Метан – вестник землетрясений

Сильнейшее землетрясение и последовавшее за ним цунами потрясло в прямом и переносном смысле не только Японию, но и весь мир. Серия толчков, самый мощный из которых – с магнитудой 9 баллов по шкале Рихтера, привела к колоссальным разрушениям. Значительная часть промышленной и транспортной инфраструктуры Северо-востока Японии – в руинах. Спустя месяц после катастрофы премьер-министр Японии Наото Кано сообщил, что погибли 13.000 человек,  более 14.000 человек числятся пропавшими без вести, и около 150.000 человек вынуждены покинуть места постоянного проживания. 

Возможность предсказания землетрясений и, соответственно, их последствий, в том числе волн цунами, изучается во многих странах учеными разных специальностей. Сегодня я беседую с доктором геолого-минералогических наук, профессором, заведующим лабораторией газогеохимии Тихоокеанского океанологического института имени В.И. Ильичева Анатолием Ивановичем ОБЖИРОВЫМ.

А.И. Обжиров 

– Анатолий Иванович, возможно ли предсказать дату землетрясения с точностью один-два дня?

– К сожалению, с такой точностью предсказать землетрясение мы пока не можем. 

– А почему?

– Давайте для начала посмотрим, отчего возникают землетрясения. Основной причиной их возникновения является движение блоков земной коры в горизонтальном и вертикальном направлениях. Блоки сталкиваются, трутся друг о друга по зонам разломов в результате воздействия многих природных факторов – конвективных движений внутри ядра Земли, влияния гравитационных притяжений от соседних планет, Луны, изменения атмосферных явлений и других процессов. Когда блоки задевают друг за друга, накапливается энергия упругой деформации. Сначала происходит изгиб краевых частей блоков, а затем накопленная энергия скачкообразно высвобождается с резким передвижением их вверх, вниз или в сторону. При резком движении вверх в океане формируется волна, высота которой при приближении к берегу, на мелководье, увеличивается и формируется цунами. 

– И что, ученые не научились замечать предвестники этих скрытых процессов?

– У ученых есть хорошее свойство – учиться новому! Итак, продолжим. При взаимном трении блоков коры происходит сейсмо-тектоническая активизация. Раскрываются старые разломы и образуются новые трещины. Эти процессы фиксируются сейсмографами сейсмических станций, появлением аномальных выделений газов различного состава. Эти процессы влияют на поведение животных, рыб. Они чувствуют появление газа, микросейсмические волны, возможно даже инфразвуковые колебания, беспокоятся и ведут себя не адекватно, иногда даже погибают от токсичных газов, выделяющихся перед землетрясением. 

Интересное наблюдение было сообщено в период землетрясения на северо-востоке Сахалина в городе Нефтегорск в мае 1995 года. Землетрясение произошло в первом часу ночи, но неожиданно за несколько минут до землетрясения выскочили куры из курятника и начали бегать по огороду. За 15 минут до землетрясения хозяин выводил собаку на прогулку. Неожиданно собака заволновалась, вернулась и забрала с собой на улицу щенка. Таких случаев описано много и существуют биологические критерии, позволяющие прогнозировать землетрясения по поведению различных животных, например крыс и даже рыб в аквариуме.

Сейсмические, газогеохимические, биологические индикаторы используются для прогноза сейсмо-тектонической активизации. Делается попытка по ним сделать прогноз даты возможного эпизода землетрясения, и очень редко это удается. И вот почему. Взаимодействуя, блоки зацепляются друг за друга, но затем могут разойтись без землетрясения, хотя все критерии возможного землетрясения проявятся. Такие активизации могут сменяться стабилизаций многократно, но в какой-то момент произойдет скачкообразный срыв и произойдет землетрясение. 

А.И. Обжиров с "океанологинями"   Альбом: Океанологи, робототехники

– Анатолий Иванович, вы упомянули о выделении газов перед землетрясениями. Значит ли это, что по процессу газовыделения можно судить о вероятности землетрясения? 

