Что изучает институт сейсмологии
Институт сейсмологии
Институт Сейсмологии — Казахстанская компания. Полное наименование — ТОО ИНСТИТУТ СЕЙСМОЛОГИИ. Штаб-квартира компании расположена в Алма-Ате.
Содержание
История
Институт сейсмологии является головной организацией в области фундаментальных и прикладных исследований по проблемам обеспечения сейсмобезопасности в Республике Казахстан. Он создан Постановлением Правительства Казахской ССР и Постановлением Президиума Академии наук Казахской ССР 16 июня 1976 года и за время своего существования претерпевал структурные изменения в сторону оптимизации и наибольшего соответствия решаемым научным проблемам. В настоящее время в структуре Института имеется шесть научно-исследовательских лабораторий, проводящих фундаментальные и прикладные исследования по основным проблемам сейсмологии; сейсмологическая опытно-методическая экспедиция (СОМЭ), осуществляющая непрерывные инструментальные наблюдения за сейсмическим режимом, геофизическими полями, газохимическим составом подземных вод на территории юго-востока Казахстана; организован Центр анализа и прогноза. На территории г.Алматы создана инженерно-сейсмометрическая служба из 15 пунктов, оборудованных цифровыми станциями сильных движений. Получаемая информация предназначена для решения проблем сейсмического микрорайонирования.
Руководство
Руководство компании: Директор: Абаканов Танаткан Доскараевич
Первый заместитель директора по науке: Ли Анатолий Николаевич
Деятельность
· Составление карт сейсмического районирования различной детальности территории Казахстана и отдельных областей;
· Составление карт сейсмического районирования различной детальности территории разрабатываемых месторождений нефти и газа;
· Проведение сейсмомониторинга на разрабатываемых нефтегазовых месторождениях с целью прогноза техногенных землетрясений;
· Составление карт сейсмического микрорайонирования на новой методической основе территории городов и населенных пунктов;
· Оценка сейсмической опасности и риска уязвимых в сейсмическом отношении территорий, объектов;
· Разработка нормативных документов по оценке сейсмической опасности территорий;
· Разработка системы информационного обеспечения управления сейсмическим риском и уменьшением ущерба от сильных землетрясений;
· Разработка комплексных программ (проектов) геодинамического мониторинга нефтегазовых месторождений, особо ответственных объектов;
· Экспертиза проектов строительства и разработки нефтегазовых месторождений.
Сейсмология
Литература : Голицын Б. Б., Лекции по сейсмометрии, СПБ, 1912; Cаваренский E. P., Kирнос Д. П., Элементы сейсмологии и сейсмометрии, 2 изд., M., 1955; Aтлас землетрясений в CCCP, M., 1962; Mедведев C. B., Инженерная сейсмология, M., 1962; Pихтер Ч. Ф., Элементарная сейсмология, пер. c англ., M., 1963; Буллен K. E., Bведение в теоретическую сейсмологию, пер. c англ., M., 1966; Cаваренский E. Ф., Cейсмические волны, M., 1972; Pикитаке T., Предсказание землетрясений, пер. c англ., M., 1979; Cейсмическое районирование территории CCCP, M., 1980; Cейсмический риск и инженерные решения, пер. c англ., M., 1981; Kарта сейсмического районирования CCCP. M 1:5000000, M., 1983; Aки Kэйити, Pичардс П., Kоличественная сейсмология, пер. c англ., т. 1-2, M., 1983; Kacaxapa K., Mеханика землетрясений, пер. c англ., M., 1985.
C. Л. Cоловьёв.
Полезное
Смотреть что такое «Сейсмология» в других словарях:
сейсмология — сейсмология … Орфографический словарь-справочник
Сейсмология — (от др. греч. σεισμός (земле)трясение и λόγος слово, речь) наука о распространении сейсмических волн в недрах Земли. Только с помощью сейсмологии удалось составить картину глубинного строения земного шара (кора, мантия, внешнее и внутреннее ядро) … Википедия
СЕЙСМОЛОГИЯ — (греч.). Учение о землетрясениях. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СЕЙСМОЛОГИЯ в физической географии: учение о землетрясениях, их причинах и о связи их с другими явлениями жизни земного шара… … Словарь иностранных слов русского языка
СЕЙСМОЛОГИЯ — (от греч. seismos колебание, землетрясение и logos слово, учение) наука о землетрясениях(З.). Осн. задачи, решаемые С.: исследование структуры земных недр и процессовв очагах 3., разработка методов уменьшения ущерба от сильных 3. (сейсмич … Физическая энциклопедия
СЕЙСМОЛОГИЯ — СЕЙСМОЛОГИЯ, наука, изучающая ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ и производимые ими СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ. Движения сейсмических волн улавливается и записываются СЕЙСМОГРАФАМИ. При этом сейсмические волны отделяют от постоянно присутствующего фона, состоящего из… … Научно-технический энциклопедический словарь
СЕЙСМОЛОГИЯ — (от сейсмо. и. логия), раздел геофизики, изучающий землетрясения, их связь с тектоническими процессами и возможность предсказания. Данные сейсмологии используются для исследования внутреннего строения Земли и решения задач по сейсмическому… … Современная энциклопедия
СЕЙСМОЛОГИЯ — СЕЙСМОЛОГИЯ, сейсмологии, мн. нет, жен. (от греч. seismos трясение и logos учение) (геол.). Отдел геологии, изучающий колебания земной коры. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
СЕЙСМОЛОГИЯ — СЕЙСМОЛОГИЯ, и, жен. Раздел геофизики, изучающий колебания земной поверхности. | прил. сейсмологический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
сейсмология — сущ., кол во синонимов: 5 • гелиосейсмология (1) • геология (12) • геофизика (4) … Словарь синонимов
Сейсмология
Сейсмологией называют науку, исследующую распространение сейсмических волн в недрах планеты, землетрясения и связанные с ними процессы.
