказывать землетрясения, учитывая недостаток технического оснащения, о котором вы говорите?

― На самом деле все национальные сейсмологические центры в мире (к которым относимся и мы) пока умеют это делать не очень хорошо. Сегодня мы прекрасно умеем составлять долгосрочный прогноз землетрясений и предсказывать сильные разрушительные землетрясения на отрезке до десяти лет. Мы также можем выделять те аномальные зоны, где эти землетрясения произойдут. Это очень важно, потому что на основании этих данных строители проектируют здания, сооружения, особо ответственные спецобъекты и т.п.

― А что насчет краткосрочных прогнозов? Правда ли, что никто в мире до сих пор не умеет их делать?

― Считается, что краткосрочный прогноз сейсмологи должны давать примерно за десять дней до наступления события, чтобы оставалась как минимум одна неделя на эвакуацию людей из опасных мест. Но, действительно, никто в мире не умеет делать такие прогнозы. Это важнейшая фундаментальная научная задача, которую сейчас пытаются решить многие научные центры. Пожалуй, сегодня ближе всего к ее решению подошли наши китайские коллеги, вкладывающие огромные средства в изучение сейсмичности. Это связано с тем, что в Китае проживает огромное количество людей и достаточно часто происходят катастрофические землетрясения. Китайцы просто вынуждены проводить такие исследования. В России же ситуация иная: населения у нас немного и катастрофические землетрясения здесь происходят не так часто, как в КНР. Наверное, поэтому наше правительство уделяет этому вопросу меньше внимания, чем власти Китая. Но мне бы очень хотелось, чтобы прогнозированию землетрясений уделяли больше внимания.

― Говорят, что Московская область ― самый сейсмобезопасный регион России. Это действительно так?

― В этом есть доля правды. Мы находимся близко к центральной части Евразии, где землетрясения происходят реже всего. Московская, Калужская, Курская, Белгородская, Брянская и другие области (всего 18 регионов) центральной России расположены на равнине, в зоне, где землетрясения крайне редкие и слабые и не несут угрозы населению.

При этом Москва имеет интересную геологическую специфику: здесь очень хорошо чувствуются землетрясения, происходящие где-то далеко, скажем, в Румынии.

Кстати, вы помните знаменитое землетрясение в Охотском море в 2013 г.? Оно было очень мощным по выделенной энергии, в десять раз сильнее недавних турецких, но произошло очень глубоко, на глубине почти 600 км, и из-за этого не вызвало разрушений на земле вблизи эпицентра. Но при этом его почувствовали во многих регионах России, находящихся далеко от эпицентра: в Москве, Оренбурге и др. Причем в Москве его ощущали примерно с той же силой, что и на Камчатке, где оно, собственно, и произошло. Из-за большой глубины сейсмические волны затухли и распространились по широкой площади, дойдя таким образом даже до центральной России.

Ю.А. Виноградов в шахте Единой геофизической службы РАН на глубине 30 м.
Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

― Насколько безопасна городская инфраструктура с точки зрения сейсмологической опасности, в той же Москве, например?

― Одна из задач нашей геофизической службы ― разработка и подготовка карт сейсмического районирования территории России, благодаря которым можно понять, когда и в каких районах возможны землетрясения (и насколько сильные) и какие сейсмоукрепления нужно использовать при строительстве зданий. Эти карты обновляются каждые 10–15 лет. Сейчас мы пользуемся картами 2016 г. и скоро будем их обновлять.

Все дома всегда строятся с некоторым запасом прочности, и их защита, в том числе от сейсмологических угроз, ― одна из важных задач, которую решают на государственном уровне.

Сейчас правительство России разрабатывает специальную программу по обследованию потенциально опасных зданий с тем, чтобы в дальнейшем обезопасить их: одни строения нужно будет снести, а другие ― просто укрепить. Похожая программа уже около десяти лет действует на Камчатке, где вокруг всем знакомых хрущевок строят специальные укрепительные пояса (сейсмоусиления), благодаря которым в случае сильного землетрясения дом не разрушится полностью, что позволит спасти жизни людей.

― А какие еще регионы России, помимо Камчатки, наиболее опасны в плане землетрясений?

― Сахалин, расположенный в Тихоокеанском поясе, где, как известно, происходит самое большое количество землетрясений в мире. Следующий по опасности, пожалуй, Кавказ. Там проживает очень много людей, есть достаточно высокие горы с крутыми склонами. Землетрясения там не такие сильные, как на Камчатке, но их последствия могут быть даже более разрушительными из-за оползней, селей и обвалов. Третий по сейсмоопасности регион России ― Прибайкалье. Любые места, где есть горы и вулканы, потенциально опасны в плане землетрясений. Периоды повторяемости землетрясений в таких опасных местах могут варьироваться от десяти до 50 лет.