– Взаимосвязь этих явлений есть, но она очень непроста для интерпретации. Лаборатория Газогеохимии ТОИ ДВО РАН начала изучение природных газов на суше и море с 1984 года. Интерес к газогеохимическим исследованиям в морях и океанах связан с тем, что в придонных слоях воды формируются аномальные поля газов, отражающие геологические условия недр. То есть, если в недрах (в осадочном чехле или породах фундамента) присутствуют залежи углеводородов или другие скопления природных газов, то они создают в придонной воде аномальные поля. Изучение этих полей на геотраверсах в Охотском море показало следующее.

– Над месторождениями нефти и газа в придонной воде формируются аномальные концентрации метана, превышающие фон в 10-100 раз. Иногда вместе с метаном присутствуют тяжелые углеводороды – этан, пропан и бутан с гомологами.

– Над полями газогидратов в зонах разломов в придонной воде формируются сверхвысокие концентрации метана, достигающие 0.2 мл/л, что превышает фон в 100000 раз. Причем, в этом случае метан из донных отложений поступает в виде пузырей, которые фиксируются на гидроакустических эхограммах как звукорассеивающие вертикальные тела.

– Над глубинными зонами разломов в придонной воде формируются аномальные поля углекислого газа, если они сейсмо-тектонически пассивны, а если они сейсмически активны – в газе появляются водород, метан, гелий. Эти критерии могут служить прогнозными оценками землетрясений и цунами.

– Изучение распределения природных газов в воде также служит оценке экологической обстановке. Во-первых, газы, чаще всего метан, поступают в воду и из воды в атмосферу. В воде нарушается баланс жизнедеятельности биоты, а в атмосфере накапливаются «тепличные» газы, ведущие к глобальным процессам потепления климата.

В донных осадках также изменяются содержания углеводородных и других газов в зависимости от геологических условий. Сверхвысокие концентрации метана (200-300 мл/л) обнаруживаются на полях газогидратов в верхних слоях донных осадков.

Таким образом, газогеохимические исследования воды и донных осадков в морях и океанах являются важным критерием прогноза залежей углеводородов, предсказания землетрясений и цунами, оценки глобальных и региональных экологических условий.

– Если я вас правильно поняла, о сейсмоактивности сигнализируют выделяющиеся природные газы?

– Еще немного терпения. За период исследований распределения метана и других природных газов в Охотском море с 1984 по 2010 год нами была обнаружена очень важная закономерность. До 1988 года в придонной воде на восточном шельфе и склоне Охотского моря фоновые концентрации метана, как правило, не превышали 20-30 нанолитров на литр. Над залежами нефти и газа концентрации метана в придонной воде возрастали в 10 и более раз. В зонах разломов они увеличивались еще в 10-100 и даже более раз.

В экспедиции 1988 года на Сахалинском северо-восточном склоне на глубине 700 метров был обнаружен первый поток пузырей метана из донных осадков в воду. Этот поток хорошо фиксировался в виде почти вертикального столба на эхограмме эхолота. В районе этого выхода метана в донных осадках были обнаружены слои газогидратов. С каждым годом количество потоков пузырей метана увеличивалось, и возрастала концентрация метана в водных колонках Охотского моря. Первый максимум количества потоков пузырей метана и его концентраций достиг к 1995 году. В мае этого года случилось катастрофическое Нефтегорское землетрясение на северо-востоке Сахалина. 