История
Сейсмологические наблюдения велись с древних времен. Так, в 132 г. в Китае был создан первый регистратор землетрясений, фиксировавший наличие толчка и его направление. Однако они были неполными и неточными. Первые надежные описания землетрясений относятся к XVIII в.
В качестве самостоятельной науки сейсмология сформировалась во второй половине XIX в. Отчасти это связано с появлением в 1862 г. книги Р. Маллета о неаполитанском землетрясении 1857 г., где он изложил основные принципы сейсмологических наблюдений и привел первую шкалу землетрясений по степени разрушений. Вскоре после этого (в конце столетия) стали использовать приборы, чем было обусловлено стремительное развитие данной науки. Так, первые сейсмографы появились в предпоследнее десятилетие века. Примерно в то же время стали появляться первые сейсмологические организации.
Современная наука
В настоящее время сейсмология включает несколько направлений. Основные среди них — исследование сейсмического процесса, волнового сейсмического поля на далеком и близком (инженерная) расстоянии от очага, параметров очага.
Инженерная сейсмология занимается изучением вызываемого землетрясением волнового сейсмического поля у очага, сейсмических движений поверхности, взаимодействия сооружений и грунта, а также определением влияния землетрясений на атмосферу и гидросферу и разработкой методов сейсмического микрорайонирования.
Вдали от очага исследуют волновое сейсмическое поле на расстояниях более длины сейсмической волны. Кроме того, в рамках данного раздела разрабатывают сейсмические методы изучения недр.
К последнему направлению примыкает исследование микросейм (сейсмических шумов).
Изучение очага землетрясения подразумевает детальное рассмотрение предваряющих землетрясение процессов, смещения литосферных блоков и прочих превращений среды. То есть в рамках данного раздела выясняют предвестники землетрясений с целью использования их в прогнозировании и в выявлении возможностей управления сейсмическим процессом путем антропогенного воздействия на сейсмичность. Также в рассматриваемый раздел включает изучение параметров самих сейсмических очагов.
К достижениям сейсмологии относятся шкалы интенсивности землетрясений. Первой из них стала упомянутая выше шкала Р. Маллета, включавшая 4 категории. В дальнейшем было разработано еще множество вариантов. Так, в конце XIX в. появилась шкала Росси-Фореля с 10 категориями. Современные шкалы содержат 12 категорий. Так, во многих странах используется шкала Меркалли, а в России — MSK-64. Следует отметить, что такие шкалы основаны на бытовых последствиях землетрясений и не соотносятся с инструментальными наблюдениями. Ввиду этого отсутствует общая международная шкала.
Таким образом, в исследовании землетрясений совмещаются два подхода: инструментальные замеры и оценка их последствий.
Сейсмология имеет как теоретическое, так и прикладное значение. Первое состоит в исследовании причин, сути и закономерностей распространения землетрясений. Прикладное значение заключается в использовании полученных знаний для защиты от землетрясений путем прогнозирования их и их последствий для сооружений и разработки мер по их сокращению.
Сейсмология дала немало достижений для геологических наук. Так, в ее рамках были установлены границы между внутренними средами планеты: корой, мантией и ядром путем использования сейсмических волн, которые дают данные как о очагах землетрясений, так и о среде распространения сейсмических волн.
К прикладным сейсмологическим достижениям относят разработку на основе выяснения природы землетрясений сейсмоустойчивых инженерных технологий.
Специфика сейсмологии состоит в том, что ввиду исследования ей катастрофических глобальных процессов в данной сфере особо важно международное сотрудничество. Поэтому осуществляется совместное исследование крупных землетрясений. Записанные станциями по всему миру сейсмограммы анализируются и хранятся в единых научных центрах. К тому же происходит обмен данными в виде отсчетов с сейсмограмм. В публикации поступают материалы четырех уровней: предварительные станционные, предварительные международные, международные бюллетени и международная сейсмологическая сводка.
