Гравитация – причина земных катаклизмов

Япония "сидит" на зоне субдукции – здесь океанические литосферные плиты "подныривают" под континентальные. Это наиболее активные зоны в сейсмическом отношении.
Фото Reuters

Мощнейшее землетрясение 11 марта 2011 года возле берегов Японии вновь вызвало всплеск интереса к проблеме прогнозирования таких природных катаклизмов. О влиянии космо-земных связей на вулканическую и сейсмическую активность на нашей планете с ответственным редактором приложения «НГ-наука» Андреем ВАГАНОВЫМ беседует кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Валерий ФЕДОРОВ.

– Валерий Михайлович, для начала нашего разговора позвольте общий вопрос. Вулканология, сейсмология – это науки теоретические или чистая феноменология, сугубо описательные отрасли знания?

– Там есть и тот и другой элемент. Вулканология и сейсмология – это молодые научные дисциплины, особенно в сравнении с географией и астрономией, им всего-то около ста лет. Сделано за это время очень много, но основная проблема – прогноз землетрясений и вулканических извержений – не решена.

Предпринималось очень много попыток исследования этих явлений, в том числе и японскими учеными, например Моги и Рикитаке. Многие страны, в том числе три богатейшие страны в мире – Япония, Китай и Соединенные Штаты – озабочены этой сейсмологической опасностью. Но существенных результатов, повторяю, пока нет.

– Про космо-земные связи в последнее время очень много говорят ученые и еще больше спекулируют на этой теме «как-бы-ученые». Вы занимаетесь космо-земными взаимодействиями и их проявлениями в природе Земли. В частности, в литосфере нашей планеты. Какие исходные посылки тут есть?

– Земля является космическим объектом, элементом Солнечной системы. Земля и космос связаны гравитационным взаимодействием, одним из проявлений которого являются морские и литосферные приливы. В свое время, как писал выдающийся французский астроном и популяризатор науки Камиль Фламмарион, проблема объяснения приливов – это была «могила человеческого любопытства». Никто не знал, чем объяснить приливы. И когда Кеплер сказал: приливы – это Луна! – даже великий Галилей выступал против этого: где Луна, а где Земля – как они могут влиять друг на друга?! Но потом появился Ньютон и все это увязал и объяснил, создав теорию Всемирного тяготения.

Эта гравитационная энергия приливов, она касается не только гидросферы нашей планеты, но и литосферы (твердой оболочки Земли), и атмосферы. Гравитация действует на все. И силы гравитации периодически меняются по направлению и величине.

Литосфера – твердь земная! – оказывается, тоже подвержена движению. Даже в Москве два раза в сутки мы с вами поднимаемся и опускаемся приблизительно на 50 сантиметров! Именно из-за гравитационного взаимодействия с Луной и Солнцем.

– Полметра – это уже вполне счетная и ощутимая величина!..

– Да. Но мы не замечаем этого. Образуются своеобразные горбы – и в гидросфере, и в литосфере, перемещающиеся по Земле вслед за Луной и Солнцем. Но если амплитуда морских приливов – 1–3 метра (иногда и больше), то в литосфере – порядка полуметра.

Вообще, надо сказать, что вулканизм и сейсмика – это явления, которые проявляются не только на Земле. Следы вулканизма известны на всех планетах земной группы. На Марсе – гигантские вулканические постройки: вулкан Олимпус, самая высокая в Солнечной системе гора – 24 километра высотой; основание – около 650 километров; кратер – 60 километров. На Ио – один из спутников Юпитера – активно проявляется вулканизм. Там регулярно извергаются десять вулканов, и связано это с разогревом недр Ио, который определяется приливным взаимодействием с Юпитером и его спутниками Европой и Ганимедом.

Такое же явление вулканизма происходит на спутнике Нептуна Тритоне. Но там выплескивается из недр не лава, а азот. На Энцеладе, спутнике Сатурна, вулканами извергается вода, которая сразу замерзает, образуя ледяные фонтаны. То же касается и сейсмической активности, которая отмечается на Луне, Марсе и других планетах земной группы.

То есть вулканические и сейсмические процессы характерны не только для Земли. Поэтому естественно предложить для решения проблемы прогноза и вулканических извержений и землетрясений факторы космо-земного взаимодействия – и прежде всего гравитационного. Это основное философское направление, в контексте которого, как мне кажется, надо решать задачу прогноза землетрясений. И в решении этого вопроса на основе фундаментального физического взаимодействия объединяются две древние области знаний: география – наука о Земле и астрономия – наука о космосе.

– Ну а какова все-таки механика этой «топки ада» – действующего вулкана?

– В вулканическом очаге магма находится в гидростатическом равновесии.

Когда происходят регулярные сжатия и растяжения литосферы, в земной коре накапливаются напряжения и происходит раскачка этого состояния. А земная кора сама по себе неоднородна: где-то треснула немножко, давление в очаге изменилось – газы закипают, подхватывают магму – процесс пошел.

