199_p1912_D2_9575

Благодаря бурному развитию геофизических и космических исследований в 60–70-е гг. прошлого века был накоплен обширный материал по поиску корреляционных связей солнечной активности с различными процессами на Земле. Однако к началу 80-х гг. энтузиазм зарубежных и российских исследователей сменился во многих случаях скептицизмом. Из-за междисциплинарного характера проблемы в большинстве научноисследовательских работ достоверность обнаруженных корреляционных связей не обсуждалась, а результаты исследований зачастую были про-

тиворечивыми (Владимирский, 1995; Владимирский, Темурьянц, 2000). В

настоящее время интерес к проблеме солнечно-земных связей вновь испытывает подъем. Поскольку такие исследования являются междисциплинарными, появляется множество публикаций, в которых ученые разных научных направлений обсуждают возможные механизмы влияния космических факторов на земные процессы (Шугрин, Обут, 1986; Ка-

синский, Язев, 1993; Georgieva et al., 2002; Современная Геодинамика…, 2003; Леви, Язев, Задонина, 2004).

131

Глава III. АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЯВЛЕНИЯ ОПАСНЫХ ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

…Если хочешь узнать, что случится, обрати внимание на то, что уже случилось…

Н. Макиавелли

Раздел науки, который изучает геодинамику планеты, взаимосвязи различных природных и социальных процессов и выясняет причины, приводящие к возникновению экстремальных ситуаций в природе и социуме с учетом влияния Солнца на все происходящее в окружающей среде, авторы данной книги предложили именовать гелиогеодинамикой. Гелиогеодинамика – это самостоятельное естественнонаучное направление, изучающее взаимодействие геосфер между собой и внешним миром. Основной целью гелиогеодинамики является, прежде всего, выявление периодичности возникновения экстремальных природных ситуаций и прогноз тех явлений, которые могут иметь место в случае неблагоприятного развития процессов не в одной, а одновременно в нескольких геосферах и в связи с вариациями солнечной активности (Современная гео-

динамика …, 2002).

В нашем случае периодичность проявления опасных природных процессов во времени анализировали, используя как мониторинговую информацию, так и историко-архивную. Историческая «разведка» позволила соединить разрозненные знания о возникновении опасных природных ситуаций на протяжении прошедших 500 лет. К сожалению, для некоторых процессов длина ряда наблюдений оказалась почти вдвое короче. Это объективно связано с историей географических открытий, численностью грамотного населения, способного аккумулировать полезную краеведческую информацию (Леви, Задонина, Воронин и др., 2001). В большинстве случаев она записана «телеграфным» стилем и может интерпретироваться в качестве сообщений или «сигналов» из прошлого о наиболее ярких событиях. С примером таблицы, представляющей собой описательную базу знаний по Сибири и Монголии, можно ознакомиться во второй части книги.

Летописи и хронологии писались в прошлом и продолжают записываться в настоящем, как правило, по памяти, т. е. тогда, когда событие начинает быть выдающимся на фоне «серого» течения будней. Иногда одни и те же сведения в разных источниках варьируют по датам в преде-

132

лах 2–3 лет, что вызвано объективными причинами. Специальная «чистка» базы данных не производилась, поскольку мы должны были бы углубиться в историографию, а это задачами исследования не предусматривалось. При статистической обработке информации производилось сглаживание выборок по процессам методом скользящей средней с окном равным 5 годам, что заведомо перекрывало почти вдвое субъективные датировки сообщений корреспондентов о тех или иных событиях. Кроме того, описательная база данных содержит пропуски событий. Это тоже объективный дефект работы, строящейся на основе сообщений из прошлого. Важным является и тот момент, что база данных содержит сообщения о наиболее значимых природных ситуациях. Более мелкие или малозначащие события со временем утрачивались, главным образом при переписке и пересказе первоисточников и, вероятно, поэтому часть информации была безвозвратно утеряна. Некоторые сведения, надо полагать, никогда не удастся восстановить и, следовательно, любая истори- ко-хронологическая база данных всегда будет содержать невосполнимые пропуски знаний.