Сейсмология находится на стыке геологических и физических наук. Ввиду этого наиболее тесно она связана с физико-математическими, геологическими и географическими дисциплинами. Так, при исследовании сейсмического процесса используются достижения и методы тектоники, физической географии, космофизики, математической теории случайных процессов. Изучение очага и предваряющих землетрясение процессов связано с механикой, физикой твердого тела, гидрогеологией, геодезией, геофизикой, геохимией. Прогнозирование землетрясений близко к горным наукам. При исследованиях вблизи очага используются достижения инженерной геологии. К тому же данные этого раздела используются в строительных науках. Изучение сейсмических волн и их использование для исследования недр опирается на методы математической физики и данные геотермии, гравиметрии, геомагнетизма, петрологии и прочих наук о Земле.
С сейсмологией тесно связана сейсмометрия, занимающаяся разработкой методов и приборов регистрации сейсмических волн.
Наконец, рассматриваемая наука стала основой для создания методов сейсмической разведки.
Предмет, задачи, методы
Предмет сейсмологии представлен сейсмическими волнами и их источниками.
Сейсмология имеет теоретические и прикладные задачи.
Первые включают исследование природы землетрясений, возникновения и распространения сейсмических волн, их источников, воздействия их на различные объекты и среды.
К прикладным задачам относят применение сейсмических методов в исследовании недр и поиске полезных ископаемых, разработку сейсмоустойчивых строительных технологий, также регистрацию и распознавание подземных ядерных испытаний.
В сейсмологических исследованиях применяют два основных метода: визуальные наблюдения за землетрясением и регистрацию возбуждаемых им сейсмических волн с применением оборудования.
Визуальные наблюдения ведут в очаговых областях землетрясений. Их осуществляют путем геоморфологических исследований с целью установления обновленных либо новых тектонических разрывов, обвалов, смещений блоков, оползней и т. д.
Для регистрации сейсмических волн служат сейсмографы. По месту установки их классифицируют на стационарные и экспедиционные. Первые функционируют непрерывно на сейсмостанциях. Экспедиционные варианты устанавливают в очаговых областях, где уже произошли землетрясения, с целью регистрации последующих толчков, на дне морей и океанов, на площадках строительства особых объектов (например, ГЭС, АЭС). Также такие приборы доставляли на Венеру и Луну.
Сейсмические станции составляют основу сейсмической службы. Она ведет наблюдения за сейсмическим процессом, составляя статистику и каталог землетрясений, информирует о них, прогнозирует вызванные подводными землетрясениями волны цунами и т. д.
Помимо специфических методов, для получения данных в сейсмологии используются методы физических и геологических наук. Так, данные полевой геологии частично определяют интерпретацию сейсмограмм.
Образование и работа
Сейсмология представлена в качестве самостоятельной специальности в очень немногих учебных заведениях. Данную специальность изучают чаще всего в рамках геофизики.
Такие специалисты задействованы в научной и разведочно-добывающей сферах: в институтах и на сейсмических станциях, ресурсодобывающих компаниях. Несмотря на большую редкость профессии, сейсмологи весьма востребованы, так как таких специалистов мало.
Заключение
Сейсмология является междисциплинарной наукой на стыке геологических и физических наук. Она имеет значительную прикладную направленность, причем не только ввиду исследования катастрофических процессов, их распространения, предвестников и последствий, но и по причине использования полученных данных в строительстве, а также применения сейсмологических достижений в исследовании строения планеты и поиске полезных ископаемых. Ввиду этого и большой редкости таких специалистов данная профессия весьма востребована.
Институт сейсмологии
Институт сейсмологии — головная организация в области фундаментальных и прикладных исследований по проблемам обеспечения сейсмобезопасности в Республике Казахстан, г. Алматы. Основан в 1976 году Постановлением Правительства Казахской ССР и Постановлением Президиума Академии наук Казахской ССР.
История
Создание гарантий сейсмической безопасности, обеспечивающих надежную защиту населения от объективно существующих угроз, к которым законодательно отнесены стихийные бедствия и иные чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера, а также обеспечение благоприятных условий проводимым реформам внутри страны и реализации планов по государственному строительству является ключевым фактором всей системы национальной безопасности Республики Казахстан. На долю сейсмически опасных регионов Республики Казахстан приходится обширная территория, охватывающая Алматинскую, Восточно-Казахстанскую Жамбылскую, Кызылординскую, Туркестанскую области, районы расположения гидротехнических сооружений и территории добычи полезных ископаемых (техногенная сейсмичность). Наиболее сейсмоактивны те районы, которые заняты горными массивами Северного Тянь-Шаня, Жонгарского Алатау, Тарбагатая и Алтая. С организацией Института сейсмологии (далее Институт, ИС) началось развитие сети наблюдений. Росло число станций, расширялось число наблюдаемых параметров. Кроме сейсмических были начаты геомагнитные, гравиметрические, геодезические, электротеллурические и другие виды наблюдений.