Сейчас мы наблюдаем задержку по землетрясениям на Камчатке, где давно ждут достаточно сильное землетрясение. Но, к счастью, мы пока что его не зафиксировали.

― Помимо сейсмологических вопросов вы также занимаетесь отслеживанием ядерных взрывов. Расскажите, пожалуйста, об этом направлении.

― Да, как геофизическая служба мы также ответственны за мониторинг ядерных взрывов. Мы обслуживаем 12 станций международной системы мониторинга, данные с которых в режиме онлайн передаются в Международный центр данных в Вене. Всего в мире развернуто 170 хорошо оборудованных сейсмических станций для наблюдения за ядерными взрывами. Таким образом, наши зарубежные партнеры следят за нами, а мы ― за ними, чтобы никто не проводил эти ядерные взрывы незаконно и без огласки.

Если же кто-то несанкционированно устроит ядерное испытание, на станциях слежения это сразу же заметят.

― Единая геофизическая служба РАН объединяет десятки филиалов по всей России, а ее головное подразделение находится в Обнинске Калужской области. Почему было выбрано именно это место?

― Наша история началась еще в царское время, с создания Сейсмологического института в Москве. Затем в 1928 г. на его базе был сформирован Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта АН СССР. В столице действовала институтская сейсмостанция «Москва», но она соседствовала с Третьяковской галереей и там с каждым годом становилось все более шумно. Станция перестала регистрировать все необходимые события, которые ученым нужно было видеть. Тогда было принято решение перенести ее в более спокойную Калужскую область, где к тому времени был обнаружен подземный массив очень прочных известковых пород в земле, подходящий для выработки большой шахты на глубине 30 м для ведения сейсмологического мониторинга.

Такое тихое и изолированное от внешних воздействий место идеально подошло для установки высокочувствительной аппаратуры, поэтому шахту сконструировали достаточно просторной для того, чтобы разместить огромное количество самого разнообразного сейсмологического оборудования.

Так в 1967 г. в Обнинске впервые была открыта Центральная геофизическая обсерватория «Москва», которую в 1994 г. не только переименовали в Геофизическую службу РАН, но и значительно расширили: она стала объединять десятки станций по всей России.

Музей истории Единой геофизической службы РАН в Обнинске. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

В Музее истории Единой геофизической службы РАН в Обнинске. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»

― Такие, как у вас, шахты для мониторинга сейсмоактивности по-прежнему востребованы или все уже переходят на скважины, позволяющие проводить подобные исследования с меньшими затратами денег и времени?

― Главное преимущество шахты в том, что она подавляет шумы: чем глубже шахта, тем меньше шумов. Чувствительность наших приборов сама по себе остается неизменной, но когда уровень шума снижается, мы начинаем улавливать более слабые сигналы. Если мы будем стоять перед ревущим двигателем самолета и говорить что-то шепотом, то ничего не услышим. Примерно так же с датчиками на земле, где все кругом шумит, гудит и шевелится. Но если мы спустимся глубоко под землю, то услышим каждое слово.

На глубине 10 м шумы затихают примерно в два раза, на 20 м ― в три раза, а на глубине 30 м, как у нас, ― уже в пять раз!

Но строительство шахт действительно обходится очень дорого, ведь это достаточно сложное техническое сооружение, однако для нас, сейсмологов, оно очень удобно: мы можем расставлять и переставлять приборы так, как необходимо в конкретный период времени, самостоятельно обслуживать их, добавлять дополнительную аппаратуру и т.д., то есть полностью контролировать весь процесс. Современный подход, конечно, более простой и технологичный: можно пробурить скважину глубиной 100–200 м и опустить туда датчик, и присутствие человека там даже не требуется. Но для этого датчик должен быть максимально надежным, потому что извлечь его потом из такой скважины крайне проблематично.

― В России есть такие станции со скважинами?

― Да. Они регистрируют землетрясения, и их максимальная глубина достигает около 40 м. Возвращаясь к вашему предыдущему вопросу: дорого не только строительство шахт, но и их содержание. В шахте повышенная влажность, нужно постоянно откачивать воду и проводить ремонтные работы, проводить электричество и интернет и т.д. Это очень хлопотное предприятие, поэтому я думаю, что те шахты, которые уже работают в мире, продолжат функционировать, но новые станции мониторинга будут уже более простыми, экономичными и технологичными.

Название видео

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Источник: scientificrussia.ru