Историко-хронологическая описательная база данных включает в себя около 11 тыс. сообщений об экстремальных природных ситуациях в различных сферах за последние 500 лет имевших место быть на территории Сибири и Монголии (рис. 3.1).

Количество сообщений об ОПП в базе данных за 500 лет

Социальные ОП (41%) 4488

Землетрясения (25%) 2732

Извержения (9%) 979

Пожары (6%) 690

Атмосферные ОП (6%) 668

Эпизоотии (4%) 392

Сели, обвалы,оползни (2%) 256

Засухи (2%) 224

Дзуд (2%) 169

Наводнения (2%) 165

Эпидемии (1%) 101

Рис. 3.1. Количество сообщений об ОПП в базе данных

133

Совершенно очевидно, что поток информации об экстремальных событиях, происходивших в окружающем мире и в разные годы, неравноценен (рис. 3.2). Это вызвано следующими обстоятельствами:

80

70

60

50

40

30

20

Рис. 3.2. Изменение во времени числа сообщений из прошлого об ОПП

1.Ростом численности населения Земли и увеличением количества информаторов.

2.Утратой исторических документов в силу различных причин. Например, многие документы, отражающие этапы освоения Сибири и других регионов исчезли в результате пожаров, когда полностью выгорали остроги и города. Часть документов уничтожалась во время ревизий или расхищалась, а затем продавалась в качестве раритетов на рынках. Отношение к Сибири как к колонии сохранялось на протяжении столетий.

Вэтих условиях некоторые материалы первых Северных Камчатских экспедиций были вывезены в Санкт-Петербург, Западную Европу и теперь недоступны российскому читателю. Часть документов тщательно копировалась западными дипломатами, так как европейцы искали северные морские пути для проникновения в Юго-Восточную Азию (Современная геодинамика, 2003). Примером может служить история первой карты Сибири, составленной П. Годуновым в 1667 г. За одну ночь она была скопирована голландским посланником и вывезена в Нидерланды. Впоследствии, во время пожара в Москве, карта сгорела и лишь много позже ее копия была обнаружена в голландском архиве. «Чертежная кни-

134

га Сибири» С. Ремезова, созданная в 1701 г. и вышедшая в репринтном издании в 1882 г., испещрена пометами на голландском языке.

3.Уменьшением потока информации о природных явлениях во время возмущений в социуме. Во время войн и социальных потрясений внимание к окружающей среде спадает, а количество информации существенно сокращается.

4.Закрытостью информации в связи с особенностями политической конъюнктуры в разных странах. Так, например, с 1921 г. в иркутской газете «Власть труда», а затем в «Восточно-Сибирской правде», вплоть до 60-х гг. с трудом можно найти заметки о природных катаклизмах в России и за рубежом. Информация об этом периоде пополнялась благодаря монографиям современных российских и зарубежных авторов.

Важным философским моментом является и то, что различные природные процессы наблюдаются в одном случае извне, а в другом – изнутри. Например, наблюдая солнечные пятна, мы являемся внешним наблюдателем, пусть даже одиноким, и наши сведения всегда будут полными и объективными, поскольку мы находимся вне наблюдаемого объекта. Наблюдая землетрясения или вулканические извержения, мы находимся «внутри» изучаемого процесса. В этом случае, нам небезразлично число наблюдателей и их территориальное размещение. Следовательно, полнота базы данных об интересующих нас явлениях существенно зависит от числа наблюдателей, широты охвата ими той или иной территории и пространственной плотности или равномерности их распределения по регионам (Леви, Буддо, Задонина, 2001).

Общепринятое суждение о начале «Эпохи географических открытий» относится к XV в. (Атлас…, 1964). К началу XV в. Средиземноморье и прилегающие к нему территории Африки, Азии и Европы уже были населены более или менее грамотными наблюдателями. Именно эта позиция, как историческая данность, была принята за основу. Открытие новых территорий еще не означало, что оттуда стала поступать какаялибо краеведческая информация. Отметка на карте еще не означает пополнение знаний о природе того или иного нового региона. Вероятно, первые сообщения о природных экстремумах стали поступать в «старый Свет» по мере освоения или колонизации вновь открытых земель или появления там первых миссионеров или пашенных крестьян, как это было в Сибири. Суровость местных условий заставляет вести более пристальное наблюдение за окружающим пространством, поскольку все в нем происходящее стоит на грани жизни и смерти.

На основе описательной базы данных, путем выборки числа сообщений о природных катаклизмах и группирования их по генетической принадлежности была создана числовая база данных, пригодная для стати-

135

стического анализа. При выполнении данного исследования сообщения о социальных процессах («возмущения» в социуме, градостроительство) анализировались отдельно и не были включены в суммарное количество событий. А геологические процессы – землетрясения, вулканические извержения, экзогенные гравитационные процессы – ЭГП (сели, оползни, обвалы) и атмосферные штормы, ответственные за активизацию экзогенных процессов подвергались сравнению между собой, так как зачастую одни процессы порождаютдругиеилижеслужаттриггеромдляихактивизации.

Важнейшим условием определения достоверности средних величин является однородность изучаемой совокупности, т. е. все составляющие

ее единицы должны относиться к одному и тому же типу, а значения признака – формироваться под влиянием общих, систематически действующих факторов. Это условие в выборках соблюдено, и потому существенных ограничений на использование метода скользящего среднего нет. В качестве окна осреднения обычно выбирается нечетное число, величина которого определяется как 1 % от объема выборки или оценивается по уравнению Стрэджеса:

m = 1 + 2,7 × lgN,

где m – размер окна осреднения, а N – объем выборки. При длине выборки 500 лет шаг или окно осреднения должно составлять примерно 8 лет. Однако в статистике допускается и произвольный, но обоснованный размер окна. 1 % от объема нашей выборки составляет 5 лет. Эта величина, примерно, соответствует половине продолжительности цикла солнечной активности Швабе. Учитывая требования к решению одной из задач исследования – оценке влияния солнечной активности на развитие геологических процессов – был выбран именно такой размер окна. Шаг сдвига для сохранения непрерывности потока информации при кросскорреляции составил 1–2 года, 5 лет. В зависимости от продолжительности временного ряда, использовались линейная, степенная и экспоненциальная формы тренда.

3.1. Сейсмичность

Временной ряд данных о сейсмических событиях внутренне не однороден. В исторических хрониках до 1902 г. землетрясения отмечались по факту разрушений или ощущения «трясения земли». Для доинструментальных землетрясений основным источником информации являются письменные свидетельства очевидцев тех лет. Нередко события преувеличивались, в связи с трагическим восприятием окружающего мира отдельно взятым человеком, или же наоборот источники могли страдать неполнотой сведений. По мере удаления от события по шкале времени

136

историческая информация нередко искажалась, как правило, в сторону преувеличений. Наиболее полные сведения о землетрясениях появляются лишь в ХХ в., поэтому количество сообщений о них в хрониках закономерно увеличивается.

В задачу исследования не входило рассмотрение динамики подготовки того или иного конкретного очага землетрясения. Главной целью было выявление периодичности проявления сейсмической активности по числу сообщений. Напомним, что сейсмический процесс характеризуется частотой землетрясений во времени, энергией каждого отдельно взятого события или интенсивностью колебаний почвы, вызванных землетрясением. Землетрясения могут быть ощутимыми или неощутимыми (записываются только сейсмографами). Для исторических землетрясений часто не приводятся макросейсмические характеристики, что не позволяет даже косвенно оценить их энергию. Такие сообщения составляют значительную часть выборки. Инструментальные наблюдения начались лишь с 1902 г. Сети сейсмических станций за прошедшие с этого момента годы расширялись и модернизировались. В результате увеличения количества и технического совершенствования сейсмических станций увеличивалось и число регистрируемых землетрясений.

При анализе использовался 250-летний ряд сообщений о землетрясениях, произошедших в Монголо-Байкальском регионе. Для получения реальной картины развития процесса выборка при статистическом анализе была разделена на две части – доинструментальный и инструментальный периоды. Первая сейсмическая станция «Иркутск» в Прибайкалье была установлена в 1901 г., но развиваться региональная сеть сейсмических наблюдений начала только в середине 50-х гг. ХХ в.

Для «сшивки» историко-хронологического ряда с данными инструментального мониторинга сейсмичности, начавшими поступать лишь с середины 50-х годов прошлого века, из каталогов инструментально зарегистрированных землетрясений были выбраны лишь те события, магнитуда которых превышала М ≥ 4,5. Известно, что землетрясения именно такого энергетического уровня, как правило, ощущаются на достаточно обширных территориях. Временной ход сейсмических событий в Монго- ло-Байкальском сейсмическом поясе представлен на рис. 3.3. Наибольшим числом сообщений о землетрясениях отличаются 1830, 1860, 1900 и 1950-е гг. Есть все основания допускать, что именно эти годы характеризовались усилением сейсмической активности.

С середины 50-х гг. сеть сейсмических станций стала стремительно расширяться, а число регистрируемых землетрясений увеличиваться. Второй всплеск потока информации начинается с 1990 г. Он связан с заменой аналоговых регистраторов на цифровые (рис. 3.4).

137

138

На рис. 3.5 представлены вариации числа сообщений о землетрясениях в раннюю инструментальную эпоху. Первые два всплеска приходятся на 1903 и 1905 гг. и сопряжены с мощным Болнайским землетрясением на севере Монголии, в результате которого на поверхности вскрылась трещина длиной более 400 км. Если исключить эту аномалию, можно сказать, что сейсмический режим был относительно спокойным с небольшими всплесками.

Спектральный анализ материалов ранней инструментальной эпохи показал, что на этом отрезке времени (57 лет) преобладали периоды активизации процесса продолжительностью, 7–11 и 28 лет (табл. 2.3).

На рис. 3.6 пунктирной линией показаны вариации числа сообщений об инструментально зарегистрированных землетрясениях в МонголоБайкальском сейсмическом поясе (23 239 событий). Утолщенными линиями – осредненные значения и тренд, описывающий нарастание потока информации в связи с модернизацией сети сейсмических наблюдений.

Спектральный анализ этого фрагмента временного ряда позволил обнаружить периоды активизации процесса с продолжительностью 6–8 и 20–28 лет (табл. 3.1). Несмотря на существенные изменения в качестве регистрации землетрясений, сходство выявляемых периодов очевидно.

Таблица 3.1

Результаты спектрального анализа временных рядов числа сообщений о землетрясениях в Монголо-Байкальском сейсмическом поясе

Для ряда исторических землетрясений по некоторым признакам оценена их магнитуда, являющаяся косвенной энергетической оценкой со-

бытий (Эйби, 1982; http://www.ampe.ru/progn/seism/conseq.shtml), что по-

зволяет определить величину суммированного по годам сейсмического энергопотока. Выборка, как и при анализе числа сообщений о землетрясениях, была разделена на доинструментальный и инструментальный периоды. Временные интервалы, где сведения об энергии землетрясений отсутствовали, были заполнены минимальными значениями энергопотока, содержавшимися в выборке. В целом скорость выделения сейсмической энергии (суммарный ежегодный сейсмический энергопоток) VE, отн. ед. / год нарастает из прошлого к настоящему, что связано с расширением географических знаний, а в инструментальный период – с модернизацией и реструктуризацией сети сейсмических наблюдений.

139

140