Всю сеть наблюдений в 1979 году объединили в Опытно-методическую партию в составе Института сейсмологии, которая в 1981 году была реорганизована в Опытно-методическую экспедицию Института сейсмологии АН КазССР (СОМЭ ИС). В 2000 г. СОМЭ ИС АН КазССР была преобразована в Государственное учреждение «Сейсмологическая опытно-методическая экспедиция Министерства науки и образования Республики Казахстан» (ГУ «СОМЭ МОН РК»). В 2013 году правовой статус ГУ «СОМЭ был изменен преобразованием в Товарищество с ограниченной ответственностью «Сейсмологическая опытно-методическая экспедиция» (далее СОМЭ). Институт сейсмологии осуществляет научно-методическое руководство работой СОМЭ, которая проводит непрерывные инструментальные наблюдения за сейсмическим режимом, геофизическими полями, газохимическим составом подземных вод на территории юго-востока Казахстана. Вся полученная в СОМЭ информация в рамках БП-024 «Мониторинг сейсмологической информации» и договора между КН МОН РК и ТОО СОМЭ, в обязательном порядке предоставляется и используется в работе Института и Прогнозной комиссии. К концу 90х годов Институт сейсмологии становится зрелым научным учреждением, которое сформировало общепризнанную систему сейсмобезопасности, сейсмического районирования и мониторинга в Казахстане.
Руководство
Заместитель директора по хозяйственной части – Р.Р. Амиржанов обеспечивает руководство хозяйственной деятельностью ИС, включающее коммунальное обслуживание и строительно-ремонтные работы по содержанию здания института, обеспечение материально-техническими средствами научно-прикладных и хоздоговорных работ.
Ученый секретарь – кандидат геолого-минерологических наук, доктор PhD Есенжигитова Е.Ж. обеспечивает координацию научной деятельности ИС, отвечает за работу Ученого совета, его отчетность, оформление научно-прикладных отчетов и издание научно-методической продукции ИС.
Положение в отрасли
Институт сейсмологии является головной организацией в области фундаментальных и прикладных исследований по проблемам обеспечения сейсмобезопасности в Республике Казахстан, координирует работы всех отечественных НИИ в области обеспечения сейсмической безопасности страны. В Институте создан сейсмологический ситуационный центр, оснащенный передовыми программными и техническими средствами. Институт сейсмологии проводит научно-методическое руководство работой Сейсмологической опытно-методической экспедиции (СОМЭ), осуществляющей непрерывные инструментальные наблюдения за сейсмическим режимом, геофизическими полями, газохимическим составом подземных вод на территории юго-востока Казахстана. Вся полученная в СОМЭ информация используется в работе Института. Результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Института широко используются родственными предприятиями, сотни разработок института внедрено в производство.
Научно-технический потенциал Института
Регулярно осуществляется обмен знаниями в области сейсмологии с зарубежными коллегами. Сотрудники Института выезжают на стажировки в страны, организации которых по профилю Института отмечают высокий международный уровень знаний сотрудников ИС. За последние годы 33 сотрудника Института прошли подготовительные курсы в ведущих странах по сейсмологии (Япония, Китай), продолжительностью от месяца до одного года.
Результаты научно-исследовательских работ Института и разработанные им методики прогноза землетрясений ежегодно докладываются на республиканских и зарубежных конференциях, совещаниях, встречах и вызывают интерес научного сообщества других стран. Так, по инициативе коллег из СУАР КНР, планируется открыть международную, совместную лабораторию по прогнозу землетрясений.
В институте функционирует 9 научно-исследовательских лабораторий. Штат ИС состоит из работников административно-управленческого персонала и сотрудников научных лабораторий. В научно-прикладных и хоздоговорных программах и проектах заняты 106 сотрудников, из которых 2 действительных члена Национальной академии наук РК, 4 доктора наук, 11 кандидатов наук, 1 доктор PhD, 2 докторанта PhD.
Приоритетные направления научно-исследовательской деятельности
— исследование внутреннего строения Земли и физики землетрясений;
— мониторинг и прогноз землетрясений;
— изучение проблем природных, техногенных и индуцированных землетрясений;
— оценка сейсмической опасности и сейсмического риска территорий;
— анализ сейсмического поведения жилой и промышленной инфраструктуры, а также стратегических объектов при сильных и разрушительных землетрясениях, разработка методов обеспечения их эксплуатационной и сейсмической безопасности;
— оценка эксплуатационной и сейсмической надёжности сооружений специального назначения;
— изучение проблем разработки и разработка карт сейсмического зонирования территорий различной детальности, включающие исследования геологической структуры регионов, сейсмического режима, инженерно-геологических условий и т.д.
Основные результаты фундаментальных исследований
Выявлены пространственно-временные закономерности формирования очаговых зон землетрясений в литосфере орогенов в Центральной Азии.
Исследованы закономерности сейсмических процессов сейсмоактивных регионов Казахстана.
Разработаны качественные и количественные (численные) методы оценки сейсмической опасности и прогнозирования землетрясений.
Сформировано представление о плюмтектонической природе процессов подготовки сильных землетрясений.
