Сегодня - 26.07.2017

Сибирские ученые оценивают опасность цунами на российских побережьях

14 марта 2017

Берега России, как известно, омываются несколькими морями. Если за северные можно быть спокойными, то восточные и южное Черное способны преподнести неприятные и сверхопасные сюрпризы. Сибирские ученые создали карту цунами-опасности в регионах РФ и выяснили: даже «самое синее в мире» время от времени напоминает — оно не только приятное место отдыха, но и непредсказуемая стихия.

Ледяной зимой или в слякотное межсезонье мы все иногда завидуем жителям теплых побережий — нас манят золотистый песок или разноцветная галька, устойчиво теплая или даже жаркая погода и, конечно, мерное движение огромного «существа», «свободной стихии». За время существования человечества океаны и моря получили множество эпитетов, в число которых входят и такие определения как «грозное», «ревущее», «безжалостное». Действительно, при ряде условий огромная масса воды превращается из нейтральной акватории в массового убийцу и разрушителя, круша поселения и забирая жизни. Бороться с цунами невозможно, однако предусмотреть гибельное нашествие — вполне реально. 
 
Подход последующих волн цунами 11 марта 2011 г. к побережью Тохоку в районе г. Сендай, уже залитому на глубину нескольких метров первой волной
 
На суше — о море
 
Исследователи из Института вычислительных технологий СО РАН и Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН недавно завершили большой проект в рамках гранта РНФ «Оценка цунами-опасности побережья Курило-Камчатского региона, Японского, Охотского и Черного морей». В работе участвовали представители и других научных коллективов, включая Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (Москва) и Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский), но основное ядро составляли новосибирские ученые.
 
Казалось бы, какое отношение имеет Новосибирск, где есть только «море» в кавычках — Обское водохранилище, к цунами? Однако, как говорит руководитель проекта доктор физико-математических наук Леонид Борисович Чубаров (ИВТ СО РАН), в Сибирском отделении исследования вопросов гигантских волн имеют давнюю традицию, начавшуюся с академиков Михаила Алексеевича Лаврентьева, Гурия Ивановича Марчука, Николая Николаевича Яненко и их учеников, и продолжаемую научными «внуками» и «правнуками». «Именно здесь, в Вычислительном центре СО АН, в лабораториях, возглавляемых доктором физико-математических наук Анатолием Семёновичем Алексеевым и кандидатом физико-математических наук Юрием Ивановичем Шокиным (оба впоследствии стали академиками), впервые в СССР были созданы математические модели движения цунами в океане с реальным рельефом дна, которые были реализованы на БЭСМ-6 — крупнейшей из доступных в то время российским ученым электронно-вычислительной машине (слово «компьютер» по отношению в этой технике тогда еще в СССР не употреблялось). Созданная в ВЦ СО АН программа считала распространение цунами чуть быстрее, чем шло его реально движение, и это по тем временам считалось большим успехом. С тех пор новосибирские исследователи цунами прочно удерживают позиции лидеров в области создания математических и численных моделей и пакетов программ, используемых для расчетов цунами», — рассказывает Леонид Чубаров.
 
Идея проекта родилась из необходимости решить крупную и очень важную задачу: долгосрочную оценку цунами-риска. Оперативный прогноз разрушительных волн более или менее успешно решается с помощью службы предупреждения о цунами, действующей на Дальневосточном побережье РФ с 1958 года. Однако карты долгосрочной цунами-опасности, необходимые администрациям регионов, строителям и МЧС, до сих пор отсутствуют. «Вплоть до настоящего времени единственным нормативным документом на этот счет является Постановление Совета Министров РСФСР № 19 от 08.01.1964 г., которое запрещает строительное освоение цунами-опасных районов. Тем не менее на практике такое освоение проводится во многих потенциально цунами-опасных зонах, в частности, при промышленной разработке шельфовых месторождений нефти и газа на Сахалине, а также при строительстве портовых нефтегазовых терминалов», — отмечает Леонид Чубаров.
 
В число исполнителей проекта вошли математики-вычислители, геофизики и сейсмологи — известные специалисты с большим опытом, профессора и доктора наук, а также молодые исследователи, недавние выпускники Новосибирского государственного университета. Несмотря на имевшиеся заделы в области моделирования цунами и большой опыт расчетов именно в Дальневосточном регионе, задача перед ними стояла сложная. Помимо создания собственно математических моделей было необходимо проанализировать огромный наблюдательный материал по сейсмологии и региональной сейсмотектонике, выбрать на его основе правильные закономерности повторения цунамигенных землетрясений различной магнитуды и провести большой объем сценарных расчетов, которые выполнялись на кластере НГУ (эта объемная работа была выполнена кандидатом физико-математических наук Софьей Александровной Бейзель). Кроме того, помимо Дальневосточного побережья в проект добавили оценку цунами-опасности Черного моря, что было актуальным в связи с планировавшимся созданием на нем службы предупреждения о цунами.
 
