Землетрус у Туреччині та Сирії став катастрофою: зруйновані міста й будинки, десятки тисяч людських жертв. Згодом землетрус, хоча й менш потужний, стався в Румунії. Та на цьому стихія не заспокоїлася, і за кілька тижнів були зареєстровані нові поштовхи в усіх цих країнах. Тепер новий потужний землетрус стався у Таджикистані. Що це — виняткові випадки або ж закономірний процес? Чи загрожують землетруси Україні, як від них убезпечитися і чи можна передбачити? Про це ми розпитали Антона Кушніра, доктора геологічних наук, старшого дослідника відділу сейсмічної небезпеки Інституту геофізики імені Субботіна НАН України. Пан Антон — геолектрик, тобто фахівець, який вивчає фізичні процеси, що спричиняють землетруси.
Як виникають землетруси
«Це ніяк не можна назвати сейсмологічною епідемією, землетруси на Землі завжди є, сейсмічний процес — одна з форм життя нашої планети, — запевняє Антон Кушнір. – Я назвав би це сплеском суспільного інтересу до сейсмології та землетрусів, зокрема після подій 6 лютого, коли землетрус у Туреччині спричинив багато людських жертв».
Земна куля є ієрархічно-блоковою дисипативною системою, тобто складається із менших підсистем, які взаємодіють між собою. Можна порівняти нашу планету з організмом, у якого під шкірою йде постійний рух м’язів та суглобів — літосферних плит, які постійно взаємодіють між собою, внаслідок чого виникають землетруси. Місця, де відбувається взаємодія плит, називають сейсмоактивними зонами. Саме там відбуваються землетруси.
Плити можуть рухатися назустріч одна одній, і тоді одна з них «пірнає» під іншу. Це явище називають субдукцією. Буває й навпаки: плити розходяться в різні боки — загалом такі рухи дуже повільні, кілька міліметрів за рік, але років за сто відстань буде відчутною. Та в обох випадках виникає сейсмічність.
Землетрус у місці взаємодії тектонічних плит виникає не одразу. Спочатку на лінії розлому у зоні субдукції має накопичитися достатньо пружної енергії. Це щось подібне до того, як ви ламаєте пачку спагетті, щоб опустити її в каструлю: ви дієте з певною силою, спочатку жмут спагетті витримує, але потім поріг його міцності долається і спагетті розлітаються в усі боки. Приблизно так це працює і у випадку двох плит, які взаємодіють в зоні сейсмічної активності: одна з них з часом не витримує тиску іншої, вона спочатку стискається, мов пружина, а потім розправляється, і коливання від неї поширюються надрами землі. А на поверхні вони відчуваються як підземні поштовхи.
Інтенсивність землетрусу вимірюють за допомогою спеціальної шкали. В Україні використовується шкала MSK-64, верхня межа якої становить 12 балів. На сьогодні максимальна зареєстрована1 від Чилійського землетрусу 1960 року — її значення сягало 9,5.
Що ж за сила примушує плити рухатися? Це конвективні потоки розплавленої магми, які циркулюють нижче плит земної кори. Узагальнюючи наявні знання про будову Землі, можна сказати, що вона складається із трьох концентричних оболонок: ядра, мантії, земної кори та перехідних зон між ними. Крім того, верхня частина поділена на блоки різного розміру — літосферні плити.
Впливають на плити також гарячі флюїдні потоки, які з’являються у верхніх шарах земної мантії та завдяки руху магми піднімаються до поверхні земної кори. Флюїди — це речовини, які мігрують з мантії землі: водень, вуглець та багато інших найпростіших елементів.
Флюїди відіграють важливу роль у тектоніці плит. Зокрема, вони можуть бути одним з тригерних ефектів виникнення землетрусу. Тому що, по-перше, це своєрідне мастило у площині сколів та тріщин гірських порід, яке з’являється у місцях взаємодії плит в тілі тектонічного розлому. Змінюючи властивості середовища та збільшуючи величину внутрішнього тиску, флюїди сприяють утворенню осередка майбутнього землетрусу, який під дією тектонічних напруг, досягши критичного стану, релаксує у вигляді землетрусу. По-друге, флюїди просочуються безпосередньо у тектонічні плити, насичують їх додатковою сейсмічною енергією за рахунок взаємодії з середовищем і тим самим сприяють її звільненню.
На нашій планеті є місця, де найчастіше відбуваються землетруси. Це сейсмічні пояси: Середземноморсько-трансазійський та Тихоокеанський (його також називають Тихоокеанським вогняним колом).