Разработана научная основа и методика инженерного и экономического риска при разрушительных землетрясениях.
Разработаны прогностические модели для долго-, средне- и краткосрочного прогноза.
Разработаны программно-методические комплексы средне- и краткосрочного прогноза.
Оценка сейсмической опасности территории Республики Казахстан осуществляется на основе карт общего, детального и микросейсмического районирования
Наиболее значимым практическим результатом деятельности ИС стали следующие работы: По результатам фундаментальных и прикладных исследований Институтом созданы комплекты карт общего сейсмического зонирования территории Казахстана и сейсмического микрорайонирования города Алматы на новой методической основе (Еврокод 8), а также карты детального районирования Актюбинской, Алматинской, Атырауской, Восточно-Казахстанской, Жамбылской, Западно-Казахстанской, Кызылординской, Мангистауской областей. На стадии завершения реализация научно-технической программы № 0204 ПЦФ «Разработка карты сейсмического микрорайонирования территории г. Алматы на новой методической основе (второй этап – с учетом перспективного плана развития г. Алматы)».
Карты вошли обязательной составной частью в Строительные нормы и правила Республики Казахстан (СНиП РК).
Наука о землетрясениях, вулканах и гораздо большем
Что такое сейсмология и какие сейсмические события на самом деле представляют опасность
Вулкан Толбачик. Фото: Minden Pictures / Alamy / DIOMEDIA
Мы часто читаем в прессе или интернете короткие заметки, начинающиеся словами: «в районе. произошло землетрясение магнитудой. » или «на Камчатке проснулся вулкан. ». При этом для большинства российских читателей землетрясения или вулканические извержения остаются «экзотическими» событиями, происходящими где-то далеко. Сколько же на самом деле происходит землетрясений и извержений в мире и России? Какие из них могут представлять опасность? Каким образом мы узнаем о том, где и когда они происходят, и, главное, как эта информация используется в фундаментальных научных исследованиях и практических приложениях? Ответы на эти и другие вопросы, основываясь на своем опыте работы за рубежом и в России, дает Николай Шапиро, ведущий научный сотрудник Института физики Земли РАН и Гренобльского института физики Земли во Франции, руководитель мегагранта «Геофизические исследования, мониторинг и прогноз активных геодинамических процессов в зонах субдукции».
Сейсмология как современная научная дисциплина началась на рубеже XIX–XX веков, когда были сконструированы и начали устанавливаться первые сейсмографы. Одним из важнейших прорывов на раннем этапе сейсмологии было изобретение электромагнитного сейсмографа русским ученым, князем Борисом Борисовичем Голицыным в 1906 году. Данные, регистрируемые этими сейсмографами, накапливались в течение десятилетий, и их анализ привел к таким фундаментальным научным открытиям, как понимание внутреннего строения Земли и физического механизма, приводящего к землетрясениям, а также был важнейшим вкладом в формирование концепции тектоники плит — современной геодинамической теории, объясняющей движения и деформации верхней оболочки Земли и происхождение сейсмичности и вулканизма.
Внедрение современных цифровых и коммуникационных технологий, начатое в 1990-х годах XX века, полностью преобразило сейсмологию. За счет быстрой передачи данных и применения эффективных компьютерных алгоритмов сейсмический мониторинг в реальном времени стал по-настоящему возможен. В дополнение к этому значительно улучшилось качество сейсмических записей и увеличилось их количество. На сегодняшний день во всем мире установлены тысячи высококачественных сейсмографов, которые записывают данные в непрерывном режиме и передают их в реальном времени в центры обработки и хранения данных, основные из которых находятся в США, Европе и Японии. Приборы мировой сейсмологической сети регистрируют более 200 тыс. землетрясений в год. К счастью, подавляющее большинство этих сейсмических событий не ощущаются на поверхности Земли и могут быть записаны только очень чувствительными сейсмографами.
Собираемые в мировых центрах данные передаются в реальном времени в службы, занимающиеся мониторингом землетрясений. Естественно, их важнейшей задачей является быстрое определение параметров наиболее крупных землетрясений, представляющих потенциальную опасность для населения и экономики. Результаты такого мониторинга, получаемые почти в реальном времени, используются в системах быстрого оповещения и предупреждения цунами. В то же время другой очень важной задачей является наиболее полное изучение всех землетрясений, включая самые слабые. Это необходимо для детального изучения тектонической активности нашей планеты и разработки вероятностных моделей сейсмической опасности. На их основе строятся карты сейсмического районирования и разрабатываются нормы сейсмостойкого строительства.
Мировые сейсмологические центры данных и мониторинговые службы
Крупнейший на сегодняшний день центр сейсмологических данных создан Корпорацией научно-исследовательских организаций по сейсмологии США (IRIS) и находится в городе Сиэтл. В этот центр поступают данные более чем с 8 тыс. сейсмографов, из которых почти половина — в реальном времени. Центр данных IRIS является опорным для мировой сейсмологической сети, и в нем также можно найти данные, поступающие из большинства стран мира. Кроме этого, в центре собраны данные большого числа «временных» сейсмологических экспериментов. Общий объем собранных данных сегодня превышает 500 терабайт и экспоненциально увеличивается во времени. Европейские сейсмологические данные сосредоточены в центре ORFEUS, в который поступают данные около 3,5 тыс. станций.
