Anti-PISА. Анатолий Краснянский. Безграмотные задания программы PISA-2003. Дефекты в задании по математике "Землетрясение". Приложения 1 - 6.

Anti-PISА

Анатолий Краснянский

Безграмотные задания программы PISA-2003

Дефекты в задании по математике "Землетрясение"

Последняя редакция статьи от 17 ноября 2017 года опубликована в разделе: URL: https://avkrasn.ru/article-4098.html

Статья не закончена!

Системный анализ задания по математике «Землетрясение» программы PISA-2003

1. Введение

Международное тестирование учащихся (PISA, Programme for International Student Assessment) осуществляется Организацией Экономического Сотрудничества и Развития ОЭСР (OECD – Organization for International Cooperation and Development). Испытания проводятся раз в три года.

Программа ПИЗА-2003 осуществлялась консорциумом, состоящим из ведущих международных научных организаций при участии национальных центров и организации ОЭСР. Руководил работой консорциума Австралийский Совет педагогических исследований (The Australian Council for Educational Research – ACER). В Консорциум входили также следующие организации: Нидерландский Национальный институт измерений в области образования (Netherlands National Institute for Educational Measurement – CITO); Служба педагогического тестирования США (Educational Testing Service, ETS); Японский Национальный институт исследований в области образования (National Institute for Educational Research, NIER); Американская организация ВЕСТАТ (WESTAT), выполняющая различные исследования по сбору статистической информации [1].

В 2003 году приняло участие более 250 тысяч 15-летних подростков из 41 страны; в России почти 6 тысяч человек (212 школ) из 46 районов. Каждый ученик должен был за 2 часа письменно ответить на 50-60 вопросов по математике, чтению, естествознанию и решению проблем. Российские школьники заняли 29-31 место по математике, 24 по естественным наукам и по грамотности чтения 32 место [1].

Ректор МГУ имени М.В. Ломоносова академик РАН Виктор Антонович Садовничий и академик РАН Виктор Анатольевич Васильев рассмотрели несколько заданий по математике и естествознанию программы PISA-2003 и подвергли их жесткой критике (см. сайт). Ответом было полное молчание российских педагогов. Более того, часть нашей педагогической элиты (точнее – «элиты»), вместо того, чтобы провести анализ заданий (как поступили бы настоящие ученые), оживленно обсуждает результаты тестирования российских учащиеся и на основе этих результатов предлагает реформировать российское образование.

В данной работе проведен системный анализ задания по математике «Землетрясение» международной программы PISA-2003, в которой говорится о возможности прогноза землетрясений. Чтобы ознакомится с проблемой, читателю будет полезно ознакомиться с информацией о землетрясениях (смотрите приложения ).

2. Задание по математике "Землетрясение" международной программы PISA-2003

URL: http://www.edu54.ru/sites/default/files/images-2/files/pisa-pr-matematika.pdf

Вопрос

В документальном фильме рассказывалось о землетрясениях и о том, как часто они происходят. В фильме также была показана дискуссия о возможности предсказания землетрясений. Геолог утверждал: «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде* произойдет землетрясение, составляют два из трех». Какое из следующих рассуждений правильно передает смысл утверждения геолога?

А (2/3)^.20 = 13,3, поэтому между 13 и 14 годами от настоящего момента в городе Зеде произойдет землетрясение.

B 2/3 больше 1/2, поэтому можно быть уверенным, что когда-нибудь в течение 20 следующих лет в городе Зеде произойдет землетрясение.

C Вероятность того, что когда-нибудь в следующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, больше, чем вероятность того, что оно не произойдет.

D Невозможно сказать о том, что может случиться, потому что никто точно не знает, когда произойдет землетрясение.

ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ:

Ответ принимается полностью (трудность – 557) – 1 балл.

Процент учащихся, набравших данный балл (40,7 — Россия), средний по ОЭСР (46,5 — средний по ОЭСР ) максимальный (67,9- Япония).

Код 1: C. Вероятность того, что когда-нибудь в следующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, больше, чем вероятность того, что оно не произойдет.

Ответ не принимается:

Код 0: Другие ответы.

Код 9: Ответ отсутствует.

Задание проверяет: 3-й уровень компетентности – рассуждения (широкий спектр математических рассуждений)

Область содержания: неопределенность

Ситуация: научная

* Примечание Анатолия Краснянского: Деятели программы PISA неудачно подобрали в своих заданиях названия страны, города, валюты. Валюта – зед, страна Зедландия, город (столица?) – Зед. Что же получается в итоге? Если, например, зед – это доллар, то получается, что Зедландия – «Страна Долларов» или «Земля Долларов» или «Земля, где растут доллары», а город Зед – это город Доллар.

Идет редактирование этого раздела!

3. Анализ задания «Землетрясение»

Анализ высказывания: «Геолог утверждал: «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех».

Во-первых, в данном случае в принципе нельзя проверить правильность расчетов геолога. Например, если землетрясение в течение 20 лет в городе Зеде не произойдет, то геолог может утверждать, что этот факт не противоречит его «расчетам», согласно которым вероятность того, что землетрясение не произойдет, равна 1/3, то есть не равна нулю.

Во-вторых, утверждение геолога является неясным суждением, поскольку неясно, о каком именно землетрясении по сейсмической шкале или по магнитуде идет речь.

В среднем на Земле в течение года происходит более миллиона землетрясений, из них катастрофических – одно, разрушительных 17, сильных 134 (см. таблицы 1 и 3). Очевидно, что вероятность катастрофического землетрясения в данном сейсмическом районе намного меньше, чем вероятность разрушительного землетрясения, а вероятность разрушительного значительно меньше вероятности сильного землетрясения и так далее.

В частности, можно утверждать, что вероятность любого (в том числе очень слабого) землетрясения в любом городе, который находится в зоне сейсмической активности, в течение 20 лет равна 1. Но людей интересуют только землетрясения, представляющие угрозу для жизни.

Геолог "рассчитал" вероятность землетрясения, но не указал, о каком именно землетрясении по сейсмической шкале или магнитуде идет речь. Возможно, в документальном фильме геолог и сказал об этом, но учащиеся-то фильм не смотрели. Его высказывание «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех» имеет 12 смыслов, если использовать сейсмическую шкалу, указанную в приложении 3. Вот некоторые из них:

"Вероятность очень сильного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность разрушительного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность опустошительного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность уничтожающего землетрясения равна 2/3",

"Вероятность землетрясения – катастрофы равна 2/3",

"Вероятность землетрясения – сильной катастрофы равна 2/3".

Этот дефект – логическая ошибка и называется эта ошибка амфиболией или, точнее (в данном случае) – полиболией. [ ].

Амфиболия (греческое слово аmphibolia – двусмысленность, двойственность) – логическая ошибка, заключающаяся в том, что грамматическое выражение (совокупность нескольких слов) допускает его двоякое толкование. ([ ], с. 34.)

Полиболия – логическая ошибка, заключающаяся в том, что грамматическое выражение имеет много толкований (смыслов), а из контекста неясно, какое толкование (какой смысл) подразумевается в грамматическом выражении. Понятие "полиболия" введено Анатолием Краснянским. [ ].

Суждение геолога о вероятности землетрясения (предпосылка вопроса) – это суждение, смысл которого не определен: неизвестно, к какому землетрясению по сейсмической шкале или магнитуде оно относится.

Анализ вопроса: "Какое из следующих рассуждений правильно передает смысл утверждения геолога?"

Предпосылкой этого вопроса является высказывание геолога: «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех». Суждение геолога о вероятности землетрясения – это суждение, смысл которого не определен: неизвестно, к какому землетрясению по сейсмической шкале или магнитуде оно относится.

Согласно определению [ ], некорректный вопрос основан на предпосылке ложного или противоречащего суждений, или суждения, смысл которого не определен. Вопрос является тривиально некорректным, или бессмысленным, если он выражается предложением, содержащим неясные (неопределенные) слова или словосочетания. [ ].

По правильности постановки вопросы делятся на корректные и некорректные. Корректный – это вопрос, предпосылкой которого является истинное и непротиворечивое знание. Некорректный вопрос основан на предпосылке ложного или противоречащего суждений, или суждения, смысл которого не определен. Различают два вида логически некорректных вопросов: тривиально некорректные и нетривиально некорректные. [ ].

