Новая сеть обнаружения землетрясений в Японии увеличивает время предупреждения, а исследователи в Уэльсе использовали детекторы ядерных взрывов для оценки риска цунами. Но США отстают в мониторинге масштабного мегатолунного разлома Каскадия
Дени Эллис Бешар под редакцией Дина Виссера
Если бы на дне океана была нервная система, это могло бы выглядеть примерно так: тысячи миль волоконно-оптических кабелей, подключенных к датчикам, установленным на линиях разломов, где начинаются землетрясения в Японии. Завершенная в июне, эта система призвана предотвратить разрушения, подобные тем, что произошли в 2011 году — когда за безжалостным шестиминутным землетрясением последовало цунами высотой 130 футов, скорость которого достигала 435 миль в час и превращала города в руины. Запоздалые оповещения дали некоторым населенным пунктам менее 10 минут на эвакуацию и предупредили только о гораздо меньших волнах, основываясь на неточных данных о землетрясении. Почти 20 000 человек погибли, еще тысячи получили ранения или пропали без вести. Из-за аварии реактора на затопленной атомной электростанции «Фукусима-Дайити» произошло облучение окружающей территории и выброс радиоактивной воды в океан.
Подводное землетрясение магнитудой 9,0 — сильнейшее за всю историю Японии — началось на дне Тихого океана в 45 милях от страны&восточное побережье. Наземные датчики зафиксировали первые ударные волны, но не смогли сразу же дать точные данные о магнитуде землетрясения или вызванного им цунами. Всего несколько месяцев спустя Япония начала расширять свою систему обнаружения землетрясений, охватывая океанское дно. С завершением работы системы в прошлом месяце Япония стала первой страной, которая осуществила прямой мониторинг целых зон субдукции в режиме реального времени — это добавило минуты и секунды для эвакуации людей и подготовки критически важной инфраструктуры к удару.
Но система опережающего оповещения — это еще не все, — говорит сейсмолог Гарольд Тобин, директор Тихоокеанской северо-Западной сейсмической сети. «Подключив к сети морскую зону разлома, мы постоянно можем ее прослушивать», — говорит он. «Это означает, что мы можем обнаруживать всевозможные тонкие сигналы, которые говорят нам о том, как работают разломы, например, о накоплении напряжения и о том, как оно начинает высвобождаться в начале землетрясения.»
О поддержке научной журналистики
Если вам понравилась эта статья, подумайте о том, чтобы поддержать нашу журналистику, отмеченную наградами, подписавшись на нее. Приобретая подписку, вы помогаете обеспечить будущее впечатляющих историй об открытиях и идеях, формирующих наш современный мир.
Япония строит нервную систему на дне океана
Через несколько месяцев после землетрясения 2011 года правительство Японии приступило к созданию сети наблюдения за землетрясениями и цунами на морском дне (S-net). S-net подключила национальную сеть обнаружения землетрясений к Японскому желобу, сейсмологически активному морскому региону, где началось землетрясение 2011 года. Примерно 3540 миль кабеля в настоящее время зигзагообразно пересекают 116 000 квадратных миль океана, соединяя 150 обсерваторий на дне океана. Каждый из них содержит 14 различных сенсорных каналов, включая сейсмометры и акселерометры, а также манометры для измерения волн, проходящих над головой. Эта сеть — первая часть более крупной сети, строительство которой было завершено в июне 2025 года, — была завершена в 2017 году. Когда в следующем году произошло землетрясение магнитудой 6,0, оповещения достигли городов еще до первого толчка — за целых 20 секунд до того, как ближайший наземный сейсмометр подал сигнал тревоги, что дало драгоценное время для замедления движения скоростных поездов и передачи предупреждений.
В 2006 году на участке Нанкайского прогиба, еще одной геологически активной зоны, где Филиппинское море омывается гораздо меньшей сетью морского дна, была запущена система DONET (Dense Oceanfloor Network System для защиты от землетрясений и цунами). плита опускается под юго-западную часть Японии. Эта зона считалась наиболее опасной для Японии в сейсмическом плане. Последние два землетрясения магнитудой более 8,0 произошли там в 1944 и 1946 годах. И поскольку исторические интервалы для крупныхземлетрясения в этом районе происходят в среднем раз в 100-200 лет, предполагалось, что напряжение между плитами приближается к критической точке. Зона мегатрупора Нанкай расположена всего в 40-60 милях от густонаселенных центров Осаки и Нагои и промышленного пояса Тукай, а геометрия впадин в этом районе такова, что цунами обрушивается прямо на берег. Планы действий в случае стихийных бедствий предусматривают сотни тысяч жертв и экономический ущерб в размере более 1 трлн долларов, если предупреждения будут поступать только после срабатывания наземных датчиков. В 2013 году сеть DONET была расширена и включала более 460 миль кабелей. А в 2019 году была запущена недавно завершенная N-net (сеть наблюдений за землетрясениями и цунами на морском дне Нанкайского прогиба); в настоящее время она охватывает остальную часть зоны мегатрупов Нанкай. Соединенные более чем 1000 милями кабеля, 36 обсерваторий N-net дополняют более крупную японскую систему обнаружения землетрясений.