Карта мировых сейсмических станций, данные с которых поступают в центр IRIS
Среди основных мировых мониторинговых центров можно перечислить Международный сейсмологический центр (ISC), National Earthquake Information Center (NEIC), работающий под эгидой Геологической службы США, и Европейско-средиземноморский сейсмологический центр (EMSC). Кроме этого, мониторингом землетрясений занимаются многочисленные региональные центры в разных странах.
Карта европейских сейсмических станций, данные с которых поступают в центр ORFEUS
Еще одним важным практическим применением сейсмологии является мониторинг вулканов. Ученые насчитывают на Земле более 1,5 тыс. потенциально активных вулканов. Каждый год по крайней мере 50 из них извергаются. К счастью, как и в случае землетрясений, большинство вулканических извержений не представляют непосредственной опасности как слишком слабые или происходящие в ненаселенных районах. Но, как и в случае землетрясений, наиболее полное изучение всех извержений, даже самых слабых, необходимо для детального изучения вулканической активности и разработки вероятностных моделей вулканической опасности и методов прогнозирования возможных катастрофических событий.
Возникновение большого количества слабых землетрясений под вулканами является одним из основных признаков их активизации и предвестников будущих извержений. При этом если учесть, что очень часто из-за плохих метеоусловий визуальное или спутниковое наблюдение вулканов бывает недоступно (а для подводных вулканов никогда), то становится понятно, что сейсмологические наблюдения — это единственный способ следить за состоянием вулканов в непрерывном режиме.
Сейсмологические данные также имеют огромное значение для фундаментальной науки. Сейсмические волны, распространяющиеся через глубинные слои Земли, содержат уникальную информацию о ее строении. Так, основные слои нашей планеты — твердые кора и мантия, жидкое внешнее ядро и твердое внутреннее ядро — были открыты в первой половине XX века на основе анализа записей землетрясений. Начиная с 1970-х годов XX века широкое развитие получила сейсмическая томография — «просвечивание» Земли на основе волн, генерируемых землетрясениями, для получения трехмерных изображений внутреннего строения Земли.
Сейсмология традиционно известна как наука о землетрясениях. Но в последние два десятилетия в ней возникла совершенно новая парадигма. На основе анализа цифровых сейсмических данных с применением современных компьютерных технологий было показано, что сейсмические записи содержат огромное количество информации помимо землетрясений.
Одним из важнейших открытий было наблюдение так называемых тектонических треморов — очень слабых сигналов, возникающих при медленном проскальзывании тектонических плит в периоды между землетрясениями. Ожидается, что систематический анализ такого рода треморов позволит отслеживать процессы, происходящие в сейсмических разломах и вулканических системах в те интервалы времени, которые раньше считались полностью «спокойными» и, таким образом, приведет к разработке принципиально новых методов мониторинга.
Другим важнейшим открытием было переосмысление так называемого сейсмического шума — сигналов, записываемых сейсмографами в отсутствие тектонической и вулканической активности (и составляющих больше 90% имеющихся сейсмологических данных). Этот «шум» в основном вызван активностью Мирового океана. Относительно быстрые вариации давления колонки воды на океаническое дно приводят к возникновению сейсмических волн. Таким образом, возникает волновое поле, генерируемое источниками, неоднородно распределенными по поверхности Земли, и соответствующие сигналы на первый взгляд совершенно случайны. Но с использованием записей современных очень чувствительных сейсмографов и соответствующих математических методов эти сигналы удалось «расшифровать» и извлечь из них информацию, с одной стороны, об их источниках, а с другой стороны, о строении Земли на участках между этими источниками и записывающими приборами. В итоге возникли сразу два принципиально новых направления в сейсмологии: (1) использование сейсмических записей для мониторинга активности океана и атмосферы (и других поверхностных процессов) и (2) «шумовая сейсмическая томография».
Шкала вулканической активности
Наиболее сильные вулканические извержения на территории России происходили на Камчатке. Так, наиболее крупное известное извержение (VEI 7; 150 км 3 ) там произошло приблизительно 7,6 тыс. лет назад и привело к образованию Курильского озера. В историческое время произошли крупные извержения (VEI 5) вулканов Ксудач в 1907 году и Безымянный в 1956-м.
Новую парадигму можно охарактеризовать как «тотальную сейсмологию». Ее основной принцип — это то, что каждый бит сейсмических записей содержит полезную информацию о внутреннем строении Земли и о динамических процессах, происходящих в ее глубине или на поверхности. Задача сейсмологов — «расшифровать» имеющиеся данные, чтобы по возможности максимально извлечь эту информацию и использовать ее для мониторинга и научных исследований. Таким образом, современная сейсмология — это высокотехнологичная и активно развивающаяся во всем мире область знаний, вовлеченная наравне со многими передовыми научными направлениями в технологическую революцию больших данных.
