• Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
3066
Академик Грачев: «Над проблемой точного предсказания землетрясений бьются тысячи ученых из разных стран мира»
Науки о Земле
Одно из поздних художественных изображений Лиссабонского землетрясения 1755 г. Public Domain

Академик Грачев: «Над проблемой точного предсказания землетрясений бьются тысячи ученых из разных стран мира»

Год назад, 17 февраля 2022 г., ушел из жизни академик Михаил Александрович Грачев. Почти тридцать лет он руководил иркутским Лимнологическим институтом СО РАН, занимающимся изучением Байкала, при этом круг его интересов был чрезвычайно широк. Его последняя статья в нашем журнале («НАУКА из первых рук», № 3/4, декабрь 2021), опубликованная в соавторстве с доктором геолого-минералогических наук С. В. Рассказовым, была посвящена амбициозному проекту иркутских ученых – созданию модели, позволяющей предсказывать будущие землетрясения на основе анализа их уран-урановых гидроизотопных откликов

По словам академика В. В. Власова, друга и коллеги Михаила Александровича, «он был чрезвычайно одаренным человеком, удивительным образом совмещавшим в себе любознательность и идеализм ученого со способностями организатора и предпринимателя... Он всегда был в курсе последних событий в науке и готов был взяться за любое дело, если оно было интересным и могло дать важный результат. Мало кому из наших коллег удалось решить такое количество совершенно разных задач, значимых для развития отечественной науки».

М. А. Грачев представляет «Милихром» – уникальный отечественный микроколоночный жидкостный хроматограф – на выставке в Госплане CCCP, посвященной 40-летию Сибирского отделения АН СССР. 1979 г. Фото Р. Ахмерова

Что касается предсказания землетрясений, то такие случаи редки, хотя и известны в мировой практике. Насчитывают более 600 предвестников сильных землетрясений, но они, как правило, непостоянны. Предвестники могут предупредить об одной надвигающейся катастрофе, но оказаться бесполезными в предупреждении другой. А причинно-следственные связи различных возникающих эффектов при подготовке землетрясений обычно остаются за кадром.

Путь к созданию модели предсказания землетрясений, о которой пойдет речь, был долгим. История эта началась в середине прошлого века, когда российские исследователи В. В. Чердынцев и П. И. Чалов открыли и теоретически обосновали естественное разделение в циркулирующих подземных водах изотопов урана-234 и урана-238.

Как известно, период полураспада урана-234 относительно невелик (250 тыс. лет), он не исчезает из горных пород, потому что постоянно образуется из урана-238. Поэтому обычно отношение активностей урана 234 и урана 238 постоянно. Однако этот показатель может меняться из-за открытия/закрытия микротрещин горной породы, в том числе в результате сейсмогенных деформаций породы и минералов. Кстати, самому Чалову проверить это не удалось, хотя в 1970-х гг. он организовал изотопный мониторинг в подземных водах Северного Тянь-Шаня.

Эффект естественного разделения изотопов урана-234 и урана-238 (эффект Чердынцева – Чалова) при их переходе из твердых образований в жидкости. Высокоэнергетические атомы отдачи тория-234, образующиеся при альфа-распаде урана-238, разрушают кристаллическую решетку породы, формируя в ней нанополости. В свою очередь, торий-234 в результате бета-распада превращается в уран-234. Таким образом, изотопное соотношение урана в разрушенных областях смещается – создается избыток урана-234. При открытых микротрещинах грунтовые воды его вымывают, и изотопное соотношение урана в циркулирующих подземных водах меняется (а). При закрытых микротрещинах этого не происходит (б). По: (Грачев, Рассказов, 2022)

Научную эстафету приняли иркутские исследователи. У истоков разработки способа измерения изотопов урана методом ИСП-МС (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) стоял талантливый химик – сотрудник ЛИН Е. Л. Гольдберг, который уточнил модель Чердынцева – Чалова, и его не менее талантливый ученик Е. П. Чебыкин. Окончательно доказать свою теорию Гольдберг не успел, и дальнейшие работы по использованию эффекта Чердынцева – Чалова для регистрации сейсмогенных деформаций были продолжены благодаря специалисту в радиоизотопной геологии С. В. Рассказову, заведующему лабораторией иркутского Института земной коры СО РАН.

Для сейсмопрогностического полигона была выбрана самая «чувствительная» к землетрясениям территория на западном окончании Южного Байкала вблизи п. Култук, где сочленяются крупные сейсмоактивные разломы. И к 2020 г., когда на Байкале начался ряд слабых и сильных землетрясений (в том числе в знаменитом заливе Провал, где в 1862 г. прямо на глазах у изумленной публики земля на огромной площади провалилась под воду), ученые были готовы прогнозировать возможные сейсмические сценарии, имея за спиной 8 лет гидрогеохимического мониторинга.

Сквозные трещины на фасаде школы в п. Култук – свидетели Култукского землетрясения силой свыше 7 баллов, случившегося 27 августа 2008 г. на Южном Байкале. К счастью, землетрясение произошло в то время, когда детей в школе не было

Сам М. А. Грачев поначалу отнесся к идее предсказания землетрясений скептически. По словам С. В. Рассказова, «в 2015 г. Михаил Александрович участвовал в экспертизе нашего проекта, в котором использовался эффект Чердынцева – Чалова, но в то время отклонил его финансирование. Но в октябре 2021 г. он позвонил мне с вопросом о состоянии наших работ по оценке сейсмической опасности на Байкале. В то время уже больше года до Иркутска постоянно докатывались отзвуки сильных землетрясений, происходивших на Байкале и Хубсугуле, которые доставляли немало волнений горожанам.

Я ответил, что нам удалось выстроить мониторинговые измерения изотопов урана и в мае 2020 г. опубликовать в международном журнале статью о готовящихся сильных землетрясениях. Наш прогноз оказался верным».

Как писал сам академик Грачев, «когда коллеги сказали мне, что хотят это сделать, я им, естественно, не поверил – ведь над проблемой точного предсказания землетрясений бьются буквально тысячи ученых из разных стран мира, и впереди всей планеты – японцы. И поэтому – так я думал – шансы у коллег исчезающе малы. Оказалось, что правы они».

Результатом совместного обсуждения сложившейся сейсмической ситуации и данных продолжительного гидрогеохимического мониторинга стала научно-популярная статья, опубликованная в 2021 г. в декабрьском выпуске журнала «НАУКА из первых рук». В ней академик Грачев назвал результаты работы иркутских ученых «прорывным достижением уровня гораздо выше мирового» и отметил, что путь к точному прогнозу землетрясений открыт и лет за десять может быть пройден.

Сильным землетрясениям на Южном Байкале в 2020 г. предшествовала слабая сейсмическая активность, «мигрировавшая» в 2015–2017 гг. вдоль линии Голоустное – Мурино. Она сменилась сейсмическим затишьем, пока 6 июля 2020 г. на юго-западном окончании этой линии не случилось землетрясение с энергетическим классом К = 12,3 (максимально возможные значения этого параметра равны 18–20). Позже за этим событием последовали более сильные землетрясения. По данным Байкальского филиала Единой геофизической службы СО РАН (Иркутск)

Комментарий С. В. Рассказова: «Землетрясения на Байкале, начавшиеся 22 сентября 2020 г. с сильного Быстринского, продолжаются уже более 2 лет. За это время мы получили немалый опыт в регистрации эффектов приближения сильных сейсмических толчков.

Ряды данных, полученных за 10 лет на мониторинговых станциях подземных вод Култукского и вспомогательных полигонов, включают не только изотопные урановые показатели, но и концентрации 72 химических элементов и дают представление о ряде гидрогеохимических процессов, сопровождающих подготовку землетрясений.

Так, значения изотопных параметров в подземных водах существенно снижаются при сжатии микротрещин, препятствующем циркуляции подземных вод, однако они возрастают при растяжении пород, усиливающем эту циркуляцию. В подземных водах также меняются концентрации термофильных элементов, что говорит об изменении температуры в глубинном водном резервуаре. При сжатии в скважины и родники поступают подземные воды с глубины не более 1 км, тогда как при растяжении – более 4 км.

Реконструкция полного сейсмогеодинамического (сжатия и растяжения коры) цикла Байкальской рифтовой зоны говорит о пульсационном развитии сейсмогенных деформаций как упорядоченного процесса. Сейсмическим стадиям соответствуют тренды последовательного изменения изотопного соотношения ²³⁴U/²³⁸U (ОА4/8) и активности ²³⁴U в подземных водах с выходом на экстремальные значения, соответствующие сильным сейсмическим событиямЗемлетрясения на Байкале представляют собой сильные толчки, возникающие в ходе развития деформаций полного сейсмогеодинамического цикла растяжения и сжатия земной коры под побережьем Байкала продолжительностью 10–12 лет. При этом усиление сейсмической активности выдает себя аномальными выбросами разных химических элементов и потоками восстановленных и окисленных флюидов, что отражается в резких скачках физико-химических показателей подземных вод.

Сейчас мы отбираем пробы подземных вод в среднем два раза в месяц, поэтому неизбежно пропускаем эффекты приближающихся землетрясений – это плохо с точки зрения своевременного предупреждения населения. Создание полноценного гидрогеохимического комплекса слежения за сейсмической опасностью на Байкале невозможно без установки специального зонда, считывающего в онлайн-режиме изменения параметров подземных вод в одном из активных разломов Култукского полигона. Сможем ли мы организовать такие наблюдения – покажет время».

Редакция благодарит Сергея Васильевича Рассказова, доктора геолого-минералогических наук, профессора, заведующего лабораторией изотопии и геохронологии Института земной коры СО РАН и кафедрой динамической геологии Иркутского государственного университета за предоставленную информацию и помощь в подготовке публикации

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!