Стихия воды. Как ученые прогнозируют цунами?

Ефим Наумович Пелиновский – главный научный сотрудник Института прикладной физики РАН, профессор НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде, доктор физико-математических наук, профессор

- Почему вы стали интересоваться такими непредсказуемыми явлениями как цунами?

- Наш Институт прикладной физики РАН занимался нелинейными уравнениями и математическими моделями. Я начал искать сферы  их применения, и оказалось, что они могут применяться в такой экзотической области, как исследования цунами.

Как это часто бывает, сначала занимаешься экзотикой, потом потихоньку появляется профессиональный интерес, и вскоре ты становишься профессионалом в этой сфере. Благодаря своей работе я посетил все острова Сахалина, Курилы, Камчатку и страны, связанные с этим стихийным бедствием. И по большому счету, интерес к экзотике связан как раз с нелинейной физикой.

- А как она применяется к изучению цунами?

- Цунами – это огромные волны. Этот процесс выходит за рамки линейной физики. Если мы имеем дело с большими энергиями, то это всегда нелинейный процесс.

 - То есть этот процесс также описывается определенными уравнениями?

- В некоторых случаях – это те же самые уравнения, которые применяются для оптических систем, для физики плазмы и так далее. Именно поэтому нелинейная физика охватывает самые разные вопросы. В основе многих нелинейных явлений содержатся одинаковые уравнения. Поэтому физики друг друга понимают.

- Считается, что чаще всего цунами вызывают землетрясения? Так ли это?

- Японский термин «цунами» переводится на русский язык как «волна в бухте». И конечно, возникают они, в большей степени, из-за землетрясений. По-прежнему, статистика говорит о том, что 80% всех цунами вызвано землетрясениями.  

Тем не менее, рекордсменами по высоте волны цунами являются волны, вызванные оползнями или лавинами. Среди российских примеров – случай, произошедший в декабре 2018 года на реке Бурея на Дальнем Востоке. Огромный оползень сошел в реку Бурея и вызвал волны до 40 метров в высоту. Река была перекрыта и Бурейская ГЭС чуть не осталась без воды, что привело бы к катастрофе. В настоящее время в этом районе проходит экспедиция, где работают мои друзья и коллеги.

Мы знаем также о событии, случившимся в нашем Нижнем Новгороде. В 1597 году в Волгу сошел большой оползень, и волна цунами разрушила Печерский монастырь, который в то время играл не менее важную роль, чем сам город Нижний Новгород.

А мировой рекордсмен – цунами в бухте Литуя (Аляска). В 1958 году в бухте произошел оползень, который вызвал волну цунами высотой в 524 метра.

Все-таки, волны, вызванные землетрясениями, имеют меньшую амплитуду. Максимальная зарегистрированная высота – 55 метров – цунами 2004 года в Индийском океане. Среди экзотических, но вполне разумных  примеров – цунами, вызванное падением метеорита. Высота волны в данном случае достигала огромных размеров. Были найдены исторические данные о том, что подобные волны бушевали на территории нынешней Калуги, на месте которой был настоящий океан. Геологи до сих пор находят свидетельства тех событий.

Когда в 2013 году упал Челябинский метеорит, он лишь пробил полынь в озере, но не вызвал цунами. Нам удалось промоделировать процесс и выяснить, почему лед на дал развиться волне цунами.

Сегодня большой интерес вызывают метеоцунами – волны с периодичностью от 10 до 30 минут. Одно из последних крупных событий произошло в Одессе в 2014 году. При этом одновременно с Одессой подобные аномалии случились и в Испании, и по всему побережью Средиземного моря.

Также известна идея использования цунами в военных целях. В свое время ее предложил советский физик-теоретик Андрей Сахаров. Все военные базы защищены средствами противоракетной обороны. Сахаров предлагал сбросить атомную бомбу в море вне зоны действия ПВО, вызвав волну цунами, которая сможет дойти до гавани и разрушить военную базу.

- Можно ли прогнозировать цунами?