Успешное развитие сейсмологии требует совместных усилий большого числа ученых и инженерно-технического персонала, необходимых для поддержания и развития систем сейсмологических наблюдений и сбора данных и для разработки новых методов их анализа с привлечением самых современных компьютерных технологий и ресурсов. Помимо чисто количественного развития (увеличения числа станций и объема анализируемых данных), мировое сейсмологическое сообщество находится в постоянном поиске новых технологий и концепций.
Концептуальная схема сбора — хранения — анализа данных в современной сейсмологии
На повестке дня стоит создание нового поколения «оптических» сейсмографов с использованием интерференции лазерных лучей в оптических волокнах. Ожидается, что применение такого подхода позволит существенно увеличить плотность покрытия сейсмическими наблюдениями.
Другое важное направление — это развитие разнообразных протоколов и средств передачи больших объемов данных, чтобы связать отдельные центры данных в единую мировую информационную систему и предоставить быстрый и эффективный доступ максимальному числу пользователей — индивидуальных ученых и организаций, занимающихся мониторингом. Одну из передовых ролей в этом направлении играет центр данных IRIS, который регулярно предоставляет обновленные способы доступа к данным, адаптированные под новые методы анализа и оптимизированные в соответствии с последними компьютерными и сетевыми технологиями. В итоге у современных сейсмологов есть возможность эффективно анализировать данные, записанные тысячами сейсмографов в разных частях Земли, не выходя из своего кабинета, а у преподавателей университетов — использовать самые свежие данные в обучающих программах и лабораторных работах по геофизике.
Благодаря такому эффективному доступу к большому количеству данных в последние несколько лет у сейсмологов появилась возможность, в дополнение к «традиционным» методам анализа данных, использовать концепции машинного обучения и искусственного интеллекта. Большинство ведущих ученых ожидают, что сочетание таких подходов с описанными выше идеями «тотальной сейсмологии» приведет к новым прорывам и научным открытиям в ближайшие десятилетия.
Над развитием передовых методов и технологий в сейсмологии традиционно работают научные группы ведущих университетов и научных организаций в США, Европе и Японии. В последние годы на лидирующие позиции выходят также ученые Китая и Сингапура. В XX веке Россия тоже играла в этой области ведущую роль, однако в последние два десятилетия в силу целого ряда причин эти позиции постепенно утрачиваются.
Геофизический (в первую очередь сейсмологический) мониторинг территории России осуществляется Единой геофизической службой Российской академии наук (ЕГС РАН). 12 региональных филиалов этой организации поддерживают систему сейсмологических наблюдений, состоящую более чем из 330 современных цифровых станций и регистрирующую порядка 10 тыс. землетрясений каждый год. В ЕГС РАН были разработаны и действуют оперативные системы мониторинга активных вулканов Камчатки и Курильских островов и цунамигенных землетрясений Тихого океана. Результаты этого мониторинга передаются в системы обеспечения безопасности авиаполетов и предупреждения цунами. Также собираемые ЕГС РАН данные используются для научных исследований, проводимых ее внутренними подразделениями и учеными из профильных институтов РАН и геофизических факультетов и отделений российских университетов.
Система сейсмологических наблюдений ФИЦ ЕГС РАН. Карта распределения крупных землетрясений (кружки) и активных вулканов (треугольники) в мире
К сожалению, в последние годы ЕГС РАН финансируется на уровне, едва достаточном (а часто и недостаточном) для поддержания базовых функций, и не имеет средств и возможностей для существенного развития. Эта ситуация, естественно, связана с общим недофинансированием российской науки, но в дополнение к этому ЕГС РАН страдает от недостаточно гибкого использования наукометрических показателей для планирования финансирования. Так, бюджет ЕГС РАН определяется на основе тех же принципов, что и для «обычных» институтов РАН, и этот подход полностью игнорирует специфику геофизических наблюдений, а именно необходимость развивать и поддерживать соответствующую дорогостоящую инфраструктуру (сети станций, центры данных и т. д.) и содержать в штате большое количество инженерно-технических специалистов, занимающихся этой работой. Надо отметить, что с похожими структурными проблемами в финансировании сталкиваются многие профильные институты РАН и отделения университетов.
Магнитуда и балльная шкала интенсивности землетрясения
Шкалу магнитуд часто путают со шкалой интенсивности, измеряющейся в баллах от 1 до 12 на основании внешних проявлений подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Например, сильное землетрясение, происшедшее вдали от мест обитания людей, не ощущается и не приводит ни к каким воздействиям на строения. Поэтому магнитуда такого землетрясения большая, а интенсивность — минимальная. И наоборот, относительно «слабое» землетрясение, происшедшее близко к земной поверхности и непосредственно под каким-нибудь населенным пунктом, может привести к умеренным повреждениям зданий. В этом случае магнитуда землетрясения будет относительно маленькой, а интенсивность в подвергшемся воздействию населенном пункте — относительно большой.
