Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет
Шрифт:
Также из этого следует, что раз в 300 лет в районе Тегерана может произойти землетрясение с магнитудой от 7 баллов. Именно такого землетрясения боится Сьюзен Хоф. Землетрясение магнитудой 7 баллов на Гаити, случившееся в 2010 г. и погубившее 316 тыс. человек {329} , продемонстрировало апокалиптические последствия подобных событий для развивающегося мира. Многие из проблем Ирана аналогичны проблемам Гаити – бедность, низкий контроль над соблюдением строительных норм, политическая коррупция {330} , – однако плотность населения в Иране значительно выше. По расчетам USGS, с учетом показателей общей смертности в стране, в случае катастрофического подземного толчка может погибнуть от 15 до 30 % населения Тегерана {331} . Поскольку в ареале Тегерана живет около 13 млн человек, количество жертв может составить от 2 до 3 млн.
329
«Largest and Deadliest Earthquakes by Year: 1990–2011», United States Geological Survey. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/year/byyear.php.
330
«Corruption Perceptions Index 2011», Transparency.org. http://cpi.transparency.org/cpi2011/.
331
Kishor Jaiswal and David Wald,
Из того факта, что частота землетрясений и их магнитуда подчиняются закону Гутенберга – Рихтера, вовсе не следует, что мы можем узнать, когда именно произойдет землетрясение (также не следует, что в Тегеране «неминуемо» случится землетрясение, если только другое землетрясение не произошло там совсем недавно). У таких стран, как Иран и Гаити, нет возможности реализовывать планы действий в отношении события, происходящего раз в 300 лет. Прогнозы землетрясений, созданные на основе закона Гутенберга – Рихтера, дают лишь общее руководство по оценке степени угрозы в том или ином регионе. Прогнозы погоды, основанные лишь на исторической статистике (в марте в Лондоне дождь идет 35 % времени), не всегда превращаются в применимые на практике знания (брать ли мне с собой зонт или нет?). В геологии временные срезы охватывают века или даже тысячелетия; а срок человеческой жизни измеряется не секундами, а годами.
Искушение сейсмологов
На самом деле сейсмологи заинтересованы иметь то, что Сьюзен Хоф называет «Святым Граалем» сейсмологии, – прогнозы, связанные со временем, согласно которым вероятность землетрясения не считается равномерно распределенной во времени. Даже те из них, кто скептично относится к возможности делать подобные прогнозы, признают, что в распределении землетрясений по времени присутствуют определенные закономерности. А самая очевидная из них – наличие повторных сейсмических ударов (также называемых афтершоками).
После крупных землетрясений почти всегда возникают десятки или даже тысячи афтершоков (после землетрясения 2011 г. в Японии ученые насчитали не менее 1200). Эти афтершоки следуют довольно предсказуемой тенденции {332} . Они возникают значительно чаще сразу же после землетрясения, чем через несколько дней после него, и значительно чаще, чем через несколько недель.
Однако знание этого обстоятельства не особенно помогает нам, когда речь заходит о спасении человеческих жизней. Прежде всего потому, что афтершоки, по определению, всегда слабее изначального землетрясения. Обычно, если какой-то разлом земной коры вызывает достаточно мощное землетрясение, количество афтершоков будет небольшим, и на какой-то момент в регионе воцарится спокойствие. Однако так происходит не всегда. Например, невероятно сильное землетрясение, произошедшее в районе Нью-Мадридского геологического разлома на границе штатов Миссури и Теннесси 16 декабря 1811 г. и оцененное сейсмологами в 8,2 балла, произошло всего через шесть часов после другого удара примерно той же силы. Но на этом дело не закончилось – после землетрясений 16 декабря произошло еще одно землетрясение силой 8,1 балла (23 января), а затем еще одно, даже более мощное – силой 8,3 балла (7 февраля). Какие из них можно было бы считать предвестниками, а какие – афтершоком? Любая версия будет в данном случае бессмысленной.
332
Согласно эмпирическому правилу, известному как «Закон Омори», количество афтершоков обратно пропорционально времени, прошедшему после первоначального землетрясения. Иными словами, афтершоки будут, скорее всего, происходить сразу же после землетрясения, чем через несколько дней, и через несколько дней, а не недель после события.
Разумеется, главный вопрос состоит в том, способны ли мы предсказать землетрясения заранее и можем ли мы отличить предвестника от афтершока? И когда мы смотрим на данные по распределению землетрясений во времени и пространстве, у нас появляется искушение предположить, что в шуме может иметься какой-то сигнал.