- Какие-то можно, какие-то нет. Тут возможны разные подходы. Существует оперативный прогноз цунами. Его используют все службы предупреждения стихийных бедствий. Дело в том, что волна цунами в открытом океане движется со скоростью примерно 200 метров в секунду. А скорость сейсмической волны – порядка нескольких километров в секунду. Поэтому информация о землетрясении приходит на побережье существенно быстрее, чем волна цунами. Обрабатывая сейсмику, специалисты понимают, что волна цунами пошла, и в запасе есть от 10 минут до часа, чтобы предупредить население.

Но кроме науки в этой сфере есть то, что мне интересно чисто социально. Оказывается, хороший прогноз тоже плох. В 2011 году в Японии специалисты выдавали точный прогноз высоты волны. Но народ реагировал так – высота волны 5 метров – мне кажется, лет 10 назад уже была такая волна, но она не дошла до моего дома, поэтому останусь здесь.

Поэтому сейчас пытаются изменить классическую шкалу опасности и разделить ее на красный и желтый уровень, чтобы все-таки доносить до людей важность эвакуации. И эффективность службы предупреждения цунами от дальних землетрясений в море работает на 100 процентов. И если население не эвакуируется, то только по своей глупости.

От оползней пока нет ни системы предупреждения, ни системы защиты. Оползни локальны, и пока у нас нет четкого понимания, как их прогнозировать.

Падение метеорита можно спрогнозировать за несколько месяцев. Сегодня предлагаются методы взрыва метеорита, либо изменения его орбиты.

Также существует долгосрочный прогноз. К примеру, вы захотели построить порт. Вы должны четко понимать – есть ли опасность возникновения цунами в этом районе. Это более тяжелая задача. Ведь чтобы выдавать прогноз, нужны многочисленные исторические данные. Как правило, их мало, либо совсем нет. Поэтому здесь как раз применяются математические и физические методы. Мы генерируем искусственно все возможные цунами, которые могли бы произойти за 1000 лет.

Например, компания Росатом выиграла тендер на строительство атомной станции в Египте. За всю человеческую историю в Египте известно всего 10 случаев цунами. Мы сгенерировали примерно 100 тыс. случаев цунами и выдали прогноз о том, что возможная максимальная высота волны в Египте – 11 метров. Благодаря этому, вокруг атомной станции будут строить защитную стену.

- Вы упомянули о защитных средствах? То есть эффект цунами можно как-то нейтрализовать?

- Такие вопросы тоже обсуждались не раз. В каком-то американском фильме предлагали послать другую волну навстречу цунами, чтобы они аннигилировали.

Но основная идея такая – для защиты прибрежной зоны необходимо строить защитные стены,  или дамбы. Такую дамбу построили в Японии, и в 2011 году она показала свою эффективность, уменьшив силу и высоту цунами примерно в 5 раз. А это уже существенная защита. Но, конечно, строительство таких дамб – дорогое удовольствие. После цунами 1993 года в Японском море японцы построили защитную стену вокруг острова Окушири. При этом, полностью разрушили хозяйственную деятельность – рыбакам стало труднее выходить в море. Сейчас большинство людей все равно оставляют свои лодки за стеной.

-  Эта условная стена сможет защитить только раз?

- Нет. Если она крепкая, то прослужит годы и десятилетия. Но важнее работать над долгосрочными прогнозами, и не строить дома в опасной прибрежной зоне. Но иногда просто некуда деваться. К примеру, город Усть-Камчатск расположен прямо на косе. При возникновении цунами бежать некуда.

Однажды я принимал участие в экспертизе ложной тревоги, связанной с опасностью цунами для Усть-Камчатска. План был хороший. У нас в России всегда все планы хорошие…Так вот, каждая машина, которая должна эвакуировать людей, была приписана к детскому саду или школе. Но на практике происходит иначе. Шофер вначале едет к своему дому, чтобы забрать семью, а там же масса соседей и друзей. Пока все загрузятся в автобус, там уже не до детского сада или школы. Это, конечно, проблема.

- А чего мы пока еще не знаем о цунами? Какие остались белые пятна?

- Пока большой вопрос вызывает то, что происходит внутри Земли – землетрясения. На изучение землетрясений нужно время.

Метеоцунами вызывает сейчас еще больше вопросов. Карты погоды даются каждые 6 часов. Но они не дают своевременной информации о возникновении фронта, который вызовет волну цунами. Это всё еще предстоит узнать.