Самые слабые ощущаемые землетрясения начинаются с магнитуды 2 и только на расстояниях, не превышающих нескольких километров. Приповерхностные землетрясения с магнитудой 4,5 могут приводить к незначительным разрушениям. Начиная с магнитуды 6 землетрясения могут приводить к существенным разрушениям и человеческим жертвам. Землетрясения с магнитудами близкими к 7, происходящие в непосредственной близости от больших городов, могут приводить к катастрофическим последствиям (один из самых последних примеров — землетрясение на Гаити в 2010 году). Самые крупные, или «мегаземлетрясения», с магнитудой 9 и выше могут вызывать катастрофические цунами и разрушения в обширных районах. За период инструментальных наблюдений было зарегистрировано всего пять таких событий. Одно из них произошло в Курило-Камчатской зоне субдукции в 1952 году. Наиболее недавние примеры — мегаземлетрясения на Суматре в 2004 году и в Японии в 2011-м.
В итоге отставание российской системы сейсмологических наблюдений от ведущих мировых стран носит структурный и многоуровневый характер. Во-первых, общее количество постоянных станций сильно уступает сегодняшнему уровню в США, Евросоюзе, Японии и Китае — несколько сотен против нескольких тысяч (и это для страны с самой большой территорией в мире). Во-вторых, в последние годы в России проводится очень мало широкомасштабных временных сейсмологических экспериментов. В-третьих, очень сильно отстало информационно-технологическое обеспечение. Так, в России на сегодняшний день отсутствует единый центр сейсмологических данных. Большая часть собираемых наблюдений хранится в региональных филиалах и остается недоступной для потенциальных пользователей.
Структурные проблемы в системе наблюдений оказывают негативное влияние на российскую сейсмологическую науку в целом. Из-за неэффективного доступа к данным количество ученых, интересующихся сейсмологическими исследованиями на территории России, и, соответственно, количество публикаций на эту тему в ведущих международных журналах сокращается. Даже для российских сейсмологов часто оказывается проще работать с данными, (легко) получаемыми из-за рубежа, чем изучать территорию своей страны. В итоге о применении идей «тотальной сейсмологии» и современных методов анализа к российским данным почти никто не задумывается. И еще раз, все это происходит в самой большой стране в мире, на территории которой находятся многие уникальные природные и геологические объекты. Недостаточное развитие науки также приводит к слабому возобновлению кадров за счет формирования и привлечения новых поколений молодых специалистов.
Переломить негативную тенденцию в российской сейсмологии — задача не из легких. Мы рассчитываем, что наш мегагрант «Геофизические исследования, мониторинг и прогноз активных геодинамических процессов в зонах субдукции» поможет внести в нее определенный вклад. В рамках этого проекта, финансируемого Минобрнауки, на базе Института физики Земли (ИФЗ РАН, г. Москва) создана новая лаборатория, которая работает в тесном взаимодействии с камчатским филиалом ЕГС РАН и Институтом вулканологии и сейсмологии (ИВиС, г. Петропавловск-Камчатский) ДВО РАН. Также в работу вовлечены преподаватели, студенты и магистранты Московского государственного университета.
Камчатка с ее многочисленными землетрясениями и очень активными вулканами и с большим количеством уже собранных данных — идеальный район для отработки новых методов и концепций в сейсмологии, и мы надеемся, что объединение опыта и ресурсов различных академических и образовательных организаций создаст благоприятные условия для проведения научных исследований на самом высоком международном уровне и будет способствовать формированию нового поколения российских геофизиков мирового уровня.
Проект начался в 2018 году, и за два с небольшим года было проведено два полевых эксперимента на Камчатке (третий должен состояться осенью 2020 года), многочисленные семинары и школы для студентов и аспирантов. По результатам исследований участниками проекта опубликовано и подготовлено к печати более 30 статей в российских и международных рецензируемых журналах. Один из последних примеров этого — статья в престижном журнале Nature Communications, представляющая новую теорию возникновения глубоких землетрясений под вулканами. Также радует, что в работе участвуют много молодых ученых. В качестве практических приложений проводимых научных работ внедряются новые методы мониторинга вулканов в практику камчатского филиала ЕГС РАН.
В то же время один-единственный проект, даже такой крупный, как мегагрант, совершенно недостаточен, чтобы переломить отставание российской сейсмологии, накапливающееся десятилетиями. Надо понимать, что без системного усилия на самом высоком уровне для улучшения российской системы геофизического мониторинга и образования наш и другие похожие проекты не окажут существенного влияния на ситуацию, поскольку их результаты будет попросту некуда внедрять. Поэтому, проводя наши работы, мы во многом надеемся на то, что в какой-то момент руководством российской науки совместно с научным сообществом будут приняты меры, направленные на структурные изменения в финансировании геофизического мониторинга в России.