О логически некорректных вопросах, в том числе бессмысленных, остроумно высказался немецкий философ И. Кант: «Умение ставить разумные вопросы есть уже важный и необходимый признак ума и проницательности. Если вопрос сам по себе бессмыслен и требует бесполезных ответов, то кроме стыда для спрашивающего, он имеет иногда тот недостаток, что побуждает неосторожного слушателя к нелепым ответам и создает смешное зрелище: один (по выражению древних) козла доит, а другой держит под ним решето». [ ]

Широкое обсуждение результатов тестирования учащихся с помощью программы PISA позволяет уточнить выражение древних мудрецов:

«Одни козлов доят (авторы заданий PISA), другие (пятнадцатилетние учащиеся) держат под ними решето, и весь мир обсуждает результаты этого доения».

В-третьих, практическая (социальная) ценность долгосрочных предсказаний равна нулю.

Доказательство: «Токио находится в сейсмической зоне. Предположим, что нашелся бы геолог, который предсказал, что вероятность разрушительного землетрясения в Токио в течение последующих 20 лет равна 0,9. Ну и что? Кто возьмет на себя ответственность отселить из города (на 20 лет!) 12 миллионов человек? И согласятся ли горожане? Построить новый город? А где? Вся территория Японии находится в сейсмической зоне».

Прогноз землетрясений должен включать указание о месте, времени и интенсивности сейсмического толчка, притом с высокой степенью точности, или по крайней мере содержать оценку достоверности сделанного предсказания, так как в противном случае он может принести больше вреда, чем пользы [ ]

При всем обилии проведенным и проанализированных наблюдений, место, время и магнитуда будущих разрушительных (и не только разрушительных) землетрясений даже в хорошо изученных регионах по-прежнему оказывается неожиданным (смотрите приложения 1 и 2).

В-четвертых, переведем выражение: «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех» с бытового языка на научный. Что такое 2 шанса из 3 шансов, 4 шанса из 6, 6 шансов из 9 и т.п. Это означает, что вероятность события: «В последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение», равна 2/3 = 0,66(6)". Легко доказать, что правильный (по мнению авторов задания) ответ является неправильным.

3.1. Анализ «правильного» ответа

Ответ является правильным в том случае, если выраженное в нем суждение истинно и логически связано с поставленным вопросом.

«Правильный» ответ (код 1): «Вероятность того, что когда-нибудь в следующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, больше, чем вероятность того, что оно не произойдет». Введем обозначения: p₁ – вероятность землетрясения в городе Зеде в течение следующих 20 лет; p₂ – вероятность того, что в течение следующих 20 лет в городе Зеде не произойдет землетрясение. «Правильный» ответ: p₁ > p₂ (1). Очевидно, что p₁ + p₂ = 1 (2). Из системы, состоящей из неравенства (1) и уравнения (2) следует, что p₁ > 1/2 . Таким образом, геолог сказал, что p₁ = 2/3. Авторы задания исказили смысл утверждения геолога, они приняли в качестве правильного ответа p₁ > 1/2. Утверждение геолога (p₁ = 2/3) – это лишь одно значение из множеств значений: p₁ > 1/2 .

Примеры множеств, удовлетворяющих условию: p₁ > 1/2 (p₁ > 0,5):

Пример 1: 0,52, 0,54, 0,56, 0,58, 0,60, 0,62, 0,64, 0,66, 0,66(6) (2/3 – вероятность, названная геологом), 0,68, 0,70, 0,72, 0,74, 0,76, 0,78, 0,80, 0,82, 0,84, 0,86, 0,88.

Геолог сказал, что вероятность равна 2/3 (одно значение!), а в данном множестве 8 "правильных" ответов от 0,52 до 0,66 и 11 "правильных" ответов от 0,68 до 0,88, то есть всего 19 "правильных" ответов!

Пример 2: 5/9, 6/9 (2/3 – вероятность, названная геологом), 7/9, 8/9).

Геолог сказал, что вероятность равна 2/3 (одно значение!), а в данном множестве 4 "правильных" ответов!

Невозможно понять мысль пизовцев – они написали, что геолог утверждал: вероятность равна 2/3, а смысл этого утверждения, по их мнению, другой: вероятность больше 1/2.

Вероятность – абстрактное понятие. Чтобы лучше понять, что "правильный" ответ не является правильным, приведем примеры аналогий с использованием конкретных понятий:

"Продавец сказал, что цена телевизора – 20 тысяч рублей. В чем смысл этого утверждения? Смысл этого утверждения: цена телевизора больше 10 тысяч рублей".

"Проводник сказал, что поезд отвправляется в 16 часов 10 минут. В чем смысл этого утверждения? Смысл этого утверждения: поезд отправляется после 14 часов".

3.2 Анализ неправильных ответов

Анализ ответа А: (2/3)^.20 = 13,3, поэтому между 13 и 14 годами от настоящего момента в городе Зеде произойдет землетрясение.

Анализ ответа B: "2/3 больше 1/2, поэтому можно быть уверенным, что когда-нибудь в течение 20 следующих лет в городе Зеде произойдет землетрясение".

Анализ ответа D: Невозможно сказать о том, что может случиться, потому что никто точно не знает, когда произойдет землетрясение.

Ответ D является ответом на вопрос: "Произойдет или не произойдет землетрясение в городе Зеде в течение 20 лет", то есть нерелевантный ответ. Нерелевантный ответ – это ответ не на тот вопрос, который поставлен.

Неправильными будут ложные ответы (суждения, неверно отражающие действительность) и "ответы не по существу", то есть нерелевантные ответы. "Ответ не по существу" может быть и истинным, но он дается не на тот вопрос, который поставлен. Так, на вопрос: "В каком городе родился А. С. Пушкин?" нерелевантным ответом будет: А. С. Пушкин родился в 1799 году.

Анализ ответов российских учащихся. Как только что показано, среди ответов, предложенных авторами задания, нет правильного ответа на поставленный ими вопрос. В России «правильный» ответ (ответ С) выбрали только 40,7 % учащихся, что значительно ниже, чем в среднем по ОЭСР (46, 5 %) и в Японии (67,9 %). И это хорошо. Среди ответов есть истинное суждение (ответ D): «Невозможно сказать о том, что может случиться, потому что никто точно не знает, когда произойдет землетрясение». Это суждение не является ответом на поставленный вопрос, но это истинное суждение. Можно предположить, что наиболее интеллектуальные российские учащиеся, не найдя правильного ответа, либо выбрали ответ D (истинное суждение, но не являющееся ответом на вопрос), либо вообще отказались от ответа (код 9).

3.3. Дефекты в задании "Землетрясение"

Вопрос является тривиально некорректным, или бессмысленным, если он выражается предложением, содержащим неясные (неопределенные) слова или словосочетания. Примером может служить следующий вопрос: «Приводят ли критическое метафизирование абстракциями и дискредитация тенденции церебрального субъективизма к игнорированию системы парадоксальных иллюзий?».

Вопрос называется нетривиально некорректным, если его предпосылкой является ложное утверждение. На такой вопрос нельзя дать истинного ответа. Например, рассказывают, что английский король Карл II (17 век) задал в Королевском обществе такой вопрос: «Почему мертвая рыба не увеличивает, а живая увеличивает вес сосуда с водой?». Это был провокационный вопрос. Он сознательно основывался на ложной предпосылке и предполагал согласие с тем, что мертвая рыба не увеличивает, а живая увеличивает вес сосуда с водой.

«Одни козлов доят (авторы заданий PISA), другие (пятнадцатилетние учащиеся) держат под ними решето, и весь мир обсуждает результаты этого доения».

Первый дефект: Геолог "рассчитал" вероятность землетрясения, но не указал, о каком именно землетрясении по сейсмической шкале идет речь. Его высказывание «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех» имеет 12 смыслов, если использовать сейсмическую шкалу, указанную в приложении 3. Вот некоторые из них:

"Вероятность очень сильного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность разрушительного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность опустошительного землетрясения равна 2/3",

"Вероятность уничтожающего землетрясения равна 2/3",

"Вероятность землетрясения – катастрофы равна 2/3",

"Вероятность землетрясения – сильной катастрофы равна 2/3".

Второй дефект: Практическая (социальная) ценность предсказания этого геолога равна нулю. Авторы не сумели найти реальную проблему и заставили обсуждать учащихся высказывание геолога, не имеющее практического интереса. Иначе говоря, задание противоречит здравому смыслу.

Третий дефект: Авторы задания противоречат сами себе. Геолог сказал, что p₁ = 2/3. Авторы исказили смысл утверждения геолога, они приняли в качестве правильного ответа p₁ > 1/2. Утверждение геолога (p₁ = 2/3) – это лишь одно значение из множества (множеств) значений: p₁ > 1/2.

