Фрактальная неизбежность: землетрясения смогут предсказывать за полгода
Российские ученые на примере данных с Камчатки доказали: сейсмическая активность не полностью хаотична и имеет свои закономерности. Если рассматривать магнитуды множества очагов, можно обнаружить в них свойства фрактала — объекта, который идентичен своим составным частям. Благодаря этому можно предсказывать возникновения сильных толчков за полгода. По словам экспертов, о том, что в сейсмических процессах прослеживается определенный порядок, известно давно. Однако он имеет статистическое, а не конкретное значение, поэтому такие предсказания сбываются редко. В случае если результаты работы ученых будут подтверждены практикой, метод поможет избежать трагедии, подобной крупнейшему землетрясению в Турции, произошедшему в феврале 2023 года.
Часть целого
Специалисты университета МИСИС доказали, что в процессе активности земной коры существуют закономерности, с помощью которых можно за полгода предсказывать сильные толчки. У динамики природных катаклизмов на графиках прослеживаются характеристики самоподобия, когда фрагмент идентичен целой картине. Это свойство позволяет делать прогнозы. Для этого необходимо проанализировать пики сейсмической активности в их зависимости от пространственно-временных характеристик.
— Сложный процесс сейсмической активности внешне кажется хаотическим. Однако при рассмотрении множества очагов землетрясений с учетом значений их магнитуд можно увидеть, что они образуют мультифрактал, который может быть изучен методами фрактальной геометрии. Такие исследования ведутся нашими студентами уже на протяжении нескольких лет. Было доказано, что в процессе сейсмической активности присутствуют детерминированные (взаимно обусловленные) составляющие. В частности, установлена связь между возникновением землетрясений с большими магнитудами и скачками таких характеристик множества очагов землетрясений, — рассказала руководитель исследования, доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС Валерия Шихеева.
Мультифрактал — одна из разновидностей фракталов, то есть объектов, которые совпадают с частью самого себя. Их целое имеет ту же форму, что и составные части. Такие структуры часто встречаются в природе. Например, в строении растений. Мультифрактал может состоять сразу из нескольких повторяющихся элементов.
Чтобы выявить закономерности в процессах, происходящих в земной коре, ученые исследовали сейсмическую активность полуострова Камчатка и территории Японских островов. Они находятся в области так называемого Тихоокеанского огненного пояса. Там расположено большое количество вулканов, которые часто вызывают природные катаклизмы.
— Сейсмический процесс проявляет характерные свойства иерархической самоподобной системы в распределении землетрясений во времени, пространстве и по энергии — эти свойства проявляются в законе Гутенберга – Рихтера, описывающем зависимость между магнитудой и общим числом землетрясений для любого заданного промежутка времени, — уточнила автор исследования Алена Королева.
Прогноз нормальный
Научная работа показала, что наступление землетрясения может быть предсказано заблаговременно до наступления основного толчка. Так как в этом случае происходит аномальное падение значения фрактальной размерности, то есть количественной оценки сложности фрактальной структуры.
— Характеристики самоподобия сейсмических процессов, полученные методами фрактальной геометрии, позволяют выявлять устойчивые закономерности рядов сейсмических событий и помогают повысить уровень достоверности прогнозов, — подчеркнула Валерия Шихеева.
Фрактальная структура — это статистическое понятие, а не конкретное, поэтому говорить о предсказании с ее помощью землетрясений слишком смело, уверен директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шебалин. По его словам, о том, что сейсмичность имеет мультифрактальную структуру, известно давно, хотя иногда это подвергается сомнению. Однако однозначно доказать это по данным с Камчатки также невозможно.
— Какие-то землетрясения они могут увидеть заранее, но, скорее всего, речь идет о подгонке под данные. В любом случае все методы прогноза требуют проверки путем предсказаний вперед, даже тогда, когда назад всё хорошо работает. Но сейсмическая система очень сложная, многопараметрическая, доля подгонки в ней очень большая и предсказания работают очень плохо, поэтому я не думаю, что этот метод может дать результат при прогнозе вперед, — считает Петр Шебалин.
Турецкий синдром
Два наиболее мощных и разрушительных землетрясения за последние годы произошло 6 февраля 2023 года на территории Турции. Первый толчок был магнитудой 7,8, второй — 7,5 балла. В результате погибло около 60 тыс. человек, 1,5 млн остались без жилья. Страна находится в одном из самых сейсмоопасных регионов мира, на пересечении трех тектонических плит: Анатолийской, Аравийской и Африканской. Их движение и создает давление в зонах разломов, которое регулярно приводит к катаклизмам.
Ранее один из ведущих сейсмологов Турции Наджи Герюр спрогнозировал, что в период с 1999 по 2029 год в Стамбуле произойдет землетрясение магнитудой 7 и более баллов. По его мнению, вероятность этого событие превышает 60%.
— 30-летний период, в течение которого в районе Стамбула прогнозируется новое землетрясение магнитудой 7,0 и более, подходит к концу. Мы ранее неоднократно предупреждали, что до 2029-го ожидаем в регионе землетрясение не меньшей силы, чем 17 августа 1999 года (сильное землетрясение, произошедшее в районе Мраморного моря. — «Известия»). Его вероятность составляет не менее 64%, и Стамбул к такому катаклизму не готов, — сказал Наджи Герюр.
Скорее всего, со стороны турецкого сейсмолога это просто способ прославиться — если делать много прогнозов, то какой-нибудь из них обязательно оправдается, заметил директор Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН Петр Шебалин.
— Вероятность того, что в районе Стамбула произойдут толчки такой силы, существует. Она не нулевая и составляет около 5% для такого срока. А утверждение, что катаклизм произойдет с вероятностью 64%, проверить невозможно, — сказал он.
По территории Турции проходят тектонические разломы, в местах которых регулярно происходят землетрясения. Ранее они происходили и в Стамбуле, подчеркивает доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ Алексей Остапчук.
— В местах, где могут быть сильные землетрясения, они рано или поздно происходят. За 30 лет это, вероятно, может случиться. Вопрос только, когда именно. Верный прогноз — это когда мы точно знаем силу, место и время события. И время — самый сложный показатель, — считает эксперт.
За три десятилетия, которые прошли с момента предсказания Наджи Герюра, методы прогнозирования шагнули далеко вперед и их точность заметно выросла, поэтому лучше ориентироваться на более актуальные оценки, резюмировал специалист.