Пример сценарного расчета возбуждения и распространения модельного цунами от очага подводного землетрясения магнитуды 8.4 в районе Средних Курил. Цветовая шкала показывает максимальные амплитуды волн (в метрах), достигнутые за всё время расчета. Такие расчеты были положены в основу вероятностных оценок цунами-опасности Дальневосточного побережья
 
Предвидеть и предугадать
 
Для того чтобы предусмотреть вероятность цунами-опасности, тем более на достаточно длительные промежутки (500, 1 000 и более лет) и особенно для проектировщиков и строителей различных объектов, необходим большой массив данных об уже свершившихся катастрофах. При этом наблюдательный материал, как правило, ограничен. Если говорить об инструментальных записях цунами, то на Дальнем Востоке России информация вообще начала фиксироваться с середины 1950-х годов. 
 
«Приходится привлекать данные о сейсмотектонике региона, то есть о глубинных геодинамических процессах, приводящих к возникновению сильных землетрясений и вулканических извержений в зонах субдукции, типичным примером которых является Курило-Камчатская зона, — комментирует заведующий лабораторией изучения цунами ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук Вячеслав Константинович Гусяков. — На этой основе определяются наиболее вероятные зоны расположения и механизмы «работы» очагов подводных землетрясений, оцениваются интервалы их повторяемости. Таким образом строится сейсмотектоническая модель региона». 
 
Дальше в дело вступают математические модели возбуждения и распространения цунами, позволяющие просчитать возмущение от движений дна, возникших в глубинах океана до колебаний уровня воды в различных точках побережья. Здесь также есть масса технических и технологических проблем, но они все преодолимы, за исключение одной — для уверенного предсказания высоты волны на берегу требуется точное знание батиметрии (совокупность данных о глубинах водного объекта, результат батиметрической съемки. – Прим. ред.) прилегающих к суше участков морского дна. «Вот с этим дело обстоит очень непросто, — признается Вячеслав Гусяков. — Для очень многих районов таких данных просто нет, для других они есть, но получить их в свое распоряжение ученым очень трудно, в большинстве стран прибрежная батиметрия считается либо закрытой, либо конфиденциальной информацией».
 
Однако выход из этой сложной ситуации был найден — для построения обзорных карт цунами-опасности вполне достаточно глобальных цифровых массивов батиметрической информации, как, допустим, известного массива цифровой батиметрии GEBCO-30, находящихся в открытом доступе. Их качество позволяет достаточно надежно предсказывать высоту цунами, например, на изолинии 30-метровой глубины, проходящей на некотором удалении от берега. «Для более точных оценок величины волн непосредственно на берегу необходимы более детальные сетки, с малым шагом, в идеале — достигающем 5—10 метров, — говорит Вячеслав Гусяков. — Помимо этого требуются и другие алгоритмы, в том числе позволяющие считать процесс наката воды на сухой берег, — они были разработаны в рамках данного проекта в Институте вычислительных технологий СО РАН в группе под руководством докторов наук Александра Дмитриевича Рычкова и Гаяза Салимовича Хакимзянова.
 

Вячеслав Гусяков: «Казалось бы, период в 200 лет находится далеко за пределами «горизонта планирования» человеческой деятельности. Да, это правда: разрушительные цунами — редкое природное явление и на отдельном участке побережья наблюдаются не чаще одного раза в 50—100 лет. Однако не учитывать возможность их появления нельзя. Последнее десятилетие дало нам примеры реализации событий очень маловероятных, но повлекших крайне тяжелые последствия. Например, мегацунами 2004 года в Индонезии, период повторяемости которого оценивается в 400—500 лет или цунами Тохоку 2011 года в Японии, где предыдущее событие подобного масштаба случилось почти 1100 лет тому назад. Тем не менее оба эти события произошли на наших глазах и оказались совершенно неожиданными, даже для Японии, где на всем восточном побережье стоят десятки памятников жертвам цунами».

 
Как отмечает Вячеслав Гусяков, главной целью проекта было именно создание вероятностной методики оценки цунами-опасности и воплощение ее в рамках высокотехнологичной информационно-экспертной системы, пригодной для использования в конкретных проектах «под заказчика». «Кстати, здесь нас очень выручил самый молодой участник проекта, младший научный сотрудник ИВТ СО РАН Владимир Андреевич Кихтенко, которому в сжатые сроки удалось создать очень удобную и эффективную систему хранения и визуализации данных сценарных расчетов, без которой анализ их результатов был бы крайне затруднителен». 
В качестве демонстрации методики в действии были рассчитаны обзорные карты цунами-опасности всего Дальневосточного побережья России и отечественной части побережья Черного моря на периоды в 100, 200, 500 и 1 000 лет. Они позволяют количественно сравнивать уровни угрозы на различных частях берегов РФ и определять участки, нуждающиеся в детальном цунами-районировании. Именно детальные карты впоследствии должны послужить руководством для проектировщиков и строителей.
 