Середземноморсько-трансазійський пояс перетинає земну кулю в широтному напрямку від Карибського до Південнокитайського морів, до його середземноморської частини належить і територія України. Тихоокеанський пояс — це ділянка активної вулканічної діяльності та землетрусів, розташована навколо басейну Тихого океану.
Якими бувають землетруси
Залежно від причини виникнення, вони бувають кількох видів.
Перший, який ми спостерігали в Туреччині — це землетруси, викликані взаємодією материкових плит. Зазвичай саме їхні рухи вивчають сейсмологи, оскільки ці землетруси відбуваються на поверхні земної кори. Тригерним ефектом у руйнуванні плит можуть стати флюїди, потоки яких проникають у розломи.
Другий вид (таких землетрусів дуже мало, приблизно 6% від відомих нам) — внутрішньоплитові землетруси, які виникають через те, що не вся енергія реалізується всередині сейсмічних поясів. Частина її передається в тіло материкової платформи, концентрується на неоднорідностях будови материкової земної кори і може реалізуватися в формі локальних землетрусів.
Третій вид землетрусів реалізується в серединно-океанічних хребтах. Їх виникнення найчастіше пов’язане з мантійною енергетичною складовою. Тонка океанічна земна кора розтягується та насичується флюїдами завдяки конвективному руху речовин всередині серединно-океанічних хребтів.
Четвертий вид землетрусів — антропогенні, тобто спровоковані людиною. Їхня причина — так звана наведена сейсмічність. Такі землетруси є в Україні — наприклад, у районі Новодністровська. Тут почали реєструвати підземні поштовхи магнітудою близько двох балів після того, як у 1984 році на цьому місці була побудована Новодністровська ГЕС, одна з найбільших у Європі. Землетруси викликані перепадами рівня води. Коли вода набирається у каньйон водосховища, вона тисне на його схили, і земна кора починає підлаштовуватися під цей тиск. Не встигає вона підлаштуватися, як воду скидають і середовище релаксує. Така ситуація не спостерігається в інших водосховищах, бо вони не перебувають у зоні сейсмічної активності.
Причиною антропогенного землетрусу може стати також, наприклад, атомний вибух. А от бомбардування та обстріли не можуть викликати природний землетрус навіть у сейсмічно активні зоні, бо вони не такі потужні. Вибухова хвиля від обстрілів чи вибухів ракет швидко згасає на поверхні землі.
Чи загрожує румунський землетрус Україні?
Переважна більшість території України перебуває в межах Українського щита Східноєвропейської платформи, яка є стабільною у сейсмічному відношенні. Незважаючи на це, тут постійно відбуваються слабкі землетруси, які можна відчути лише інструментально. Такі землетруси пов’язуються з внутрішньоплитовими процесами та антропогенним навантаженням і меншою мірою — з рухом плит. Найбільша кількість землетрусів такого типу зареєстрована у Кривому Розі.
Однак зовсім поруч з Україною, у Румунії, розташована одна з найбільш небезпечних сейсмічних зон — зона Вранча, де часто відбуваються потужні землетруси. Ця зона охоплює південну (Румунія) і східну (Україна) частини Карпат. Землетруси, зокрема й руйнівні, які спостерігаються у цій зоні, відбуваються на глибині до 40–180 км, коливання від них відчуваються на території України. Як це було, наприклад, у 1940, 1977, 1986 і 1990 роках. Карти сейсмічного районування для нашої країни складаються насамперед з огляду на потенційний вплив землетрусів зони Вранча.
Найбільший вплив зони Вранча на території України припадає на Одещину, менше — на Київщину. Але з тією чи іншою інтенсивністю землетруси з зони Вранча можуть загрожувати всій Україні. Землетруси у цій зоні відбуваються майже щодня, їхні відголоски фіксуються сейсмологічною мережею України. Проте потужні відбуваються рідко, з максимальними магнітудою 7,4–7,5, і вони вже враховані в картах загального сейсмічного районування.
Інтенсивність струшування від таких землетрусів в самій зоні Вранча може сягати 11 балів, що є руйнівним, але для території України теоретично ці значення будуть менші: на півдні — 7 балів, на півночі — 5 балів. Такі події рідкісні, але можуть завдати руйнування, особливо для старого житлового фонду.
Чи можна передбачити землетрус
«На даному етапі розвитку наукової думки неможливо сказати, коли буде землетрус і якої він буде сили. Немає таких технологій, які б дозволили помітити ознаки землетрусу, що наближається. Це для людей завжди несподіванка», — каже Антон Кушнір.
Землетруси відбуваються з певною періодичністю, і це пов’язано з тим, що під час кожного землетрусу вивільняється сейсмічна енергія і починається її нове накопичення. Та коли настане цей час — інструментально визначити неможливо.
Але можна зробити статистичні прогнози. Спостереження за частотою землетрусів у певній сейсмічній зоні дозволяють зробити припущення, за який проміжок часу в цьому місці накопичується сейсмічна енергія до тих масштабів, що міцність плит її не витримує і відбудеться новий землетрус.
«Статистичні прогнози тим точніші, чим довше люди спостерігають за певною сейсмічною зоною окремого регіону, — каже Антон Кушнір. — Поясню це на прикладі землетрусу, який відбувся у Ялті у 1927 році. Якраз біля Ялти розташована локальна і потужна сейсмічна зона, де відбуваються глибокі землетруси. Тоді, у 1927 році, від землетрусу постраждало південне узбережжя Криму, зазнав руйнувань і відомий замок “Ластівчине гніздо” — було знищено частину скелі, на якій він розташований, і тепер він ніби нависає над морем. Ялтинський землетрус за силою можна порівняти з тим, який нещодавно відбувся в Туреччині. Багато науковців вважає, що наступний потужний землетрус у Ялті має відбутися через сто років, тобто ми наближаємося до цієї події. Бо, як показують спостереження, саме за такий час накопичується сейсмічна енергія, необхідна для виникнення землетрусу».
Чи завжди великі землетруси несуть людські жертви і руйнують міста?
Ні, не завжди. Яскравий приклад того, як потрібно жити у сейсмонебезпечній зоні — це високотехнологічні рішення Японії. Як відомо, ця країна перебуває у Тихоокеанському сейсмічному поясі, на який припадає 80% землетрусів світу, і країна постійно відчуває підземні поштовхи.
У Японії землетрус 2011 року був набагато потужнішим, ніж той, що відбувся зараз у Туреччині та Сирії. Його магнітуди сягали 9–9,1, а нещодавній у Туреччині — 7,7. Однак японців врятувало тоді сейсмостійке будівництво. Їхні сейсмостійкі будинки хиталися з боку в бік під час землетрусу, але встояли. Підземні поштовхи нічого не пошкодили. Руйнувань та людських жертв завдало цунамі, яке було спровоковане землетрусом. Саме цунамі стало причиною аварії на атомній електростанції «Фукусіма-1».
Як організоване сейсмостійке будівництво в Японії? Японці мають у будинках внутрішні амортизаційні подушки чи системи противаг, які не дають будівлі резонувати з коливаннями ґрунту. Завдяки цим системам2,3 будинок фактично не зв’язаний зі своїм фундаментом, а при коливаннях ґрунту ковзає по його поверхні в той чи інший бік. Так побудовані насамперед хмарочоси.
Та це не означає, що всі країни можуть взяти на озброєння досвід Японії. Варто пам’ятати, що геологія і геологічна ситуація для кожного регіону унікальна, тому при сейсмостійкому будівництві потрібно враховувати місцеві особливості. Але є одне спільне правило: кожній країні потрібно створити власні норми будівництва (вони можуть бути різними для різних регіонів) і дотримуватися їх.
Як створюються такі норми? Насамперед вивчається геологія місця, де будуть розташовані будинки. Вона дає відповідь на питання, які навантаження можуть витримувати ґрунти. Бурінням визначають характеристики грунтів: які є породи, які у них несучі властивості, наскільки вони обводнені (що більш обводнені, то менше навантажень можуть витримувати), які частотні характеристики ділянки (з якою амплітудою та частотою може коливатись ґрунт під будівлею від землетрусу). Вивчаються карти загального сейсмічного районування — наскільки потужні землетруси можливі у цій місцевості. Тобто визначається, яке навантаження має витримати кожен будинок.
На основі всіх цих даних і апаратурних записів сейсмічних подій будуються розрахункові акселерограми. Для України акселерограми орієнтуються на зону Вранча і враховують максимальний землетрус, який може відбутися в зоні Вранча, моделюють, які сейсмічні коливання можуть дійти до нас і яку дію вони можуть спричинити. Виходячи з результатів моделювання проєктується будинок: якої висоти він буде, які його властивості, структури (каркасний чи з плит) та інше. Усі норми будівництва обов’язково затверджують сейсмологи. Якщо їх дотримуються, вплив землетрусу на будинок буде мінімальним і руйнівних наслідків не буде.