С последним подключением к N-net это В июне полная система увеличила время предупреждения о землетрясениях на 20 секунд и на целых 20 минут о цунами — этого времени достаточно, чтобы отклонить входящие рейсы и закрыть морские шлюзы в оживленных портах. Кроме того, проект может предоставить сейсмологам массу новых полезных данных. Особый интерес представляют события с замедленным проскальзыванием, при которых разломы постепенно высвобождаются без землетрясений. «Если перевести стрелки часов на 20 лет назад, мы в основном думали, что разломы либо зафиксированы и не двигаются вообще, либо произошло землетрясение и они движутся очень, очень быстро», — объясняет Тобин. Но события медленного скольжения выявляют третий способ, при котором разломы движутся быстрее, чем установившаяся скорость тектоники плит, но намного медленнее, чем землетрясение. В то время как события с медленным проскальзыванием, как правило, не предшествуют небольшим землетрясениям, они часто происходят за несколько дней до крупных — возможно, отделяя «достаточную часть зоны разлома, чтобы подготовить систему к сильному землетрясению», — говорит Тобин. «В конечном итоге это может стать тем, что мы сможем использовать в качестве системы обнаружения предвестников землетрясений». Однако он сразу же отмечает, что не за всеми событиями замедленного действия следуют землетрясения.
В ближайшие месяцы технические специалисты N-net проведут калибровку приборов и сведут их данные в единую систему мониторинга, которая включает в себя около 6000 наземных датчиков Японии. Но самое сложное уже сделано: прокладка бронированных волоконно-оптических кабелей и обсерваторий вдоль абиссальной равнины с кораблей и «вспашка» мелководных участков морского дна, чтобы закопать кабели и защитить их от якорей и орудий лова. Подводные роботы помогали на больших глубинах и теперь будут обслуживать обсерватории и заменять детали.
От детекторов ядерных бомб к сигналам тревоги о цунами
Завершение создания сети в Японии совпадает с завершением другой программы обнаружения цунами в Кардиффском университете в Уэльсе. GREAT (Глобальная ранняя оценка цунами в режиме реального времени) появилась в сети в июне и транслирует данные с четырех из 11 гидроакустических океанских станций, созданных для Организации по договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Система, охватывающая весь земной шар, предназначена для прослушивания тайных взрывов ядерных бомб и улавливает низкочастотные акустико-гравитационные волны. Эти импульсы давления проносятся сквозь морскую воду со скоростью примерно 3355 миль в час — более чем в 10 раз быстрее, чем волна цунами. Исследователи из Кардиффского университета используют алгоритмы машинного обучения для интерпретации сигналов гидрофона. В течение нескольких секунд система оценивает магнитуду землетрясения, тип разлома и вероятность цунами и отправляет предупреждения, хотя, по оценкам исследователей, для обеспечения глобального охвата потребуется в общей сложности две дюжины гидрофонных станций.
Тихий Мегатрясение в Каскадии: Мощное землетрясение, ожидающее-невидимое
Даже однако по мере расширения таких систем обнаружения один из наиболее уязвимых разломов планеты остается одним из наименее контролируемых: мегатруповой разлом Каскадия, который проходит вдоль северо-западного побережья Тихого океана от острова Ванкувер до северной Калифорнии. В отличие от разломов в Японии, этот разлом не вызывает большого количества небольших землетрясений, что изначально заставило сейсмологов полагать, что он представляет небольшой риск. Но недавние исследования показали, что он подвержен редким, но мощным землетрясениям. В отличие от Японии, к мегатронному разлому Каскадия подведен только один кабель с тремя сейсмометрами, хотя недавно было получено финансирование для замены одного из сейсмометров и добавления еще трех. (В Канаде также действует небольшая система кабельного телевидения.) «У нас есть лишь самые отдаленные зачатки того, что есть в Японии», — говорит Тобин. Раннее обнаружение мощного землетрясения могло бы дать десяткам миллионов людей на северо-западном побережье Тихого океана больше времени для подготовки, равно как и обнаружение событий, связанных с медленным проскальзыванием разлома. «Теперь мы действительно хорошо понимаем, что это просто накапливает напряжение в преддверии очень сильного — потенциально 9-балльного — землетрясения, такого же сильного, как в 2011 году, с такой же угрозой цунами», — говорит он. «Это довольно неизбежно».