3.4. Расчет показатель некомпетености авторов задания "Землетрясение" международной программы PISA-2003

Введем понятие: показатель некомпетентности K = 100n/N , где n — число дефектов в тексте, N — число слов в тексте. Показатель некомпетентности показывает число дефектов, сделанных в тексте, содержащем 100 слов.

Общее число слов в задании PISA равно 214: N = 214. Это задание содержит четыре дефекта: n = 4. K K = 100n/N . K = 400/214 , то есть коэффициент некомпетености приблизительно равен 2.

Если бы авторы задания написали школьное сочинение о землетрясениях, объем которого, как правило, не менее 500 слов, то они могли бы сделать 10 ошибок.

3.4. Выводы

5.1 Задание по математике "Землетрясение" международной программы PISA-2003 основано на ложной информации о том, что существуют методы расчета вероятности землетрясений на длительные сроки.

5.2. Среди ответов, предложенных авторами задания по математике «Землетрясение», нет правильного ответа на поставленный ими вопрос.

5.3. В качестве правильного ответа авторами задания был принят ложный ответ.

5.4. Результаты определения математической грамотности с помощью задания «Землетрясение» не имеют никакой ценности (следствие из пунктов 5.1, 5.2 и 5.3.).

Источники информации

[1] Дж. А. Эйби. Землетрясения. Перевод с английского Б.Г. Слепцова, Н.М. Хайме. Редактор перевода доктор геолого-минераловедческих наук И.С. Комаров. Москва. "Недры". 1982. С. 140 — 141).

[2] И.В. Демидов, Б.И. Каверин. Логика. Вопросы и ответы. Издание второе, исправленное и дополненное. – М.: Юриспруденция, 2002. – 160 с. Раздел: Логика вопросов и ответов. (С. 69 – 81). Выдержки из раздела:

"Вопрос является тривиально некорректным, или бессмысленным, если он выражается предложением, содержащим неясные (неопределенные) слова или словосочетания. Примером может служить следующий вопрос: «Приводят ли критическое метафизирование абстракциями и дискредитация тенденции церебрального субъективизма к игнорированию системы парадоксальных иллюзий?».

"Вопрос называется нетривиально некорректным, если его предпосылкой является ложное утверждение. На такой вопрос нельзя дать истинного ответа. Например, рассказывают, что английский король Карл II (17 век) задал в Королевском обществе такой вопрос: «Почему мертвая рыба не увеличивает, а живая увеличивает вес сосуда с водой?». Это был провокационный вопрос. Он сознательно основывался на ложной предпосылке и предполагал согласие с тем, что мертвая рыба не увеличивает, а живая увеличивает вес сосуда с водой".

Статья не закончена!

Второй дефект: Геолог "рассчитал" вероятность землетрясения, но не указал, о каком именно землетрясении по сейсмической шкале идет речь. Его высказывание «Шансы на то, что в последующие 20 лет в городе Зеде произойдет землетрясение, составляют два из трех» имеет много смылов, вот некотрые из них:

[ ] Н.И. Кондаков. Словарь-справочник. Издательство «Наука» Москва. 1975. Определение понятия "амфиболия": с.34.

[ ] Анатолий Краснянский. Системный анализ пункта 1, подпункта «г» статьи 19 Федерального закона от 6 октября 1999 г. № 184-ФЗ и Указа Президента Российской Федерации от 28 сентября 2010 года № 1183.

Анатолий Краснянский. Системный анализ пункта 1, подпункта «г» статьи 19 Федерального закона от 6 октября 1999 г. № 184-ФЗ и Указа Президента Российской Федерации от 28 сентября 2010 года № 1183. "Юридические науки". № 5. 2010. Издательство "Компания Спутник+". URL: https://avkrasn.ru/article-387.html

[ ] Анатолий Краснянский. Лживый "голос" увенчанной лаврами. Системный анализ опуса "Чернобыльская молитва". Часть 1.
URL: https://avkrasn.ru/article-3860.html

Реферат: http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1170162

Приложение 1

Задание по математике "Землетрясение" международной программы PISA-2003 (Скриншоты)

URL: http://www.edu54.ru/sites/default/files/images-2/files/pisa-pr-matematika.pdf

Приложение 2

PISA RELEASED ITEMS — MATHEMATICS (screenshots)

Приложение 3

Землетрясения

Источник информации: статья «Землетрясения» в Большой Советской энциклопедия, 3-е издание. URL: http://bse.sci-lib.com/article045923.html

В некоторых местах Земли землетрясения происходят часто и иногда достигают большой силы, нарушая целостность грунта, разрушая здания и вызывая человеческие жертвы. Количество землетрясений, ежегодно регистрируемых на земном шаре, исчисляется сотнями тысяч. Однако подавляющее их число относится к слабым, и лишь малая доля достигает степени катастрофы. До 20 в. известны, например, такие катастрофические Землетрясения, как Лисабонское в 1755, Верненское в 1887, разрушившее г. Верный (ныне Алма-Ата), Землетрясения в Греции в 1870—73 и др. По своей интенсивности, т. е. по проявлению на поверхности Земли, землетрясения разделяются, согласно международной сейсмической шкале MSK-64, на 12 градаций — баллов (см. табл. 1).

Область возникновения подземного удара — очаг землетрясения — представляет собой некоторый объём в толще Земли, в пределах которого происходит процесс высвобождения накапливающейся длительное время энергии. В геологическом смысле очаг — это разрыв или группа разрывов, по которым происходит почти мгновенное перемещение масс. В центре очага условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений — плейстосейстовая область. Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний (в баллах), называются изосейстами.

От очага землетрясения во все стороны распространяются упругие сейсмические волны, среди которых различают продольные и поперечные.. Очаги землетрясения возникают на различных глубинах. Большая часть их залегает в земной коре (на глубине порядка 20—30 км). В некоторых районах отмечается большое число толчков, исходящих из глубин в сотни километров (верхняя мантия Земли).

Землетрясения — мощное проявление внутренних сил Земли. При каждом землетрясения в очаге выделяется огромное количество кинетической энергии Е. Так, в Ашхабаде в 1948 Е ~10¹⁵ дж, в Сан-Франциско в 1906 E~10¹⁶ дж, на Аляске в 1964 E~10¹⁸ дж. На всей Земле за год освобождается упругая энергия (в форме Землетрясения) порядка 0,5•10¹⁹ дж, что составляет, однако, менее 0,5 % всей энергии эндогенных (внутренних) процессов Земли.

Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах, характеризует степень сотрясения на поверхности Земли, что зависит от глубины залегания очага землетрясения. Мерой общей энергии волн служит магнитуда землетрясения – некоторое условное число, пропорциональное логарифму максимальной амплитуды смещения частиц почвы, эта величина определяется из наблюдений на сейсмических станциях и выражается в относительных единицах. Самое сильное Землетрясения имеет магнитуду не более 9.

Таблица 1. Сейсмическая шкала (схематизировано)

Приложение 4

Таблица 2. Как часто происходят землетрясения?

URL: http://ocean.phys.msu.ru/courses/geo_common/Лекции/GG_2013_Lecture%2011.pdf

Приложение 5

Современное состояние проблемы прогноза землетрясений

Источник информации: http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1170162

Московский Государственный Университет им. Ломоносова
Геологический факультет
Кафедра инженерной и экологической геологии
Современное состояние проблемы прогноза землетрясений
Реферат
Выполнила студентка 507 группы Паукова Е.В.
Преподаватель: проф. Рябухин А.Г.
Москва 2003

Глава 1. Прогноз землетрясений: первые пробы и ошибки

Проблема прогноза землетрясений интересовала человечество со времен его появления. В течение столетий землетрясения и их предсказание были окружены многими легендами. Например, в древние времена землетрясения воспринимались человеком как какая-то кара за проступки, Аристотель размышлял о землетрясениях, как о результате деятельности воздуха и паров в пещерах, в 19 веке французский ученый Пере и немецкий — Рудольф Фальтом искали и находили связь между землетрясениями и положением небесных светил. Впервые научную и вполне обоснованную точку зрения о причинах землетрясения высказал в 1757 году М.В.Ломоносов. В своей речи “о рождении металлов от трясения Земли” он разделил землетрясения на 4 типа, причем, впервые были установлены волнообразные колебания, распространяющиеся в коре, и нечувствительные трясения, незаметные для ощущения. Эдуард Зюсс высказал учение о связи землетрясения с тектоническими процессами. Там образом, проблемы прогноза землетрясений интересовала человечество многие века.