В землетрясениях – то же самое. Очень много разломов в земной коре и слабых мест. В них накапливаются приливные напряжения, которые потом и приводят к разрушениям в литосфере и связанным с этим землетрясениям. Давайте посмотрим на земной глобус, на тихоокеанское «огненное кольцо», в котором происходит подавляющее число землетрясений. Тихий океан – огромная впадина, заполненная водой. Здесь происходит сложное сочетание приливных движений твердого ядра Земли, земной коры и гигантской массы воды, которая более активно реагирует на действие приливных сил. То есть здесь происходит двойное воздействие на литосферу: внутри шевелится ядро, а сверху – океан плюхается туда-сюда.

– Не дай бог, эти «шевеления» и «плюхания» в резонанс войдут┘

– Когда они входят в резонанс, тогда, вероятно, и происходит катаклизм!

Большинство глубоких землетрясений вулканических извержений сосредоточено вблизи экваториальной плоскости. То есть распределение очагов землетрясений связано с центробежной силой. Она, в свою очередь, определяется гравитационным взаимодействием: усилилось это взаимодействие – вращение Земли замедляется, ослабло – ускоряется. Вращение Земли связано с приливным взаимодействием, с гравитацией. Поэтому, естественно, причину землетрясений следует искать в космо-земном взаимодействии и, в частности, в приливном действии Луны, Солнца и ближайших планет на Землю.

– На этой основе можно создать методику прогноза землетрясений?

– У меня был грант по прогнозам вулканической и сейсмической активности. В 2002–2004 годах такая работа финансировалась Российским фондом фундаментальных исследований. Там была подробно изучена вся эта ситуация и были разработаны две методики прогноза. И по той и другой методике получалось, что в период с 27 декабря по 31 декабря 2004 года должно было произойти мощнейшее землетрясение. Землетрясение, и последовавшее за ним цунами, произошло 26 декабря: погибло около 300 тысяч человек, ущерб составил 11 миллиардов долларов. Хочу отметить, что наши расчеты появились за полгода до этого события. Аналогов такой точности прогнозов просто нет.

Я предложил уже новые решения, с использованием нейросетей – самоорганизующихся карт Кохонена. А основная цель работы – создание геоинформационной системы по глобальному мониторингу вулканической и сейсмической активности.

– Геоинформационная система по глобальному мониторингу вулканической и сейсмической активности – что это такое?

– Вся Земля разбивается на ячейки со стороной 5 на 5 или 10 на 10 градусов (в последнем случае – это примерно 1000 на 1000 километров) и на каждую ячейку выдается прогноз вероятности землетрясения. Существует много организаций в мире, которые занимаются исследованиями вулканизма и сейсмики. В частности, геологическая служба США, куда стягивается вся подобная информация с сейсмических станций всего мира. В системе локального мониторинга исследуются местные характеристики – изменение поверхности, состава и температуры грунтовых вод, другие геофизические, геохимические, геодезические, биологические данные┘

Но все эти критерии – местные, локальные и неоднозначные. Поэтому и важно создание именно глобальной системы мониторинга, основу которого составляет фундаментальное физическое взаимодействие между Землей и космосом – гравитационное. В конечном итоге соединение сетей локального и глобального мониторинга позволит, насколько возможно, решить проблему прогноза таких стихийных бедствий, как извержения вулканов и землетрясения.

– Для вашего подхода с использованием самоорганизующихся нейронных сетей какие исходные параметры являются важными, значимыми?

Земной вулканизм определяется законами движения планет Солнечной системы. Фото Reuters

– Как раз эти 10–15 лет мы – творческая группа математиков, программистов, геологов – тем и занимались, что искали параметры, которые можно заложить в нейронную сеть для прогнозирования вулканической и сейсмической активности. В результате этой длительной и кропотливой работы были найдены определенные критерии, которые позволяют запускать нейросетевой алгоритм для получения сейсмического и вулканического прогнозов. Один из этих критериев – широтное распределение сейсмической активности, о котором мы с вами говорили выше. Здесь используется база данных геологической службы США по землетрясениям с магнитудой больше 5,0. Это очень приличные массивы информации, и они постоянно пополняются. Другие критерии – это астрономические характеристики: расстояние Земля–Солнце, Земля–Луна, эклиптическая широта Луны┘ Связь землетрясений с этими параметрами установлена. Есть и еще некоторые интересные предположения, о которых я пока не могу говорить – их надо проверять и публиковать результаты.

А дальше самообучающаяся сеть анализирует параметры, используя алгоритм «Победителю достается все». То есть выбирается самый значимый фактор, случайные отбрасываются. И сеть сама выдает прогноз по времени и по месту. Другими словами, сеть – это своеобразный черный ящик; понятно, что все здесь объяснить нельзя. Многое надо просто чувствовать интуитивно.

Замечу, что для каждой ячейки в этой модели будет выдаваться вероятность землетрясения или извержения вулкана на каждый день. Как вы смотрите, какая погода на курорте, куда вы едете отдохнуть, так человек сможет посмотреть и прогноз сейсмических событий (сейсмическую погоду) в этой местности на каждый день. Это может быть интересно и страховым компаниям.