А.И. Обжиров во Вьетнаме во время работы конференции  Альбом: Океанологи, робототехники

 

Далее с некоторыми колебаниями с каждым годом продолжалось увеличение концентраций и количества потоков пузырей метана. К 2010 году потоков пузырей метана на Сахалинском северо-восточном шельфе и склоне обнаружено более 500, а концентрация метана в придонной воде увеличилась в 100 раз, до 10000-20000 нанолитров на литр. В этот же период увеличивалось количество землетрясений, как на Сахалине, так и на всем западном побережье Тихого океана. Отметим некоторые землетрясения с магнитудой более 6 баллов: Углегорское (Сахалин, 2001), Хоккайдское (Япония, 2003), Курильское (2004), Суматра с разрушительным цунами (2004), Невельское (Сахалин, 2007), Фукусима (Япония) с катастрофическим цунами и частичным разрушением АЭС (2011) и другие на западном побережье Тихого океана.

– Анатолий Иванович, а каким может быть механизм взаимосвязи потоков пузырей метана и землетрясений?

– Наши исследования распределения природных газов в Охотском море и информация о прошедших землетрясениях в западной части Тихого океана в период наших измерений потоков пузырей метана возможно объяснить так.

– Выходы пузырей метана из донных отложений в воду обнаружены в зонах разломов. В период сейсмо-тектонической активизации происходит открытие древних разломов и появление новых. По разломам метан и другие газы мигрируют из недр к поверхности, и пузыри метана проникают в воду, создавая гидроакустические аномалии в виде вертикальных тел, эхограммы которых хорошо фиксируются в результате рассеивания пузырями газа звуковых волн. Сейсмо-тектоническая активизация приводит к эпизодам землетрясений и волн цунами.

И главный вывод. Природные газы являются не только индикатором сейсмо-тектонической активизации, но и участвуют в переходе сейсмической энергии в эпизоды землетрясений и волн цунами. Сейсмо-тектоническая активность связана со многими причинами – движением тектонических плит, подвижками блоков земной коры под влиянием положения и движения планет в космосе, гравитационными и температурными аномалиями, которые влияют на перемещения масс внутри ядра Земли и другими явлениями. Но важным является тот факт, что при этом открываются разломы, и по ним начинают подниматься из недр газы. Продвигаясь к поверхности, газ расширяется в связи с уменьшением давления и увеличивает трещины в зонах разломов. Кроме того, газ становится своеобразной «смазкой», «подушкой» и способствует резкому перемещению блоков относительно друг друга по разлому. Это и приводит к землетрясению. Если разлом относительно пологий, то происходит сдвиг в большей степени в горизонтальном направлении. Если разлом вертикальный, то происходит вертикальное смещение блоков и перемещенный вверх блок толкает вверх водную массу, что формирует волны цунами. Поэтому необходимо изучать критерии сейсмо-тектонических активизаций и по ним принимать решения о возможных эпизодах землетрясений и волн цунами в регионе и, соответственно, планировать строительство объектов в сейсмически безопасном исполнении. 

За последние 15 лет на всех континентах случилось столько же землетрясений, сколько за предшествующие полтора столетия. Два года назад только в одном из них – на Гаити – погибло около 300 тысяч человек. О происходящей сегодня природной катастрофе в Японии говорят буквально в каждой семье. Прогностика будущего – это огромные усилия и затраты, которые не под силу отдельным научно-исследовательским лабораториям и институтам. Проще утверждать, что предсказания отдельных землетрясений с точностью, достаточной для того, чтобы можно было планировать программы эвакуации, нереальны. Но даже анализ статистических данных говорит сам за себя – Земля вступает в стадию активности – количество землетрясений нарастает. 

Сейчас активизируется так называемое огненное кольцо – места, где выделяется около 80% всей сейсмической энергии планеты. Сюда входят Индонезия, Япония, Камчатка, Сахалин, Алеутские острова и все западное побережье обеих Америк. Это самая молодая зона коры. Человечество не готово к будущим катастрофам ни психологически, ни технологически. Так, вулкан Эйяфьятлайокудль полностью парализовал воздушное сообщение в Европе на много дней. Мировой технологический лидер Япония до сих пор не может ликвидировать последствия катастрофического землетрясения. Что еще нужно, чтобы начать беспокоиться?