После ряда разрушительных землетрясений во многих странах мира — в Японии, США, КНР и в те годы еще не распавшемся СССР в первую очередь начались организационные работы по прогнозу землетрясений. В СССР это была вторая попытка: еще в 50-х годах прошлого века под руководством академика Г.А.Гамбурцева была развернута программа исследований по прогнозу землетрясений. Были получены новые, необычайно интересные сведения о строении земной коры, проведены региональные сейсмологические наблюдения, поставлены работы по поиску различных геофизических предвестников землетрясений. Результатов было много, ожидавшихся признаков грядущих подземных ударов выявить не удалось: они утонули в шуме побочных процессов в Земле, остались не замеченными и неисследованными. Первый подход к прогнозу окончился полной неудачей [3].

Следующую попытку предприняли в КНР. Китайские сейсмологи, учившиеся в 50-е годы в СССР, постарались учесть наш опыт. Прогнозные работы в КНР были развернуты с необычайной широтой. Здесь было создано Центральное сейсмологическое бюро и провинциальные центры, куда должны были регулярно поступать сведения о всякого рода аномалиях в природе. Работа началась, опыт копился, несколько раз довольно удачно сейсмологи указывали места и примерное время землетрясений. И первая грандиозная удача о которой китайские сейсмологи подробно рассказали в 1976 году на Межправительственном совещании ЮНЕСКО – это предсказанное за несколько часов землетрясение 1975 года в городе Хайчен. Общее ликование было, однако, преждевременным. Далеко не все землетрясения следовали Хайченскому образцу. Трагедии не заставила себя ждать. 26 июля 1976 года произошло не предсказуемое землетрясения с магнитудой 7 и эпицентром в 150 км к востоку от Пекина.

После этого случая оптимизм мировой общественности относительно прогноза землетрясений сильно уменьшился. А дела у сейсмологов шли с переменным успехом. Было 2-3 более и менее удачных предсказаний времени и места землетрясения в Мексике. В Китае тоже несколько раз прогноз оправдывался с относительной точностью. Но основной процент составляли землетрясения, которые не были предсказаны [3]…

Глава 2 . Виды прогноза

Различают долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный прогнозы.

Наименее дискуссионным, пожалуй, является долгосрочный прогноз, плавно смыкающийся с задачами районирования [5]. Этот прогноз основывается на наблюдениях за изменением режима землетрясений, т.е. за появлением зон сейсмического застоя, за изменениями напряженного состояния вещества литосферы, изменением ее сейсмической прозрачности, наблюдении за тем, как отдельные небольшие блоки в своем поведении постепенно отказываются от самостоятельности и объединяются в процессе подготовки одного большого удара. Наблюдения над этими процессами могут дать сведения о подготовке землетрясения за срок от нескольких месяцев до нескольких лет [3].

Среднесрочный прогноз, дающий возможность получить предупреждение о сейсмическом событии за недели-месяцы обладает практической конкретностью. Этот прогностический уровень предполагает сценарий развития процесса разрушения по данным текущих наблюдений за геофизическими полями, за изменениями наклонов земной поверхности, режимные наблюдения над дебитом и химическим составом водных источников и глубоких водяных, нефтяных и газовых скважин. Используются формализированные критерии оценки статистической значимости каждого из предвестников и их комплекса. На основе установленных главным образом эмпирических связей между параметрами предвестников и землетрясениями находится оценка места и магнитуды ожидаемого землетрясения [3,5].

Успехи по исследованиям среднесрочных предвестников скромны. Также как и в долгосрочном прогнозе специалисты вправе гордится конкретными результатами, но это исключение в общем потоке событий.

Краткосрочный прогноз – прогноз с заблаговременностью в несколько часов или дней. Здесь сохраняют силу почти все методы, описанные выше, но особое внимание уделяют активизации процесса изменения напряженно-деформированного состояния [3,5].
К надежности краткосрочного прогноза ввиду его большого социального значения должны предъявляться самые строгие требования. Особенно высока ответственность ученых и должностных лиц при объявлении “сейсмической тревоги”. Чтобы было понятно, насколько не проста здесь ситуация, напомним о знаменитом прогнозе китайских сейсмологов.

В 1975 году они неоднократно объявляли тревогу в районе относительно небольшого города Хайчена, даже проводили эвакуацию населения. Несколько тревог оказались ложными, но в условиях аграрного района это не приводило к значительным экономическим потерям. Зато одна из эвакуаций была проведена за 2 часа до 9-бального землетрясения и позволила сохранить тысячи жизней. Однако уже в следующем году, обнаружив предвестники надвигающегося землетрясения, ученые не решились объявить тревогу в городе Таншанеб с населением 1.3 млн. человек и развитой горнодобывающей промышленностью. Последовавшее землетрясение привело к гибели сотен тысяч людей [9].

Глава 3. Предвестники землетрясений

Следя за изменением различных свойств Земли, сейсмологи надеются установить корреляцию между этими изменениями и возникновением землетрясений. Те характеристики Земли, значения которых регулярно изменяются перед землетрясениями, называют предвестниками, а сами отклонения от нормальных значений – аномалиями [2].

Ниже будут описаны основные (считают, что их более 200) предвестники землетрясений, изучаемые в настоящее время.

Сейсмичность. Положение и число землетрясений различной магнитуды может служить важным индикатором приближающегося сильного землетрясения. Например, сильное землетрясение часто предваряется роем слабых толчков. Выявление и подсчет землетрясений требует большого числа сейсмографов и соответствующих устройств для обработки данных [2].

Движения земной коры. Геофизические сети с помощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения со спутников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (изменение формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится исключительно точная съемка с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому иногда между ними проходит несколько лет и изменения на земной поверхности не будут вовремя замечены и точно датированы. Тем не менее подобные изменения являются важным индикатором деформаций в земной коре [2].

Опускание и поднятие участков земной коры. Вертикальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или мареографов в море. Поскольку мареографы устанавливаются на грунте, а записывают положение уровня моря, они выявляют длительные изменения среднего уровня воды, которые можно интерпретировать как поднятия и опускания самой суши [2].

Наклоны земной поверхности. Для измерения угла наклона земной поверхности был сконструирован прибор, называемый наклономером. Наклономеры обычно устанавливаются около разломов на глубине 1-2 м ниже поверхности земли и их измерения указывают на выразительные изменения наклонов незадолго до возникновения слабых землетрясений [2].

Деформации. Для измерения деформаций горных пород бурят скважины и устанавливают в них деформографы, фиксирующие величину относительного смещения двух точек. После этого деформация определяется путем деления относительного смещения точек на расстояние между ними. Эти приборы настолько чувствительны, что измеряют деформации в земной поверхности вследствие земных приливов, вызванных гравитационным притяжением Луны и Солнца. Земные приливы, представляющие собой движение масс земной коры, похожее на морские приливы, вызывают изменения высоты суши с амплитудой до 20 см. Крипометры подобны деформографам и используются для измерения крипа, или медленного относительного движения крыльев разлома. [2].

Скорости сейсмических волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются. Изменение скорости продольных волн – сначала ее понижение (до 10%), а затем, перед землетрясением,- возврат к нормальному значению, объясняется изменением свойств горных пород при накоплении напряжений [2].
Геомагнитизм. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движения земной коры. С целью измерения малых вариаций магнитного поля были разработаны специальные магнитометры. Такие изменения наблюдались перед землетрясениями в большинстве районов, где были установлены магнитометры [2]

Земное электричество. Изменения электросопротивления горных пород могут быть связаны с землетрясением. Измерения проводятся с помощью электродов, помещенных в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними. Опыты, проведенные сейсмологами Геологической службы США обнаружили некоторую корреляцию этого параметра со слабыми землетрясениями [2].

Содержание радона в подземных водах. Радон – это радиоктивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Он постоянно выделяется из Земли в атмосферу. Изменения содержания радона перед землетрясением впервые были замечены в Советском Союзе, где десятилетнее возрастание количества радона, растворенного в воде глубоких скважин, сменилось резким его падением перед Ташкентским землетрясением 1966 года (магнитуда 5.3) [2].

Уровень воды в колодцах и скважинах. Уровень грунтовых вод перед землетрясениями часто повышается или понижается, как это было в Хайчэне (Китай), по-видимому из-за изменений напряженного состояния горных пород. Землетрясения могут и прямо влиять на уровень воды; вода в скважинных может колебаться при прохождении сейсмических волн, даже если скважина находится далеко от эпицентра. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, часто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других – ниже [2].

Изменение температурного режима приповерхностных земных слоев. Инфракрасная съемка с космической орбиты позволяет “рассмотреть” своеобразное тепловое покрывало нашей планеты – невидимый глазу тонкий слой в сантиметры толщиной, создаваемый вблизи земной поверхности ее тепловым излучением. Сейчас накоплено много факторов, которые говорят об изменении температурного режима приповерхностных земных слоев в периоды сейсмической активизации [8].

Изменение химического состава вод и газов. Все геодинамически активные зоны Земли отличаются существенной тектонической раздробленностью земной коры, высоким тепловым потоком, вертикальной разгрузкой вод и газов самого пестрого и нестабильного во времени химического и изотопного состава. Это создает условия для поступления в подземные…..

Поведение животных. В течение столетий многократно сообщалось о необычном поведении животных перед землетрясением, хотя до последнего времени сообщения об этом всегда появлялись после землетрясения, а не до него. Нельзя сказать, действительно ли описанное поведение было связано с землетрясением, или же это было просто обычное явление, которое каждый день случается где-нибудь в окрестностях; к тому же в сообщениях упоминаются как те события, которые вроде бы случились за несколько минут до землетрясения, так и те, что произошли за несколько дней [2].

Глава 4. Миграция предвестников землетрясений

Значительную сложность при определении места очага будущего землетрясения по наблюдениям за предвестниками представляет собой большой ареал распространения последних: расстояния, на которых наблюдаются предвестники, в десятки раз превышают размеры разрыва в очаге. При этом краткосрочные предвестники наблюдаются на больших расстояниях, чем долгосрочные, что подтверждает более слабую их связь с очагом (рис. 1) [9].

Глава 5. Теория дилатансии

Теория, способная объяснить некоторые из предвестников, основана на лабораторных опытах с образцами горных пород при очень высоких давлениях. Известная под названием “теория дилатансии”, она впервые была выдвинута в 1960-х годах У.Брейсом из Массачусетского технологического института и развита в 1972 году А.М. Нуром из Станфордского университета. В этой теории дилатансия обозначает увеличение объема горной породы при деформации. Когда происходят движения земной коры, в породах растут напряжения и образуются микроскопические трещины. Эти трещины меняют физические свойства пород, например, уменьшаются скорости сейсмических волн, увеличивается объем породы, меняется электросопротивление (возрастает в сухих породах и уменьшается во влажных). Далее, по мере того, как в трещины проникает вода, они уже не могут схлопываться; следовательно, породы увеличиваются в объеме, и поверхность Земли может подняться. В результате вода распространяется по всей расширяющейся зане, повышая поровое давление в трещинах и снижая прочность пород. Эти изменения могут привести к землетрясению. Землетрясение высвобождает накопленные напряжения, вода выдавливается из пор, и многие из прежних свойств пород восстанавливаются [2].

Глава 6. Методы прогноза землетрясений

6.1.        Модели подготовки землетрясений
    Современные модели подготовки землетрясений построены на основании сопоставления опыта лабораторного моделирования и результатов полевых наблюдений сейсмичности. Теоретическую основу составляют представления механики и физики разрушения материалов и горных пород. Акт землетрясения рассматривается как итог долговременной эволюции трещинообразования в земле. В разных моделях уделяется различное внимание масштабу рассматриваемых геологических разрывов – трещин, их расположению в пространстве, дополнительным физико-механическим факторам, влияющим на протекание процесса трещинообразования [10]. Здесь описываются только наиболее разработанные модели, претендующие на объяснение природы предвестников.
Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ)
     Модель создана специалистами института “Физика Земли”. Суть модели состоит в том, что различные стадии образования трещин (разных масштабов), сопровождаемые изменениями скорости деформирования в очаговой области и вне ее, неизбежно ведут к изменениям физических свойств среды. Отражается это и в вариациях сейсмического режима, т.е. изменениях числа слабых землетрясений, их величины и пространственного расположения [9].
Одна из таких ситуаций недавно проверялась Г.А.Соболевым в лаборатории на простой модели землетрясения, развивающегося в условиях долговременного сейсмического затишья. На множестве образцов размером от десятков сантиметров до нескольких метров были прослежены все этапы образования трещин и установлены три главные стадии подготовки микроземлетрясения [9].
    На первой стадии постепенно накапливались трещины, размер которых на несколько порядков меньше главного разрыва. Затем мелкие разрывы объединялись в более крупные. Н а заключительной стадии образование разрывов лавинообразно нарастало, причем все они локализовались в области будущего главного разрыва. Характерно, что даже в такой упрощенной модели удалось выделить периоды повышения сейсмической активности и затишья, аналогичные наблюдающимся перед реальными землетрясениями [9].
    Эксперименты подтвердили справедливость основных положений модели ЛНТ. В частности, было доказано, что изменения поля упругих деформаций и сейсмического режима можно рассматривать как долгосрочные предвестники. Однако в рамках данной модели пока не удалось обнаружить надежные краткосрочные предвестники [9].
    На объяснение природы долгосрочных предвестников претендует и гипотеза подготовки землетрясения за счет уплотнения вещества, предложенная И.П.Добровольским. Последняя стадия процесса подготовки объясняется в ней все тем же лавинно-неустойчивым трещинообразованием [9]
Дилатантно-диффузионная (ДД) модель
    Модель ДД разработана американскими учеными. В ней проявление предвестников объясняется поступлением воды в очаговую зону будущего землетрясения, после того как из-за резкого роста тектонических напряжений там начинается массовое образование микротрещин. В последнее время эта модель дополнена количественными оценками. Рассматривая вариант так называемого мягкого включения, Дж. Райс показал, что состояние динамической (сейсмической) неустойчивости в реальном массиве пород должно наступать с запаздыванием, так как изменяется внутрипоровое давление и начинается фильтрация жидкости. Если исходить из предполагаемой скорости увеличения механических напряжений в сейсмоопасном районе, равной 1кг/ кв см в год, то расчетное время “запаздывания” землетрясения по сравнению с началом фильтрации воды в очаговую зону должно составлять несколько месяцев, т.е. этот эффект приложим только к долгосрочным и среднесрочным предвестникам. Вопрос о природе краткосрочных предвестников в рамках данной модели остается открытой [9].
Модель “крип” — постепенно ускоряющееся движение бортов уже существующего разлома
    В разных странах широко развивается гипотеза появления землетрясения за счет крипа – постепенно ускоряющееся движение бортов уже существующего разлома. Классические лабораторные эксперименты в рамка этой гипотезы выполнил в США Дж.Дитрих. Перед подвижкой, рассматриваемой как аналог землетрясения, на лабораторной модели землетрясения последовательно наблюдались два явления. Вначале регистрировался медленный (несколько сантиметров в секунду) крип. Затем вдоль разлома или его части он экспоненциально ускорялся (до десятков и сотен метров в секунду), завершаясь динамической подвижкой и излучением сейсмических волн. Несмотря на привлекательность модели, при объяснении природы краткосрочных предвестников землетрясений она также наталкивается на ряд трудностей. Во-первых, остаются непонятными большой ареал распространения таких предвестников, а также обширность области их генерации. Во-вторых, даже в районе разлома Сан-Андрес в Калифорнии, где данная модель работает наилучшим образом, перед большинством землетрясений зарегистрировать краткосрочные предвестники не удалось. Возможно, это объясняется малой областью развития крипа, предшествующего неустойчивому распространению разрыва. В таком случае обнаружить предварительную миграцию крипа как краткосрочный предвестник принципиально возможно, но практически трудно выполнимо [9]
    Можно привести еще много моделей подготовки землетрясений, таких как: модель консолидации, модель неустойчивого скольжения, модель фазовых превращений и др., но при их детальном рассмотрении оказывается, что достоинства модели перекрываются ее недостатками.
   Все рассмотренные выше модели основаны на попытке воспроизвести изучаемый процесс, происходящий в природе, на модели. Но при моделировании землетрясений в лабораторных условиях следует, строго говоря, соблюсти условия подобия процессов в натуре и модели. Горные породы же в лабораторном эксперименте не могут моделировать самих себя в естественных условиях. Кроме того, бесполезно моделировать все свойства естественного процесса в одном опыте [10].
    В лаборатории мы выбираем модель линейного развития процесса, но в природе не существует чисто линейных процессов. Помимо этого, для моделирования в лаборатории надо знать начальные параметры изучаемого процесса, а их определение с необходимой точностью невозможно, но даже исследование этого дает поведение системы только в определенных условиях. А значит, моделирование не дает возможности прогнозировать исследуемый процесс. В настоящее время моделирование не всегда приводит к желаемым результатам, но возможно, со временем, придет новое понятие поведения этой системы, и ученые добьются желаемого результата.

6.2. Алгоритм КН — ретроспективный анализ

    Алгоритм КН предложен для среднесрочного прогноза землетрясений, т.е. прогноза, в котором тревога объявляется на несколько лет. Алгоритм КН был разработан около 20 лет назад путем ретроспективного анализа каталогов землетрясений Калифорнии и Невады., отсюда и его название. Он принадлежит к семейству алгоритмов, основанных на анализе характерных особенностей, возникающих в общем потоке землетрясений перед сильным землетрясением [6].
    Дадим качественное описание алгоритма КН. Сильное землетрясение определяется условием М>Мо, где М-магнитуда, а Мо выбирается так, чтобы средний интервал времени между сильным землетрясением в исследуемом регионе был достаточно большим, практически 7-10 лет. Тревога объявляется, если группирование землетрясений велико, сейсмическая активность высока и продолжает расти, и рост сейсмической активности предварялся затишьем [6,7].
    Результаты испытаний алгоритма КН на независимом материале следующий: за рассмотренный период времени в исследованных регионах произошло 29 сильных землетрясений, диагностированы 23 из них; средняя продолжительность тревоги на сильное землетрясение – 1,8 года [6,7].

Глава 7. Специальное заседание Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук АН СССР 1989 года

Академик В.И.Кейлис-Борок.
Почему долгосрочные прогнозы пока не точны? И почему не удаются краткосрочные прогнозы? Главная причина – хаотический характер динамики сейсмо-активных разломов в том масштабе времени, который как раз и интересен для прогноза, т.е. годы и месяцы. В системе разломов действуют много механизмов, создающих сильную неустойчивость. Например, миграция флюидов – циркулирующих в земной коре насыщенных газами растворов – способна снизить прочность разлома на целых пять порядков. Значит, вторжение флюидов может спровоцировать землетрясение почти неожиданно, отразившись в электропроводности или слабой сейсмичности. Неустойчивость создают и химическое разупрочнение пород, и фазовые переходы с потерей объема, а также чисто механические явления – растрескивание, смятие пород и т.д. Действуя вместе, все эти механизмы превращают литосферу в хаотическую нелинейную систему, а в такой системе, как известно, прошлое не определяет будущее. Отсюда трудность прогноза [11].

Поведение нелинейной системы можно предсказать ценой ее сглаживания – с потерей деталей. И чем больше сглаживание, тем крупнее становятся пространственные и временные масштабы, в которых прогноз, не скажу – возможен, но, по крайней мере, не невозможен. Так что задача прогноза становится как последовательное сужение пространственно-временного объема, где следует ожидать сильного землетрясения. Поэтому, я думаю, нам нужно воспринимать прогноз землетрясений как некий процесс сглаживания неопределенности, а не как неожиданное объявление тревоги. Точные и малоточные прогнозы позволяют предотвращать большой ущерб за счет экономических мероприятий “ранней готовности” [11].

Что же необходимо для успешного предсказания землетрясений [11]?

Прежде всего, новая теория. Не имея ее, мы пытались давать прогнозы: краткосрочный и сильных повторных толчков. И тут же остро почувствовали, что одной феноменологии недостаточно. А ведь прогноз сильных повторных толчков – это критическая задача, особенно если говорить не буквально об этих толчках, а вообще о землетрясениях неподалеку [11].

Член-корреспондент АН СССР В.Н.Страхов.

Что касается прогноза землетрясений, то его не следует рассматривать как некий не разрешимый в будущем вопрос. Этому помогут сейсмостатика, геология, тектоника, сейсморайонирование [11].

В нашей стране 20 институтов Академии наук занимаются проблемой прогноза, а вместе с другими министерствами и ведомствами число таких организаций составляет 50. Для сравнения скажу, что во всем мире этой проблемой занимаются тоже 50 институтов и университетов [11].

Если мы выделим разумный масштаб времени для исследований такого направления, учтем прогресс, существующий сейчас в сейсмологии, и не будем вкладывать в термин “прогноз” административный смысл, мы сможем добиться успеха. Но при одном условии: нужна служба унифицированных наблюдений, оснащенная современной аппаратурой, и хорошая инспекция, и мощный алгоритм обработки [11].

Глава 8. Совещание “Оценка проектов по прогнозу землетрясений”1996 года в Лондоне

На совещании “Оценка проектов по прогнозу землетрясений”, проводившемся в Лондоне 7-8 ноября 1996 года Королевским Астрономическим Обществом совместно с Объединенной Ассоциацией геофизики рассматривались принципиальные вопросы эффективности проектов прогнозирования в наиболее общей, в некоторой степени, философской постановке. На совещании господствовал глубокий пессимизм не только по поводу состояния проблемы на сегодня, но и относительно планов на обозримое будущее. По существу участники совещания вторили доводам J.B.Maceiwane и C.F/Richter, доказывавшим невозможность прогнозирования землетрясений. За истекшие 50 лет, по мнению участников конференции, этому, практически, нечего противопоставить [5].
Основные аргументы совещания 1996 года сводились к следующему:
1.        Прогноз в настоящее время не возможен вследствие хаотической, в высшей степени не линейной природы процессов подготовки в очаге (I.G.Main).
2.        Земная кора находится в состоянии самоорганизованной критичности, не имеющей характерных размеров и, следовательно, надежные оценки места, времени и силы землетрясения не возможны. (S.Crampin).
3.        Казавшаяся очевидной парадигма, согласно которой сейсмическому событию, реализующему огромную энергию должны предшествовать идентифицируемые и наблюдаемые предвестники, оказалась неверна. Землетрясениям присуща непредсказуемость. (R.J.Geller).
4.        ЭМ предвестники регистрируются до расстояния в несколько сотен км. Возможны ли физические механизмы объяснения этих ЭМ эффектов? (Дискуссия).
5.        Даже наиболее оптимистические физические модели могут объяснить лишь 1% амплитуды регистрируемых электрических сигналов. (P.Bernard).
6.        Не существует физической основы прогноза индивидуального землетрясения. (I.G.Main).
7.        Лабораторное моделирование не решает проблемы из-за не соответствия шкалы времени, скоростей деформаций, окружающих условий. (дискуссия).
8.        Статический подход предпочтительнее исследования физических процессов. Предположение об однородности среды неверно изначально. В такой среде крайне не вероятно появление каких либо предвестников. (P.C.Leary).
9.        Концентрация усилий на статических оценках сейсмического риска целесообразней прогностических исследований. (F.Mulagria).
10.        Нежелательные инциденты, вследствие возможной паники и потерь в индустрии туризма, при малочисленности жертв от землетрясений в Греции делают даже правильный прогноз экономически не выгодным. (S.Stiros).
Трудно не согласиться с прозвучавшей критикой подходов к организации исследований и тем более результатов, в основе своей конструктивной и справедливой. Однако участники совещания не скрывали сожаления в том, что лишь небольшое число оптимистов было приглашено к участию в совещании, что не способствовало конструктивному диалогу [5].
Несмотря на категоричный тон дискуссии, на совещании не было и не могло быть приведено доказательств принципиальной невозможности прогноза. По существу все приводимые доводы сводились к констатации сложности и слабой изученности вопроса. Но незнание не может служить доказательством невозможности [5].
Заключение

Оптимизм 60-70-х годов относительно возможности прогноза землетрясений сменился в 90-х годах глубоким пессимизмом. Распределение предвестников мозаично. Связь с землетрясением какого-либо геофизического параметра до сих пор не установлена и применение математических способов едва ли уменьшит эту неопределенность. Проблема прогноза не вышла за рамки научного поиска, остаются нерешенными все основные ее составляющие. Применение алгоритма КН, разработанного около 20 лет назад для среднесрочного прогноза, привело, вместо ожидавшегося предсказания 80% сильных землетрясений, к ошибкам типа “ложная тревога” — 30%, “пропуск цели” — 32%. Академик В.И.Кейлис-Борок, отмечая, что разрушительное Рачинское землетрясение 1991 года спрогнозировать не удалось, но повторный сильный толчок был предсказан, пишет: “Наш прогноз подтвердился. Но у меня лично от этого ощущение – это в основном беспомощность… Точность не велика, методика пока чисто эмпирическая…” [4]. Тяжелая ошибка (в 3 балла) “пропуска цели” на карте ОСР-78 – разрушительное Спитакское землетрясение 1988 года [10]. В США с 1977 года не было предсказано ни одно землетрясение [12]. “Согласно новой модели, землетрясение случайны”, резюмируют исследователи сейсмичности Калифорнии. Ныне в США отказались от проведения масштабных прогностических работ [2]. В Японии за 30 лет ни одного случая прогнозирования не было. Совещание по прогнозу землетрясений в Лондоне в 1996 году констатировало их непредсказуемость за истекшие 50 лет, весьма пессимистично оценило перспективы на будущее [5].
Таким образом, при всем обилии проведенным и проанализированных наблюдений, место, время и магнитуда будущих разрушительных землетрясений даже в хорошо изученных регионах по-прежнему оказывается неожиданным. Тем не менее, необходимо собирать все новые, дополнительные данные, но какие? Комплекс возможных параметров в том или ином многопризнаковом факторе можно варьировать и расширять беспредельно, однако рамки реальных возможностей всегда заставляет как-то его ограничивать. Перспективен ли вообще такой путь?
А пока нет ответа на этот и многие другие вопросы, у человечества есть только один способ обезопасить себя – развивать и совершенствовать сейсмостойкое строительство на территориях, которые подвержены влиянию сильных землетрясений.

Список литературы

1.        Войтов Г.И., Попов Е.А. Геохимический прогноз землетрясений. Природа. 1989. №12.С60-64.
2.        Гир ДЖ., Шах Х. Зыбкая твердь. М., Мир, 1988. 220 с.
3.        Друмя А. Землетрясения: где, когда, почему? Кишенев, Штиинца, 1985, с. 195.
4.        Кейлис-Борок В.И. Повторный сильный толчок землетрясений: прогноз возможен. Наука в России. 1992. №1. С.60-63.
5.        Моргунов В.А. Реальности прогноза землетрясений. Физика Земли. 1999. №1. С.79-91.
6.        Новикова О.В., Ротвайн И.М. Опыт заблоговременного прогноза землетрясений с помощью алгоритма КН. Докл. РАН. 1996. Т348. №4. С.548-551.
7.        Рейснер Г.И. Почему ошиблась карта. Природа. 1989. №12. С. 12-19.
8.        Салман А.Г., Шилин Б.В. Сейсмическая активность: взгляд из космоса. Природа. 1989. №12. С. 55-58.
9.        Соболев Г.А. Проблема прогноза землетрясений. Природа. 1989. №12. С.47-55.
10.      Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М., Наука, 1993. 313 с.
11.      Соломатина Э.К. Предвидеть земную бурю. Наука в СССР. 1990. №3. С. 5-13.
12.      Ashida M. Faultu premise. Sciences. 1996. Vol. 36, №5. P. 15-19.

Приложение 6

Землетрясения

URL: http://monsalvat.globalfolio.net/frmanifest/manifest.htm?/frmanifest/dictionary/termin/zemletrasenie1.htm

Содержание

Общие сведения
Где и почему происходят землетрясения
Параметры землетрясений
Интенсивность землетрясений
Сейсмические шкалы
Балл — Проявление на поверхности
Катастрофические землетрясения
Почему люди гибнут при землетрясениях
Прогноз и районирование землетрясений
Сейсмограф
Сейсмическая служба
Антропогенные землетрясения
Изучение землетрясений

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ — это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верх-ней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде колебаний. Интен-сивность землетрясений оценивается в сейсмических баллах, для энергетической классификации землетрясений пользуются магнитудой (см. Рихтера шкала). Наиболее известные катастрофические землетрясения: Лиссабонское 1755, Калифорнийское 1906, Мессинское 1908, Ашхабадское 1948, Чилийское 1960, Армянское 1988, Иранское 1990.

Общие сведения
Сильные землетрясения носят катастрофический характер, уступая по числу жертв только тайфунам и значительно (в десятки раз) опережая извержения вулканов. Материальный ущерб одного разрушительного землетрясения может составлять сотни миллионов долларов. Число слабых землетрясений гораздо больше, чем сильных. Так, из сотни тысяч землетрясений, ежегодно происходящих на Земле, только единицы катастрофических. Они высвобождают около 1020 Дж потенциальной сейсмической энергии, что составляет всего 0,01% тепловой энергии Земли, излучаемой в космическое пространство.

Где и почему происходят землетрясения
Территориальное распределение землетрясений неравномерно. Оно определя-ется перемещением и взаимодействием литосферных плит. Главный сейсмический пояс, в котором выделяется до 80% всей сейсмической энергии, расположен в Тихом океане в районе глубоководных желобов, где происходит подвигание холодных литосферных плит под континент. Остальная энергия выделяется в Евроазиатском складчатом поясе в местах столкновения Евроазиатской плиты с Индийской и Африканской плитами и в районах срединно-океанических хребтов в условиях растяжения литосферы(см. Рифтов мировая система).

Параметры землетрясений
Очаги землетрясений располагаются на глубинах до 700 км, но большая часть (3/4) сейсмической энергии выделяется в очагах, находящихся на глубине до 70 км. Размер очага катастрофических землетрясений может достигать 100×1000 км. Его положение и место начала перемещения масс (гипоцентр) определяют путем регистрации сейсмических волн, возникающих при землетрясениях (у слабых землетрясений очаг и гипоцентр совпадают). Проекция гипоцентра на земную поверхность именуется эпицентром. Вокруг него располагается область наибольших разрушений (эпицентральная, или плейстосейстовая, область).

Интенсивность землетрясений
Интенсивность проявления землетрясений на поверхности измеряется в баллах и зависит от глубины очага и магнитуды землетрясения, служащей мерой его энергии. Максимальное известное значение магнитуды приближается к 9. Магнитуда связана с полной энергией землетрясения, но эта зависимость не прямая, а логарифмическая, с увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4. Часто в средствах массовой информации, оповещающих о сейсмических катастрофах, отождествляется шкала магнитуд (Рихтера шкала) и сейсмическая шкала интенсивности, измеряемая в сейсмических баллах, т. к. журналисты, сообщающие о 12 баллах "по шкале Рихтера", путают магнитуду с интенсивностью. Интенсивность тем больше, чем ближе очаг расположен к поверхности, так, напр., если очаг землетрясения с магнитудой, равной 8, находится на глубине 10 км, то на поверхности интенсивность составит 11-12 баллов; при той же магнитуде, но на глубине 40-50 км воздействие на поверхности уменьшается до 9-10 баллов.

Сейсмические шкалы
Сейсмические движения сложны, но поддаются классификации. Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12-балльная шкала МSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника), восходящая к шкале Меркали-Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10-балльная шкала Росси-Фореля (1883), в Японии — 7-балльная шкала. Оценка интенсивности, в основу ко-торой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Напр., в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем "как лошадь трется о столб веранды", в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — "начинают звонить колокола", в Японии фигурирует "опрокинутый каменный фонарик". В наиболее простом и удобном виде ощущения и наблюдения представлены в схематизированной краткой описательной шкале (вариант MSK), которой может пользоваться каждый.

Балл — Проявление на поверхности
1 — Не ощущается никем, регистрируется только сейсмическими приборами
2 — Ощущается иногда людьми, находящимися в спокойном состоянии
3 — Ощущается немногими, более сильно проявляется в помещении на верхних этажах 4 — Ощущается многими (особенно в помещении), в ночное время некоторые про-сыпаются. Возможен звон посуды, дребезжание стекол, хлопки дверей
5 — Ощущается почти всеми, многие ночью просыпаются. Качание висячих пред-метов, трещины в оконных стеклах и штукатурке
6 — Ощущается всеми, осыпается штукатурка, легкие разрушения зданий
7 — Трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах. Толчки ощущаются в автомобилях
8 — Большие трещины в стенах, падение труб, памятников. Трещины на крутых склонах и на сырой почве
9 — Обрушение стен, перекрытий кровли в некоторых зданиях, разрывы подзем-ных трубопроводов
10 — Обвалы многих зданий, искривление железнодорожных рельсов. Оползни, обвалы, трещины (до 1 м) в грунте
11 — Многочисленные широкие трещины в земле, обвалы в горах, обрушение мос-тов, только немногие каменные здания сохраняют устойчивость
12 — Значительные изменения рельефа, отклонение течения рек, предметы под-брасываются в воздух, тотальное разрушение сооружений
Как далеко распространяется влияние землетрясений
Сильные землетрясения могут ощущаться на расстоянии тысячи и более километ-ров. Так в асейсмичной Москве время от времени наблюдаются толчки интенсив-ностью до 3 баллов, служащие "эхом" катастрофических карпатских землетрясе-ний в горах Вранча в Румынии, эти же землетрясения в близкой к Румынии Молдавии ощущаются как 7-8-балльные.

Длительность землетрясений
Продолжительность землетрясений различна, часто число подземных толчков об-разует рой землетрясений, включающих предшествующие (форшоки) и последую-щие (афтершоки) толчки. Распределение наиболее сильного толчка (главного зем-летрясения) внутри роя носит случайный характер. Магнитуда сильнейшего аф-тершока меньше на 1,2, чем у основного толчка, эти афтершоки сопровождаются своими вторичными сериями последующих толчков. Напр., землетрясение, проис-шедшее на о. Лисса в Средиземном м., длилось три года, общее число толчков за период 1870-73 составило 86 тысяч.

Катастрофические землетрясения
Из огромного числа происходящих ежегодно землетрясений, только одно имеет магнитуду равную или более 8, десять — 7-7,9, сто — 6-6,9. Всякое землетрясение с магнитудой св. 7 может стать крупной катастрофой. Однако оно может остаться и незамеченным, если произойдет в пустынном районе. Так, грандиозная природная катастрофа — Гоби-Алтайское землетрясение (1957; магнитуда 8,5, интенсивность 11-12 баллов) — остается почти не изученной, хотя из-за огромной силы, малой глубины очага и отсутствия растительного покрова это землетрясение оставило на поверхности наиболее полную и многообразную картину (возникли 2 озера, мгно-венно образовался огромный надвиг в виде каменной волны высотой до 10 м, мак-симальное смещение по сбросу достигло 300 м и т. п.). Территория шириной 50-100 км и длиной 500 км (как Дания или Голландия) была полностью разрушена. Если бы это землетрясение произошло в густонаселенном районе, число жертв могло измеряться миллионами. Последствия одного из самых сильных землетрясений (магнитуда могла составлять 9), произошедшего в старейшем районе Европы — Лиссабоне — в 1755 и захватившего территорию свыше 2,5 млн. км2, были столь грандиозны (погибло 50 тыс. из 230 тыс. горожан, в гавани выросла скала, при-брежное дно стало сушей, изменилось очертание побережья Португалии) и так по-разили европейцев, что Вольтер откликнулся на него "Поэмой о гибели Лиссабона" (1756, русский перевод 1763). По-видимому, впечатление от этой катастрофы было столь сильным, что Вольтер в поэме оспаривал учение о предустановленной мировой гармонии. Сильные землетрясения, как бы они ни были редки, никогда не оставляют современников равнодушными. Так, в трагедии У. Шекспира "Ромео и Джульетта" (1595) кормилица вспоминает землетрясение 1580, которое, судя по всему, пережил сам автор.

Почему люди гибнут при землетрясениях
Если землетрясения происходят в море, то они могут вызвать разрушительные волны — цунами, наиболее часто опустошающие побережья Тихого океана, как это произошло в 1933 в Японии и в 1952 на Камчатке.
Общее число жертв землетрясений на планете за последние 500 лет составило около 5 млн. чел., почти половина из них приходится на Китай. Так в 1556 в китай-ской пров. Шэньси при землетрясении с магнитудой 8,1 погибло 830 тыс. чел., в 1976 в районе Таншан к востоку от Пекина землетрясение с магнитудой 7,8 вызва-ло гибель 240 тыс. чел. по официальным китайским данным (по данным американских сейсмологов до 1 млн. чел.). Исключительно тяжелые последствия связаны также с землетрясениями в 1737 в Калькутте (Индия), когда погибло 300 тыс. чел., в 1908 в Мессине (Италия) — 120 тыс. чел., в 1923 в Токио — 143 тыс. чел. Большие потери при землетрясениях обычно связаны с высокой плотностью населения, примитивными методами строительства, особенно характерными для бедных районов, при этом совсем не обязательно, чтобы землетрясение было сильным (напр., в 1960 в результате сейсмического толчка с магнитудой 5,8 погибло до 15 тыс. человек в Агадире, Марокко). Естественные явления — оползни, трещины играют меньшую роль. Катастрофические последствия землетрясения можно предотвратить, улучшив качество построек, т. к. большая часть людей гибнет под их обломками. Полезно также воспользоваться советом — во время землетрясения не выбегать на улицу, а лучше укрыться в дверном проеме или под крепкой плитой или доской (столом), способных выдержать вес обрушивающегося груза.

Прогноз и районирование землетрясений
Задача прогноза землетрясений, ведущегося на основе наблюдений за предвестниками (предсказание не только места, но, самое главное, времени сейсмического события), далека от своего решения, так как ни один из предвестников нельзя считать надежным. Известны единичные случаи исключительно удачного своевременного прогноза, напр., в 1975 в Китае очень точно было предсказано землетрясение с магнитудой 7,3. В сейсмоопасных районах важную роль играет возведение сейсмо-стойких сооружений (см. Антисейсмическое строительство). Деление территории по степени потенциальной сейсмической опасности входит в задачу сейсмического районирования. Оно основано на использовании исторических данных (о повторяемости сейсмических событий, их силе) и инструментальных наблюдений за землетрясениями, геолого-географическом картировании и сведениях о движении земной коры. Районирование территории связано и с проблемой страхования от землетрясений.

Сейсмограф
Впервые инструментальные наблюдения появились в Китае, где в 132 Чан Хен изобрел сейсмоскоп, представлявший собой искусно сделанный сосуд. На внешней стороне сосуда, с размещенным внутри маятником, по кругу были выгравированы головы драконов, держащих в пасти шарики. При качании маятника от землетрясения один или несколько шариков выпадали в открытые рты лягушек, размещенных у основания сосудов таким образом, чтобы лягушки могли их проглотить. Современный сейсмограф представляет собой комплект приборов, регистрирующих колебания грунта при землетрясении и преобразующих их в электрический сигнал, записываемый на сейсмограммах в аналоговой и цифровой форме. Однако, по-прежнему, основным чувствительным элементом служит маятник с грузом.

Сейсмическая служба
Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой. Современная мировая сеть насчитывает св. 2000 стационарных сейсмиче-ских станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедици-онные сейсмографы, в т. ч. устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну (где 5 сейсмографов ежегодно регистри-руют до 3000 лунотрясений), а также на Марс и Венеру.

Антропогенные землетрясения
В кон. 20 в. техногенная деятельность человека, принявшая планетарный мас-штаб, стала причиной наведенной (искусственно вызываемой) сейсмичности, воз-никающей, напр., при ядерных взрывах (испытания на полигоне Невада инициировали тысячи сейсмических толчков), при строительстве водохранилищ, заполнение которых иногда провоцирует сильные землетрясения. Так случилось в Индии, ко-гда сооружение водохранилища Койна вызвало 8-балльное землетрясение, при ко-тором погибло 177 человек.

Изучение землетрясений
Изучением землетрясений занимается сейсмология. Сейсмические волны, воз-никающие при землетрясениях, используются также для изучения внутреннего строения Земли, достижения в этой области послужили основой для развития ме-тодов сейсмической разведки.
Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен. Детальные ис-торические описания, надежно свидетельствующие о землетрясениях с сер. 1 тыс. до н. э., даны японцами. Большое внимание сейсмичности уделяли и античные уче-ные — Аристотель и др. Систематические инструментальные наблюдения, начатые во 2-ой пол. 19 в., привели к выделению сейсмологии в самостоятельную науку (Б. Б. Голицын, Э. Вихерт, Б. Гутенберг, А. Мохоровичич, Ф. Омори и др.).

МАГНИТУДА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (от лат. magnitudo — величина), условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами; позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.
СЕЙСМИЧЕСКАЯ ШКАЛА, шкала для оценки интенсивности землетрясения на поверхности Земли. В Российской Федерации используются 12-бальная сейсмическая шкала MSK-64.
СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИЕ ХРЕБТЫ, горные сооружения, образующие на дне Мирового океана единую систему, опоясывающую весь земной шар.
ЛИТОСФЕРНАЯ ПЛИТА, крупный (несколько тыс. км в поперечнике) блок земной коры, включающий не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору; ограничен со всех сторон сейсмически и тектони-чески активными зонами разломов.
ГИПОЦЕНТР, точка начала перемещения масс в очаге землетрясения. Глубина до 700 км.