Интуитивно, примерно за две недели до нынешних японских событий 11 марта, все опубликованные работы по исследованиям в области прогноза землетрясений на основе гравитационного взаимодействия были переданы помощнику посла Японии в России. В России сейчас нет технических средств для запуска такой сети. Тут нужны очень мощные суперкомпьютеры. У японцев есть такой компьютер – в Токийском университете. Сейчас математики, с которыми я работаю, пытаются распределить задачу на несколько обычных компьютеров, распараллелить алгоритм. Это не тривиальная математическая задача, но один обычный компьютер будет считать эту задачу бесконечно долго.

– Законы движения планет известны; координаты их на любой момент времени можно очень точно посчитать; на много веков и даже тысячелетий вперед можно рассчитать положение тех или иных космических объектов┘ Нам остается только собрать необходимые данные, ввести их в вашу замечательную нейросетевую вычислительную модель – и прогноз землетрясений готов. Детерминизм в стиле Лапласа какой-то!

– Увы, не получается такого детерминизма.

Приливы. Мы совершенно точно знаем, что они связаны с Луной и Солнцем. Здесь одна физически однородная среда – водная. Хотя ее географическое распределение осложнено положением континентов, мешающих правильной реализации теории приливов. Если бы на Земле не было суши – это были бы идеальные морские приливы.

С земной корой все сложнее. Здесь гидросфера и литосфера взаимодействуют. Взаимодействуют разные физические среды. Это сильно усложняет ситуацию. Кроме того, литосфера сложена различными по прочности породами, по-разному реагирующими на внешнее воздействие.

Мы можем прогнозировать на основе астрономических данных гравитационную нагрузку, входной сигнал. Но как конкретно скажется эта нагрузка на состояние литосферы, какой будет отклик во времени и в пространстве – это вероятностный прогноз. Природный мир очень сложно устроен. Но основной фактор – гравитацию никто не отменял, она действует.

Ячейки земной поверхности реагируют на одинаковое гравитационное (приливное) воздействие по-разному. Как и люди по-разному реагируют на один и тот же, например, указ правительства. Отсюда сложность прогноза.

– Не могли бы вы немного поподробнее рассказать о Тихоокеанском вулканическом поясе Земли? Что ждет Японию, куда она дрейфует?

– В Тихом океане существует так называемый срединно-океанический хребет. Здесь магма поднимается к поверхности и происходит раздвижение континентальных плит (явление спрединг) – в сторону Америки и в сторону Азии. Вблизи материков океанические плиты «подныривают» под континентальные (явление субдукции). Это наиболее активные зоны в сейсмическом и вулканическом отношении. В этих областях в результате трения континентальных и «подныривающих» под них океанических литосферных плит происходит разогрев мантийно-корового вещества и частичное разрушение плит, в результате чего возникают землетрясения и извергаются вулканы. Японцы как раз «сидят» на зоне субдукции.

Процессы спрединга и субдукции идут постоянно. То есть землетрясение 11 марта – это не единственная ситуация такого рода. Через какое-то время подобные катаклизмы будут повторяться вновь и вновь.

– Я не хочу обидеть ученых, геологов, но получается, что, просто «ковыряясь» в земле, беря анализы вулканических газов и вулканических пород, невозможно понять закономерности геологических катаклизмов?

– Конечно. Изучение грунтов, газов, грунтовых вод необходимо для понимания подробностей сейсмических и вулканических процессов. Однако для понимания главного необходимо изучать основное физическое взаимодействие – гравитационное – в отношении сейсмической и вулканической активности. Сам характер широтного распределения землетрясений и извержений указывает на их генезис, связанный с вращением Земли. А вращение Земли тесно связано с крепостью гравитационных «объятий» Земли с Луной и Солнцем. Собственно, все природные процессы происходят в поле гравитации Земли. Это поле («объятия») периодически меняется, в чем можно убедиться, наблюдая за морскими приливами. Поэтому подобный подход представляется наиболее перспективным для решения проблемы прогноза вулканической и сейсмической активности.

– Насколько я понимаю, в долгосрочном плане японцам надо осознать эту ситуацию┘

– Им нужно создавать стратегию существования и развития с учетом постоянно действующего в этом районе природного фактора. И эта стратегия должна включать разработку методов мониторинга и прогноза. Если бы они знали заранее о землетрясении и цунами 11 марта, люди ушли бы от берега, смогли бы в штатном режиме заглушить реакторы на своих атомных станциях.

– А вы не соблазнялись, не делали прогноз – когда опять возможно девятибалльное землетрясение в Японии?

– Нет, не соблазнялся. Потому что это трудная работа, на которую сложно и, пожалуй, бесполезно, соблазняться без ее финансирования.

Все ценности земной цивилизации расположены на земной поверхности. И есть места, где эту поверхность серьезно трясет. То есть там рискованны всякие инвестиции. И сейсмическая активность – это, по сути, природный фактор макроэкономических процессов. Кроме того, в районах непосредственной сейсмической и вулканической опасности проживает не менее трети населения Земли. Поэтому проблема прогноза крайне актуальна. Надеюсь, что разработка геоинформационной системы по глобальному мониторингу вулканической и сейсмической активности Земли позволит в будущем минимизировать ущерб от этих стихийных бедствий.