Каждый раз после сильного землетрясения появляется один и тот же вопрос: как при спутниках, суперкомпьютерах и тысячах сейсмических станций учёные могли не предупредить людей заранее?

Каждый раз после сильного землетрясения появляется один и тот же вопрос: как при спутниках, суперкомпьютерах и тысячах сейсмических станций учёные могли не предупредить людей заранее? Мы умеем видеть движение материков на несколько миллиметров в год, измерять слабые колебания почвы и строить карты опасных разломов. Однако назвать город, день и силу следующего крупного толчка пока невозможно.

Точное предсказание должно содержать три вещи: место, время и магнитуду будущего землетрясения. Фразы вроде «в этом регионе когда-нибудь будет сильный толчок» для этого недостаточно. По данным Геологической службы США, ни одного крупного землетрясения, удовлетворяющего всем трём условиям, наука пока надёжно не предсказала.

Главная трудность скрыта глубоко под землёй. Земная кора разбита на крупные плиты, которые медленно движутся. На границах и внутри плит находятся разломы — поверхности, вдоль которых блоки пород могут смещаться относительно друг друга.

Движение плит продолжается постоянно, но края разлома часто удерживаются трением. Породы вокруг постепенно деформируются, в них накапливается напряжение. В какой-то момент отдельный участок перестаёт выдерживать нагрузку и начинает скользить. Освободившаяся энергия распространяется в виде сейсмических волн, и поверхность начинает дрожать.

Эту общую схему учёные понимают хорошо. Проблема в том, что реальный разлом представляет собой огромную неровную систему с трещинами, изгибами, участками разной прочности, водой и минералами. Он может проходить на глубине нескольких или десятков километров, поэтому непосредственно измерить состояние каждой его части невозможно.

С поверхности видны лишь косвенные признаки. Спутниковая геодезия показывает, как медленно смещается земная кора. Сейсмометры регистрируют слабые толчки. Скважинные приборы измеряют давление, температуру и деформацию пород. Но эти данные не сообщают, какая именно трещина станет началом крупного разрыва и когда это произойдёт.

Кроме того, землетрясение начинается в очень небольшой области. Первые секунды разрыв может выглядеть как обычный слабый толчок. Затем он либо быстро остановится, либо продолжит распространяться на десятки и сотни километров. Размер будущего события становится понятен уже в процессе разрушения разлома.

Учёные много лет ищут надёжные предвестники. Перед некоторыми землетрясениями происходили серии слабых толчков, менялся уровень подземных вод, химический состав газов или скорость деформации поверхности. Иногда приборы действительно фиксируют подготовительные процессы. Однако одинаковые изменения часто возникают и без последующего крупного землетрясения.

Допустим, в районе разлома началась серия небольших толчков. Она может оказаться началом сильного события, обычной последовательностью слабых землетрясений или реакцией на уже произошедшее смещение пород. Различить эти варианты заранее обычно нельзя.

С животными ситуация похожая. После землетрясений люди нередко вспоминают необычное поведение собак, птиц или скота. Животные могут чувствовать слабые колебания, звуки и изменения окружающей среды раньше человека. Но их беспокойство вызывают и гроза, хищник, техника, болезнь или множество других причин. Систематические наблюдения пока не дали сигнала, по которому можно уверенно определить место, время и силу будущего толчка.

Есть ещё проблема редкости. Сильные землетрясения случаются гораздо реже слабых, а каждый разлом имеет свои особенности. Для обучения надёжной модели нужны многочисленные примеры одного и того же процесса с полными измерениями до, во время и после события. В природе такого набора почти нигде нет.

Искусственный интеллект здесь помогает, но не решает главную задачу. Алгоритмы уже находят в записях слабые толчки, которые раньше терялись в шуме, быстрее оценивают параметры начавшегося землетрясения и улучшают вероятностные прогнозы. В лаборатории модели умеют предсказывать небольшие искусственные «землетрясения» в образцах пород, потому что исследователи контролируют нагрузку и непрерывно наблюдают за всей системой. Перенести этот результат на многокилометровый природный разлом пока не удалось.

При этом землетрясения всё же можно прогнозировать в другом смысле. Геологи изучают старые разрывы, движение плит и историю толчков, после чего рассчитывают вероятность сильного землетрясения в определённом регионе за ближайшие десятилетия. Такие оценки используют при строительстве зданий, мостов, плотин и электростанций. Это прогноз риска, похожий на утверждение, что в конкретной местности высока вероятность наводнения в течение нескольких лет. Конкретную дату он не даёт.

Существуют и системы раннего предупреждения, которые иногда принимают за предсказание. Они срабатывают уже после начала землетрясения. Ближайшие станции регистрируют первые быстрые волны, компьютер оценивает событие и отправляет сигнал в районы, до которых более разрушительные колебания ещё не дошли.

Электронное сообщение движется быстрее сейсмических волн, поэтому люди могут получить от нескольких секунд до десятков секунд предупреждения. Этого бывает достаточно, чтобы остановить поезд, перекрыть газ, открыть двери пожарной части, приостановить операцию или успеть отойти от окон. Рядом с эпицентром времени почти не остаётся.

Трудность предсказания связана ещё и с ценой ошибки. Если объявить эвакуацию, а землетрясения не будет, город понесёт огромные потери, а люди в следующий раз могут проигнорировать предупреждение. Если сигнал не подать, последствия очевидны. Поэтому научный метод должен работать стабильно, а не несколько раз удачно совпасть с событием.

Сегодня исследователи постепенно приближаются к пониманию того, как начинается разрушение разлома. Становятся точнее спутниковые измерения, растёт число датчиков, улучшается анализ слабой сейсмичности. Возможно, в будущем удастся выделять периоды особенно высокого риска на более коротких интервалах. Пока же обещание назвать точный день крупного землетрясения остаётся признаком сомнительного прогноза.

Мы умеем сказать, где земля наиболее опасна, как часто в регионе происходят сильные толчки и какие здания выдержат их лучше. Мы способны обнаружить землетрясение в первые секунды и предупредить тех, до кого волны ещё не дошли. Но момент, когда напряжённый участок разлома окончательно сорвётся, скрыт внутри сложной системы, которую невозможно увидеть целиком.

Поэтому главная защита сегодня строится вокруг подготовки: сейсмостойких зданий, надёжных коммуникаций, карт опасности и раннего предупреждения. Для землетрясений это пока гораздо полезнее любого красивого обещания назвать точную дату.