Карта цунами-опасности Дальневосточного побережья РФ для интервала повторяемости в 1 000 лет
 
Где море — там и цунами
 
«Можно сказать, что все восточное побережье Камчатки и Курильских островов находится в зоне высокого цунами-риска. На интервалах в двести и более лет здесь возможны цунами высотой в 10—15 метров, защититься от которых невозможно», — говорит Вячеслав Гусяков. 
 
Фактически, в этих районах ничего нельзя строить, особенно — объекты типа атомных электростанций или нефтегазовых терминалов. Они и так в случае техногенных катастроф несут в себе заряд опасности для человека, а если добавить сюда риски, связанные с цунами… Словом, лучше предусмотреть возведение подобных сооружений в другом месте. Кроме того, очевидно, в указанных зонах стоит отказаться и от зданий, где в течение длительного времени находятся люди. В первую очередь, это жилые дома, школы, больницы. 
 
«В то же время совсем отойти от моря в таких районах, где эксплуатация морских и прибрежных ресурсов является основой хозяйства, также невозможно, — признает Вячеслав Гусяков. — Поэтому возникает задача рационального планирования освоения природных ресурсов и управления жизнедеятельностью на этих территориях. В частности — совершенствование Службы оперативного прогноза цунами и превентивного планирования защитных мероприятий, для чего также требуются карты цунами-опасности».
 
Угроза цунами для берегов Берингова, Охотского и Японского морей, по сравнению с Курило-Камчатским побережьем, существенно ниже, по крайней мере, в отношении максимальных «площадей поражения». Однако частота повторения гигантских волн, например, для побережья Приморья является достаточно высокой — за вторую половину XX века опасные явления наблюдались здесь трижды: в 1940, 1986 и 1993 годах. «Источником этих цунами были подводные землетрясения, происходившие в восточной части Японского моря с очагами на крупной литосферной границе раздела, протягивающейся вдоль западных берегов Японии, — комментирует Вячеслав Гусяков. — Причем сильные цунами в подобных акваториях возникают подчас даже при землетрясениях умеренной магнитуды, цунами от которых в субдукционных зонах едва заметны. Причиной этого является высокая вероятность возникновения в этих морях подводных оползней и обвалов как следствия повышенных скоростей осадконакопления». 
 
Цунами-опасности Черного моря в проекте был посвящен специальный раздел. ХХ век не принес ни одного случая сильных катастрофических волн, поэтому репутация у «самого синего в мире» прочно утвердилась в эпитетах «ласковое», «курортное», практически домашнее. Однако если заглянуть вглубь не вод, но истории, то выяснится: это далеко не так. 
 
«В ходе выполнения нашей работы была проведена полная ревизия исторического каталога цунами для Черного моря, — говорит Вячеслав Гусяков. — Он практически удвоился (главным образом благодаря историческим и архивным изысканиям, проведенным сотрудником Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН доктором геологических наук Андреем Алексеевичем Никоновым) и сейчас включает около 50 случаев цунами, наблюдавшихся в Черном море на протяжении последних 2 500 лет». Среди выявленных событий обнаружились разрушительные волны с высотами до 4—5 м, иногда до 7—8 м, вызывавшие гибельные последствия для древних городов (Диоскурия, Себастополис, Бизона, Пантикапей) и многих прибрежных поселений.
 
Кроме того, в сравнении с Дальневосточным регионом механизмы появления цунами на теплых берегах оказались более разнообразны. В частности, некоторые возникли после землетрясений, очаги которых располагались целиком в пределах суши, например на Северо-Анатолийском разломе, проходящем по территории Турции в сотне километров от берега. «Это опять же говорит о важности учета вторичных механизмов генерации, в первую очередь, оползневого, — объясняет Вячеслав Гусяков. — Кроме того, следует учитывать разницу в физико-географических и морфологических характеристиках побережья. На подверженном большим приливам, тайфунам и сильным штормам Курило-Камчатском побережье однометровое цунами может пройти незамеченным. Та же самая волна на переполненных в разгар курортного сезона галечных пляжах Крыма или Сочи способна оказаться очень опасной, а трехметровая — привести к поистине катастрофическим последствиям». 
 
Выводы, полученные в результате работы сибирских ученых по цунами-опасности Черного моря, говорят о необходимости создания там службы предупреждения о цунами. Только строиться такая служба должна на несколько иных принципах, отличных от используемых на Дальневосточном побережье, иначе не избежать многочисленных ложных тревог, ущерб от которых может быть сопоставим с ущербом от самих угрожающих волн.
 
Подготовила Екатерина Пустолякова
 
Фото: из открытых источников (анонс), предоставлены Леонидом Чубаровым (остальные)
 
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (3 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus