Підземні бурі: моніторити можна, передбачити неможливо

Хвиля потужних землетрусів, один з яких нещодавно відбувся в Туреччині, викликала значний резонанс у світі. Вже вкотре постали питання: чи можна передбачити підземні бурі та як уникнути їхніх руйнівних наслідків. На цих проблемах фокусує увагу і наша наукова спільнота. Питання сейсмічної небезпеки території України було розглянуто на засіданні Президії Національної академії наук, а також — порушено у численних інтерв’ю, зокрема і директора Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, члена-кореспондента НАН Олександра Кендзери академіку Володимиру Семиноженку у програмі «Про науку. Компетентно». Тож як аналізують науковці сейсмічні події та їх вірогідність в Україні?

Зазвичай сейсмічні події відбуваються у так званих сейсмічних поясах — місцях зіткнення літосферних плит. Континенти не статичні, вони постійно в русі, змінюють своє положення впродовж мільйонів років, унаслідок цього виникає тиск, який потім виливається у розвантаження у місцях контактів плит, а отже, призводить до землетрусів.

Хто «винен»?

Як констатував у своїй доповіді на засіданні Президії старший науковий співробітник Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України Дмитро Гринь, основними «винуватцями» останнього руйнівного землетрусу в Туреччині були Арабська й Анатолійська плити, розділені розломом.

За словами Дмитра Миколайовича, цей розлом протягом тривалого часу був неактивним, сейсмологи не звертали на нього увагу. В результаті того, що Арабська плита надавила на Анатолійську, відбулось розвантаження тектонічної напруги, адже сили тертя між плитами вже не могли утримувати їх у відносно статичному положенні. Як зауважив у своєму інтерв’ю Олександр Кендзера, за шкалою MSK-64 землетрус у Туреччині потягнув на 9 балів.

Через катастрофічні руйнування під час землетрусів в українців виникає чимало запитань до влади, архітекторів, будівельників і, звісно, до науковців.

Наша країна розташована в південній частині сейсмічного поясу, який простягається через Португалію, Італію, Грецію, зону Вранча, Туреччину, Крим до Кавказу. Найбільша сейсмічна активність спостерігається в південно-західній частині Одеської області, Передкарпатті, Закарпатті та Криму. Також землетруси трапляються і на платформній частині України, наприклад, на Дніпропетровщині, Полтавщині, Чернігівщині та Донеччині.

Для України джерелом небезпеки є сейсмоактивна зона, розташована на ділянці поєднання Південних і Східних Карпат у румунському повіті Вранча. Як зауважив Дмитро Гринь, ця зона є унікальним і цікавим з геологічного погляду місцем. Тут представлена вся глибинність землетрусів — від мантійних (близько 140 км) до поверхневих (15–20 км). Найбільші землетруси тут відбулися у 1940 році (7,4 бала), а також у 1977-му (7,5 бала). Тоді ж добряче трусонуло й Україну, зокрема і Київ. Останні землетруси у зоні Вранча трапились 17 грудня 2022 року (5,4 бала) і 6 лютого 2023-го (4,6 бала).

У Києві в 1977 році руйнувань і людських жертв не було, але, як розповідає Олександр Кендзера, люди перелякались, повибігали з будинків. Руйнування і людські жертви були після цих землетрусів у Румунії та Молдові. Частково — через якість будівництва.

Як розповідають сейсмологи, з 1990 року на території України не було сильних землетрусів від зони Вранча. «Це означає, що енергія або накопичується, або реалізується у вигляді маленьких землетрусів, які фіксуються тільки сейсмічними станціями», — зауважив Олександр Кендзера.

Інформація про те, що в Києві можливий семибальний землетрус, налякала багатьох. Як розповів Олександр Кендзера, за підрахунками вчених, на ґрунтах третьої категорії семибальний землетрус може виникнути раз на 5–10 тисяч років. «Це може статися і завтра, і через кілька тисячоліть, — пояснює він. — Вірогідність є, але коли це відбудеться, наука сказати не може».

Науковці згадували і про Кримський землетрус 1927-го, який завдав значних руйнувань на південному узбережжі півострова. «Є думка — якщо будувати не на м’якому ґрунті, а на скельному, то можна захиститись від землетрусів, — розповів Олександр Кендзера. — Але виявилось, що це не так.

Наприклад, «Ластівчине гніздо» було побудовано на скелях і у 1927 році зазнало значних руйнувань.

Чи є якісь передвісники?

Відповідаючи на численні запитання, і Олександр Кендзера, і Дмитро Гринь зауважують, що моніторити землетруси можна, а передбачити фактично неможливо. По-перше, через велику глибину, на якій вони виникають. По-друге, науковці поки не можуть зрозуміти фактори, які запускають механізми розвантаження. «Залишається оперувати лише ймовірністю, — констатує Дмитро Гринь. — Наприклад, за 50 років на певній території було 10 землетрусів, і ми можемо сказати, що, ймовірно, у наступні 5 років там відбудеться землетрус».

У цьому контексті було згадано про європейський сейсмологічний проєкт AdriaArray, у якому бере участь Інститут геофізики. Його мета — вивчення сейсмічності територій країн, які розташовані біля Адріатичного моря, Альп і Карпат. Загалом у ньому беруть участь 1406 сейсмологічних станцій. Тут сконцентрована велика кількість сейсмологічного обладнання, завдяки чому можна шукати передвісники, але, як зауважують науковці, зовсім не факт, що цей пошук буде успішним.

Щодо землетрусу в Туреччині, то, як ішлося під час дискусії на засіданні президії НАН, його не передбачали, адже ця зона була сейсмічно неактивною протягом тривалого часу.

Траплялись випадки, коли землетрус нібито вдавалося передбачити. Як розповів Олександр Кендзера, у 1974 році в Китаї після відстеження передвісників, якими були різні геофізичні поля, фактично вдалося передбачити землетрус за 9 годин. Тоді китайці оголосили, що є надійний метод прогнозування, і тепер треба лише стежити за передвісниками. «Але природа довела, що з землетрусами не все так просто, — зауважив Олександр Кендзера. — Через півтора року в тій самій системі розломів відбувся ще один землетрус, унаслідок якого загинуло маже 400 тисяч людей. Але передвісників — як минулого разу — не було».

Можливими провісниками землетрусів інколи вважають тварин. Але за кілька днів вони нічого «передбачати» не можуть.

— Так, тварини можуть відчувати коливання землі в низькочастотному діапазоні, в якому не відчуває людина — від 2 до 7 Гц, — пояснює Дмитро Гринь. — Землетрус відбувається не одномоментно, виникають рухи землі, які тварини відчувають і відповідним чином реагують.

Олександр Кендзера згадав про спостереження за поведінкою ящірок на Чорноморському узбережжі — перед сильним землетрусом вони справді виповзають на поверхню. «Але виявилось, що ящірки так реагують не лише на землетруси, — зауважує науковець. — Тому й було зафіксовано величезну кількість неправдивих прогнозів».

Під час дискусії на Президії директор Головної астрономічної обсерваторії НАН України академік Ярослав Яцків згадав про проєкт «Іоносат-Мікро», метою якого є вивчення динамічних процесів в іоносфері нашої планети за допомогою космічних та наземних вимірювань, для пошуку взаємозв’язку іоносферних збурень з процесами, зокрема у внутрішніх оболонках Землі.

Але, за словами академіка, мине ще не один десятків років, поки людство досягне можливості прогнозування такого рівня.

Людство хвилює питання, чи можна навмисне ініціювати землетруси. Періодично виникають чутки про розроблення геофізичної зброї. Доводилось чути думку, що нібито й масовані обстріли здатні призвести до штучних катаклізмів. Але науковці поки не підтверджують такої можливості.

— Поки це фантастика, — зауважує Дмитро Гринь. — Теоретично ядерні заряди можна закласти на певну глибину. Але річ у тому, що землетруси виникають на глибині в десятки й сотні кілометрів. Тому постає технічна проблема — яким чином сфокусувати енергію, щоб відбулися тектонічні зсуви.

Мережа сейсмостанцій і карти

Для відстеження сейсмічних подій Інститут геофізики створив регіональну мережу сейсмічних спостережень. До неї у реальному часі надходить інформація про віддалені та місцеві землетруси.

— Національний центр сейсмологічних даних, який створено в інституті, здійснює збір і накопичення інформації, виконує оперативну оцінку сейсмологічної обстановки в регіонах України, забезпечує сейсмологічними даними геофізичні дослідження внутрішньої будови Землі та роботи з сейсмічного захисту, — розповів Дмитро Гринь.

Сьогодні Інститут геофізики має 23 сейсмологічні станції, ще 7 розташовано у тимчасово окупованому Криму. На заході України працюють 16 станцій. Решта — на платформній частині України. Найновіша й найсучасніша станція Київ-IRIS експлуатується разом з Альбукерською сейсмологічною лабораторією Геологічної служби США.

— Її унікальність полягає в тому, що вона розташована на Українському кристалічному щиті на глибині 35 метрів, — зауважив Дмитро Гринь. — Щит починається у Вінницькій області, а закінчується фактично біля Азовського моря. Така протяжність і монолітність дає змогу відчувати надзвичайно «тихі» сейсмічні події. Наприклад, віддалені ядерні вибухи.

Для контролю за техногенними землетрусами було створено локальну мережу сейсмічних станцій в районі розташування Новодністровського комплексу ГЕС і ГАЕС. «Цікаво, що на цій території відбувалося дуже багато землетрусів переважно великої бальності, — розповів Дмитро Гринь. — Але коли гідрокаскад почали наповнювати водою, то відбулось перенаправлення напружень, і почало виникати багато землетрусів магнітудою 1,5–3 бали. Водночас великі землетруси припинились. Тобто маємо безпосередній вплив Новодністровської ГЕС на сейсмічну картину».

Інститут геофізики зібрав велику базу даних, завдяки чому було побудовано карту сейсмічності України від зони Вранча, на якій, окрім інформації про Вранчівські землетруси позначено останні зафіксовані на нашій території коливання земної поверхні.

Наприклад, у Чорному морі 27 лютого цього року був землетрус у 3,5 бала. На Закарпатті того ж дня — 3,3 бала, в Кривому Розі — 3 бали. Також було побудовано карту тектонічних порушень на території України.

— Всі ці карти лягли в основу карти загального сейсмічного районування території України, — наголосив Дмитро Гринь. — Вона увійшла до Державних будівельних норм, використовується в їхній новій редакції зразка 2019 року і є обов’язковою для всіх забудовників.

Неважливо, коли відбудеться землетрус, а важливо — де і якої сили, зауважують науковці. Проєктуючи в конкретній місцевості сейсмостійкий будинок, греблю або АЕС, маємо знати, чи розваляться вони в разі максимально можливих землетрусів.

Отже, сьогодні захист від землетрусів полягає у широкому використанні сейсмостійкого проєктування і будівництва. Як завважив Дмитро Гринь, карти з різним розподілом сейсмічної небезпеки використовуються для об’єктів різного класу відповідальності. Наприклад, на Київщині будівлі, в яких не живуть люди, будуються з урахуванням 5-бального землетрусу. Якщо будівля має велику висотність або в ній може перебувати багато людей одночасно, то тут вже застосовується шестибальна зона. «Причому йдеться про ґрунти першої категорії, — додає Дмитро Гринь. — У разі зміни ґрунтів на другу категорію потрібно будувати вже під семибальну зону».

Або, скажімо, атомну станцію не можна будувати там, де може бути землетрус понад 8 балів.

Щодо будинків, які вже побудовано, то, за словами Олександра Кендзера, для визначення їхньої сейсмостійкості потрібно створити відповідну модель будівлі, порахувати, які напруження будуть на різних конструкціях, і зміцнити їх. Або зруйнувати цей будинок і побудувати інший.

Для проведення сейсмічного мікрорайонування Інститут геофізики розробив методику визначення кількісних параметрів сейсмічних впливів для сейсмічного захисту. Такі роботи проводились для Київської, Кременчуцької, Середньодніпровської ГЕС та Канівських ГЕС і ГАЕС, для нафтобази в Бродах, нафтопроводу «Дружба», газорозподільчих станцій в Ужгороді, Барі, Яготині, Диканьці, для низки соціально-культурних і житлових об’єктів.

— Наприклад, житловий комплекс із трьох хмарочосів біля Повітрофлотського шляхопроводу в Києві, — розповів Дмитро Гринь. — Фактично Інститут геофізики гарантує, що проживання в цих будинках є безпечним і вони будуть стійкими до землетрусів у рамках Державних будівельних норм. А територія там дуже складна.

Інститут геофізики проводив такі роботи й для об’єкта «Укриття» на Чорнобильській АЕС. Зокрема, довелось перераховувати деякі показники з урахуванням дії зони Вранча, чого не було зроблено фірмою-проєктувальником.

Враховуючи те, що сьогодні закордонне обладнання є надзвичайно дорогим і малодоступним, Інститут постійно створює власне, яке дає змогу розв’язувати низку нестандартних задач.

— Зокрема, ми розробили обладнання, яке можна ставити на поверхах будинку і фактично відстежувати в онлайн-режимі його «поведінку» під час дії сейсмічних хвиль, — розповів Дмитро Гринь. — Тобто ми бачимо відсутність або присутність резонансних частот, які є небезпечними для будинку. В принципі такі технології не нові. У США вони використовуються у шпиталях, де є лежачі люди, які не можуть бути дуже швидко евакуйовані.

Найкращий захист — дотримуватись норм

В Україні в нормативному плані ситуація краща, ніж, наприклад, у Туреччині. В нас є принаймні державні будівельні норми «Будівництво в сейсмічних районах України», картою з яких зобов’язані користуватись усі, хто проєктує, будує або експлуатує будинки. «В ДБН, з одного боку, є інформація, які максимальні землетруси з якою імовірністю за певний час будуть виникати, а з другого — з якою максимальною інтенсивністю вони будуть проявлятись у тому чи іншому місці на території України», — додає Олександр Володимирович.

Небезпечно будувати на розломах і біля них, але, виявляється, що під час землетрусів виникають сейсмічні хвилі, які, виходячи на поверхню, змінюють свою амплітуду вчетверо. «Дуже важливу роль відіграє будова середовища безпосередньо на самому будівельному майданчику, — пояснює Олександр Кендзера. — Певні хвилі можуть згасати, якісь залишаться незмінними, а якісь — підсилюватимуться. І щоб ті, хто проєктує й будує, мали відповідну інформацію, треба вивчити складну картину можливих коливань і передбачити запас міцності».

Отже, за словами науковця, оцінка землетрусу в балах годиться для того, щоб наочно побачити, де є небезпека, а де її немає. Але цього недостатньо, щоб дати проєктувальникам, будівельникам і експлуатаційникам інформацію про те, розвалиться будинок чи ні та яка конструкція може витримати.

Як ішлося під час дискусії, в Україні є фахівці, які можуть зробити такі розрахунки. Але поки що державні будівельні норми не вимагають, щоб для кожного будинку здійснювався динамічний розрахунок впливу землетрусів.

На папері нібито все добре. Але, як констатував Дмитро Гринь, в українському правовому полі немає установи, яка б контролювала будівельників. Олександр Кендзера додає, що після чергових реформ Державної будівельної інспекції фактично не залишилось інструментів до чогось примусити будівельників.

Останні тридцять років Київ та інші великі міста України забудовуються багатоповерхівками різного класу. «Чи всі забудовники дотримуються можливих розрахунків щодо сейсмостійкості?» — запитав академік Семиноженко Олександра Кендзеру. Відповідь: таких багато, але про всіх говорити не доводиться.

Ба більше, як констатував директор Інституту геофізики, у забудовників не зовсім правильне уявлення про те, що будинок, який спроєктовано в сейсмостійкому варіанті, буде дорожчим, аніж «звичайний». «Сейсмостійкість — це не більший обсяг сталі й бетону, — пояснив Олександр Кендзера. — Захищатись потрібно в інший спосіб. Наприклад, там, де є резонанси, передбачити рухливість, розрахувати довжину прольотів, наявність стінок, які підпирають верхні поверхи тощо».

Цікаву історію розповідає директор Інституту геології Київського національного університету Сергій Вижва. Коли він звернувся до організації, яка експлуатує 26-поверхові будинки поруч з будівлями інституту, з проханням дозволити розмістити на поверхах сейсмологічне обладнання, експлуатаційники перестали виходити на зв’язок. Можливо, побоялись, що науковці щось знайдуть.

Розбудовувати мережу

«Дуже позитивною є обставина, що саме наші науковці розробили карти загально- та мікросейсмічного зондування, — наголосив президент НАН академік Анатолій Загородній. — Це має вкрай важливе значення для вибору будівельних майданчиків і планування будівництва».

Серед пропозицій науковців Інституту геофізики — розбудовувати мережу сейсмічних станцій (із можливим залученням приватного сектора), продовжити роботу з удосконалення геофізичних методів виявлення небезпеки, що пов’язана з землетрусами та їхніми короткостроковими й довгостроковими впливами на об’єкти інфраструктури України, і далі удосконалювати методики загального детального сейсмічного районування територій та сейсмічного мікрорайонування будівельних майданчиків, розвивати міжнародну співпрацю з провідними установами ЄС та США в галузі прогнозування сейсмічної небезпеки та захисту від землетрусів. І, звісно, — придбати сертифіковану сейсмічну,

сейсмологічну та інженерно-сейсмологічну апаратуру.

Також пролунала пропозиція від Анатолія Загороднього до відділення наук про Землю НАН: розглянути доцільність створення координаційної ради з проблем сейсмічної безпеки України, у якій зібрати фахівців, котрі працюють у цій галузі, інвентаризувати всі дослідження у цьому напрямі й підготувати відповідні пропозиції.

Інтерв’ю Олександра Кендзери Володимиру Семиноженку можна переглянути за посиланням — https://www.youtube.com/watch?v=TwFGaM86nmQ.

Дмитро ШУЛІКІН

На фото: землетрус у Туреччині; Крим 1927; Дмитро ГРИНЬ; Олександр КЕНДЗЕРА та Володимир СЕМИНОЖЕНКО у програмі «Про науку. Компетентно».

Читайте також: