In 132 CE, Chinese polymath Zhang Heng presented the Han court with his latest invention. This large vase, he claimed, could tell them whenever an earthquake occurred in their kingdom– including the direction they should send aid. The court was somewhat skeptical, especially when the device triggered on a seemingly quiet afternoon. But when messengers came for help days later, their doubts turned to gratitude. Today, we no longer rely on pots to identify seismic events, but earthquakes still offer a unique challenge to those trying to track them. So why are earthquakes so hard to anticipate, and how could we get better at predicting them?
В 132 году нашей эры, в период Империи Хань, китайский эрудит и учёный Чжан Хэн представил при дворе своё новейшее изобретение. По его утверждению, эта массивная ваза была способна определять землетрясения в империи, а также направление, куда необходимо направить помощь. Придворные изобретение не оценили, и когда как-то тихим вечером сейсмоскоп вдруг сработал, никто ему не поверил. Но когда спустя несколько дней явились гонцы с просьбами о помощи, все сомнения развеялись. Сегодня для наблюдениями за сейсмическими процессами мы уже не полагаемся на вазы, но наблюдение за землетрясениями — по-прежнему непростая задача. Почему же так сложно предсказывать землетрясения и как мы можем улучшить этот процесс?
To answer that, we need to understand some theories behind how earthquakes occur. Earth’s crust is made from several vast, jagged slabs of rock called tectonic plates, each riding on a hot, partially molten layer of Earth’s mantle. This causes the plates to spread very slowly, at anywhere from 1 to 20 centimeters per year. But these tiny movements are powerful enough to cause deep cracks in the interacting plates. And in unstable zones, the intensifying pressure may ultimately trigger an earthquake.
Для того, чтобы дать ответ, необходимо понять некоторые теории, объясняющие, почему вообще случаются землетрясения. Земная кора состоит из нескольких гигантских блоков разной величины, которые называются тектонические плиты. Плиты расположены на горячем, частично расплавленном слое земной мантии. Из-за неё плиты раздвигаются в очень медленном темпе — примерно от 1 до 20 сантиметров в год. Но даже такие почти незаметные движения вызывают образование глубоких трещин между плитами. А увеличение давления в зонах сейсмической нестабильности может стать причиной землетрясений.
It’s hard enough to monitor these miniscule movements, but the factors that turn shifts into seismic events are far more varied. Different fault lines juxtapose different rocks– some of which are stronger–or weaker– under pressure. Diverse rocks also react differently to friction and high temperatures. Some partially melt, and can release lubricating fluids made of superheated minerals that reduce fault line friction. But some are left dry, prone to dangerous build-ups of pressure. And all these faults are subject to varying gravitational forces, as well as the currents of hot rocks moving throughout Earth’s mantle.
Наблюдать за столь малыми колебаниями невероятно сложно, кроме того, сильно различаются факторы, приводящие к сейсмической активности. Различия в линиях разлома зависят от горных пород, какие-то оказываются сильнее, а какие-то — слабее под давлением. Различные породы также по-разному реагируют на трение и высокие температуры. Одни частично плавятся и могут выделять вещества, снижающие трение на разломах, которые представляют собой горные породы, расплавленные до сверхвысоких температур. Но те, что не расплавляются, подвержены опасному напряжению пород. И все эти разломы подвержены колебаниям гравитационных сил и открыты потокам раскалённых пород через слой мантии.
So which of these hidden variables should we be analyzing, and how do they fit into our growing prediction toolkit?
Так какие признаки необходимо анализировать и какие существуют в арсенале учёных инструменты прогнозирования?
Because some of these forces occur at largely constant rates, the behavior of the plates is somewhat cyclical. Today, many of our most reliable clues come from long-term forecasting, related to when and where earthquakes have previously occurred. At the scale of millennia, this allows us to make predictions about when highly active faults, like the San Andreas, are overdue for a massive earthquake.
Поскольку действие этих сил происходит в примерно постоянном темпе, поведение плит носит отчасти цикличный характер. Сегодня большинство из заслуживающих доверие долгосрочных прогнозов основаны на данных о том, когда и где уже наблюдались землетрясения. В масштабах тысячелетий это позволяет делать предположения о пиках активности таких разломов, как Сан-Андреас, в которых часто наблюдаются крупные землетрясения.
But due to the many variables involved, this method can only predict very loose timeframes. To predict more imminent events, researchers have investigated the vibrations Earth elicits before a quake. Geologists have long used seismometers to track and map these tiny shifts in the earth’s crust. And today, most smartphones are also capable of recording primary seismic waves. With a network of phones around the globe, scientists could potentially crowdsource a rich, detailed warning system that alerts people to incoming quakes. Unfortunately, phones might not be able to provide the advance notice needed to enact safety protocols. But such detailed readings would still be useful for prediction tools like NASA’s Quakesim software, which can use a rigorous blend of geological data to identify regions at risk.
Но ввиду изменчивости факторов при помощи данного метода можно предсказывать сейсмическую активность в течение очень неопределённых сроков. Чтобы предсказать более неизбежные события, учёные исследовали колебания земной поверхности накануне землетрясения. Геологи давно пользуются сейсмографами для обнаружения и регистрации мельчайших колебаний в земной коре. Сегодня регистрировать первичные сейсмические волны способны даже смартфоны. В перспективе, объединив все мобильники в общемировую сеть, учёные смогут создать обширную и очень подробную коллективную систему предупреждения приближающихся землетрясений. К сожалению, телефоны вряд ли смогут служить средством предварительного оповещения во время чрезвычайных ситуаций. Однако столь подробные данные являются весьма ценными источниками информации для систем предупреждения типа разработанного НАСА приложения Quakesim, которое для определения регионов сейсмологического риска работает с чётким набором геологических данных.
However, recent studies indicate the most telling signs of a quake might be invisible to all these sensors. In 2011, just before an earthquake struck the east coast of Japan, nearby researchers recorded surprisingly high concentrations of the radioactive isotope pair: radon and thoron. As stress builds up in the crust right before an earthquake, microfractures allow these gases to escape to the surface. These scientists think that if we built a vast network of radon-thoron detectors in earthquake-prone areas, it could become a promising warning system– potentially predicting quakes a week in advance.
Однако в ходе недавних исследований обнаружено, что существующие датчики не улавливают наиболее характерные признаки стихии. В 2011 году, незадолго до землетрясения на восточном побережье Японии, расположенные в этом регионе научные центры зафиксировали необычайно высокую концентрацию пары радиоактивных изотопов — радона и торона. По мере увеличения напряжённости в земной коре перед землетрясением эти изотопы с газами начинают выделяться через микротрещины. Как предполагают учёные, если создать обширную сеть детекторов радона и торона в сейсмоопасных районах, то это, возможно, решит вопрос с системой предупреждения,
Of course, none of these technologies would be as helpful as simply looking deep inside the earth itself. With a deeper view we might be able to track and predict large-scale geological changes in real time, possibly saving tens of thousands of lives a year. But for now, these technologies can help us prepare and respond quickly to areas in need– without waiting for directions from a vase.
благодаря которой о землетрясениях можно будет предупреждать за неделю. Конечно, ни одна из этих технологий не сравнится по эффективности с наблюдениями из недр земли. Заглянув под землю, мы сможем в режиме реального времени отслеживать и предсказывать масштабные геологические изменения, благодаря чему, вероятнее всего, сможем спасти не одну тысячу жизней. Но пока эти технологии помогают нам быстро подготовиться и направить помощь в пострадавшие регионы, не дожидаясь сигнала от какой-то там вазы.