Почему землетрясение на Камчатке не вызвало огромного цунами, хотя многие его ожидали? Это просто везение или что-то больше?

30 июля на Камчатке в 10:24 по местному времени (01:24 мск) произошло землетрясение, эпицентр которого находился примерно в 200 километрах к юго-востоку от Петропавловска-Камчатского. Самые первые оценки давали землетрясению магнитуду 8, через несколько часов стало ясно, что событие оказалось более масштабным, и магнитуду повысили до 8,8.

Таким образом, стало понятно, что нынешнее землетрясение — самое мощное на Камчатке за последние 75 лет и одно из самых мощных в истории наблюдений. 4 ноября 1952 года примерно в этом же районе наблюдалось сейсмическое событие с магнитудой 9. Тогда землетрясение сопровождалось волнами высотой до 12 метров, и на этот раз, исходя из сходной магнитуды, сейсмологи тоже ожидали чего-то подобного с соответствующим масштабом жертв и разрушений.

В предупреждениях, оперативно выпущенных о новом землетрясении, говорилось о семиметровой волне, которая угрожает поселениям на берегу океана вокруг Петропавловска, а Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) предупреждало об угрозе опасной волны по всему Тихому океану: на Гавайях, на Аляске, в Японии, Калифорнии и Эквадоре. Оперативный прогноз Геологической службы США говорил о том, что такое землетрясение с вероятностью в 44% вызовет гибель от 10 до 100 человек и многомиллионный экономический урон. Интенсивность землетрясения (по шкале Меркалли) в Петропавловске и близлежащих территориях должна была составить VIII баллов — это тряска, при которой рушатся дымовые трубы и башни, обваливаются кирпичные стены и даже трудно вести автомобиль.

В реальности столь катастрофических последствий не было: повреждено несколько зданий, разрушена стена детского сада в Петропавловске-Камчатском, подтоплена береговая часть в Северо-Курильске, несколько человек получили травмы в России и Японии, но, к счастью, никто не погиб.

Да, последствия оказались существенно менее масштабными, чем ожидали как российские, так и американские сейсмологические службы. Жителям Камчатки и всего побережья Тихого океана сильно повезло.

Сейсмологи ошиблись, но это вполне объяснимо. Дело в том, что главный критерий успешности всех оперативных сейсмологических прогнозов — это прежде всего скорость, а не точность прогноза. Цель сейсмологических предупреждений — как можно раньше начать эвакуацию населения, если ему угрожает опасность, а не точно рассчитать высоту волны. Причем угроза, о которой идет речь, не обязательно должна быть гарантированной — достаточно и того, что риск цунами существенно повысился.

Например, Метеорологическая служба Японии по своим стандартам требует выпускать предупреждения о цунами не позднее трех минут после начала землетрясения. Этого времени недостаточно даже для того, чтобы просто полноценно собрать все необходимые данные о сейсмических колебаниях. Например, помимо продольных волн давления, которые первыми распространяются по земной коре и первыми фиксируются сейсмографами (P-волны), существуют долгопериодические колебания (так называемая W-фаза), которые длятся около 20 минут. На обработку сигнала в самом лучшем случае требуется не менее 5–10 минут. Анализ этих сейсмических волн позволяет точнее определить магнитуду землетрясения, однако все дополнительные уточнения и расчеты задерживают выпуск предупреждений, в то время как потенциально опасное цунами может уже двигаться к побережью.

Да, но для этого требуются новые технологии сбора данных и существенно больше датчиков.

Традиционный способ определения источника землетрясений и прогноза величины цунами — это анализ данных сейсмографов. Они первыми фиксируют колебания земной коры, причем даже если сами находятся в тысячах километров от эпицентра. Сопоставив данные колебаний, которые записывают приборы, находящиеся в разных местах, можно решить обратную задачу: рассчитать, какое именно движение внутри земной коры породило те колебания, что «увидели» эти сейсмографы. Решение такой задачи позволяет относительно точно определить магнитуду землетрясения, а магнитуда отражает именно количество выброшенной энергии в момент движения литосферных плит.

Однако само по себе знание о количестве этой энергии не позволяет точно определить высоту волны, которую вызовет землетрясение. Разное смещение литосферных плит с одной и той же суммарной энергией может породить очень разную волну на поверхности океана. Теоретически высоту волны можно было бы рассчитать на основании модели земли и данных колебаний сейсмографов, но на практике точность таких расчетов упирается в большую неопределенность (подробнее об этой проблеме можно прочитать, например, здесь и здесь).

Недостатки такого традиционного, основанного на данных сейсмографов подхода стали очевидны после крупнейших цунами: катастрофы 2004 года в Индийском океане и цунами 2011 года у берегов Японии. Тогда ученые также ошиблись с прогнозом высоты волны — и оба раза в обратную сторону, то есть недооценили опасность цунами.

Эти провалы стимулировали создание и расширение принципиально иных систем предупреждения — они основаны уже не на анализе данных далеких сейсмографов, а на прямом измерении того, что происходит вблизи землетрясения. Например, это могут быть датчики, измеряющие уровень воды и установленные на плавучих буях (американская сеть DART), или донные обсерватории вроде сети S-net, которая работает у юго-восточного побережья Японии. Работать такие датчики могут очень по-разному — например, есть экспериментальные проекты, в которых для определения уровня океана и опасности цунами используются данные о геолокации, полученные с коммерческих танкеров и других кораблей, которые просто следуют по своим маршрутам.

Объединяет новые методы предупреждения о цунами то, что все они подразумевают создание плотных локальных сетей мониторинга, благодаря которым можно рассчитать высоту ожидаемого цунами гораздо точнее, чем позволяют традиционные методы. Создание таких сетей, однако, подразумевает политическую волю и способность создавать долгосрочные инфраструктурные проекты.