Например, на рис. 5.3a показано распределение землетрясений, произошедших вблизи Л’Акуилы {333} за период с 2006 г. до момента возникновения землетрясения 2009 г. магнитудой 6,3 балла {334} . На графике кружками, за исключением большого черного круга (относящегося к основному землетрясению), отмечены время и магнитуда других землетрясений, произошедших ранее. В случае Л’Акуилы ситуация представляется довольно ясной. Непосредственно перед ударом 2009 г. в регионе произошел целый ряд землетрясений силой до 4 баллов – что было значительно выше прежнего уровня сейсмической активности.
333
В основе
334
База данных Instituto Nazionale di Geofisicae Volcuanologia. http://web.archive.org/web/20101114020542/http://cnt.rm.ingv.it/earthquakes_list.php.
Рис. 5.3а. Соотношение между землетрясениями, произошедшими вблизи Л’Акуилы (Италия) за период с 1 января 2006 г. по 6 апреля 2009 г., и их магнитудами
Менее очевидной представляется ситуация с землетрясением 2011 г., произошедшим в Японии. На графике, сделанном для региона Тохоку (рис. 5.3б), мы прежде всего видим, что эта местность сейсмически более активна, чем окрестности Л’Акуилы в Италии. Однако можно ли выявить на нем какие-то закономерности в распределении землетрясений по времени? Судя по всему, да; например, выделяется группа землетрясений силой от 5,5 до 7 баллов, произошедших в середине 2008 г. Однако они не сопровождались более масштабным землетрясением. При этом заметен особенно крупный предварительный толчок силой 7,5 балла (9 марта 2011 г.), случившийся примерно за 50 часов до землетрясения магнитудой 9,1 балла в Тохоку {335} .
335
Точная сила землетрясения в Тохоку обсуждается до сих пор; в использованной мной базе данных приводится цифра магнитуды 9,1, а в других источниках – 9,0.
Рис. 5.3б. Соотношение между землетрясениями, произошедшими вблизи Тохоку (Япония) за период с 1 января 2006 г. по 11 марта 2011 г., и их магнитудами
Однако заметные предвестники возникают лишь у половины значительных землетрясений {336} . На Гаити их не было (рис. 5.3в). К сожалению, в большинстве карибских регионов имеется недостаточно инструментов для проведения замеров, поэтому у нас нет данных о землетрясениях магнитудой 2 и 3 балла, однако сейсмометры в США и других регионах способны уловить колебания на уровне 4 баллов и больше. Последний раз землетрясение магнитудой 4 балла в этом регионе зарегистрировано в 2005 г., то есть за пять лет до 7-балльного землетрясения 2010 г. Иными словами, не было никаких предупреждающих сигналов.
336
Hough, «Predicting the Unpredictable», Kindle locations 1098–1099.
Еще сильнее ситуацию усложняют ложные сигналы – периоды повышенной сейсмической активности, не завершающиеся значительными толчками. Сейсмологи отлично помнят целый ряд небольших землетрясений, произошедших около города Рино, штат Невада, в начале 2008 г.
Рис. 5.3 в. Соотношение между землетрясениями, произошедшими вблизи Леогана (Гаити) за период с 1 января 2000 г. по 12 января 2010 г., и их магнитудами
«Рой землетрясений» в Рино напоминает тот, что наблюдался в Л’Акуиле в 2009 г. Однако он так и не привел ни к чему значительному; самое значительное землетрясение в серии имело магнитуду 5,0 (рис. 5.3 г).
Рис. 5.3 г. Соотношение между землетрясениями, произошедшими вблизи Рино, штат Невада, за период с 1 января 2006 г. по 31 декабря 2011 г., и их магнитудами
И это всего лишь часть того невообразимого массива данных, с которым работают сейсмологи. Он ввергает их в мучительное состояние: с одной стороны, этот массив не случаен, а с другой – недостаточно предсказуем. Возможно, мы могли бы хоть как-то продвинуться вперед в области прогнозирования землетрясений, даже если и не получится делать точные предсказания. Однако все прежние попытки предсказать землетрясения почти всегда завершались полной неудачей.
Парад неудачных прогнозов
Изданная в 2009 г. книга Сьюзен Хоф «Предсказывая непредсказуемое: волнующая всех наука о предсказаниях землетрясений» (Hough S. «Predicting Unpredictable: Tumultuous Science of Earthquake Prediction») представляет собой своеобразную историю попыток предсказать землетрясения, и, судя по всему, они оказались ненамного успешнее, чем прогнозы политических экспертов, о которых писал Фил Тетлок в своем исследовании.
В общем, в этой области в целом особый прогресс не наблюдается, однако можно увидеть много ложных сигналов.