Почему тысячи (а иногда и сотни тысяч) людей по-прежнему гибнут в результате землетрясений — хотя существуют эффективные технологии сейсмической защиты? Один из ключевых ответов: коррупция
По данным на 10 февраля, число погибших в результате землетрясения в Турции и Сирии превысило 20 тысяч человек. Один из главных вопросов, которым задаются после бедствия, — можно ли было подготовиться к нему заранее и избежать такого количества жертв? Предоставляет ли современная наука достаточно необходимых данных для властей — и что они должны делать, чтобы уберечь людей?
Почему нельзя заранее предупредить о землетрясении?
Потому что это невозможно. Люди, которые утверждают, что умеют предсказывать землетрясения, либо мошенники, либо заблуждаются. Проблема здесь заключается в том, что триггерами сейсмической активности становятся случайные процессы, скрытые в толще земной коры. Их очень трудно прогнозировать. Например, даже очень хорошо зная состояние погоды в мире «на сейчас», невозможно надежно рассчитать, пойдет ли дождь в данной точке через месяц или полгода. С мониторингом «погоды» в глубине Земли все принципиально труднее, а потому задача прогнозирования дополнительно усложняется. В геофизике речь может идти лишь о понимании общих процессов движения литосферных плит и о мониторинге накопленных механических напряжений в тех местах, где они соприкасаются. Эти напряжения рано или поздно разрешаются срывами, что приводит к землетрясениям. Однако когда и где именно это должно произойти, предсказать невозможно.
Некоторые землетрясения начинаются с небольших толчков. Многие животные способны их почувствовать, и по их тревожному поведению можно сделать вывод о приближении катастрофы. При желании такие наблюдения можно рассматривать как некий вариант прогнозирования. Другой вариант, где прогнозы работают, — афтершоки, то есть вторичные толчки, которые обычно происходят после большого землетрясения (но ценность таких краткосрочных прогнозов не слишком велика). К сожалению, подавляющее большинство землетрясений начинается сразу с мощных толчков, и для них никаких способов точного предсказания не существует.
Разве не существует систем раннего оповещения?
При желании в число «работающих» предсказаний можно включить системы раннего оповещения о землетрясениях. Такие системы установлены уже в нескольких странах: Японии, Корее, Индии, Турции, Мексике, США и некоторых других. Их принцип работы основан на том, чтобы успеть передать сигнал о землетрясении от сети сейсмодатчиков туда, куда еще не успела дойти основная волна поверхностных колебаний. Технически системы оповещения бывают разными, но главное, от чего зависит их эффективность, — это правильный выбор наиболее рискованных мест, где оповещение даже за несколько десятков секунд может иметь решающее значение.
В недавней обзорной статье экспертов из Университетского колледжа в Лондоне и Университета Павии есть ряд конкретных примеров того, что можно сделать за несколько секунд до начала толчков:
Люди могут использовать технику «Падай. Укрывайся. Держись» или (если есть достаточно времени) эвакуироваться из опасных зданий / переместиться в более безопасные места внутри здания, смягчая травмы или смертельные случаи. Могут быть предприняты автоматические действия, включая остановку лифтов на ближайшем этаже и открытие дверей во избежание травм, замедление движения высокоскоростных поездов для снижения аварийности, перекрытие газопроводов для предотвращения пожаров, переключение сигналов для остановки транспортных средств от въезда в уязвимые сооружения, такие как мосты и туннели, и т. д. Это не исчерпывающий список, а скорее обзор критически важных вариантов использования технологии раннего оповещения.
Те прогнозы, которые все-таки могут давать ученые, касаются обычно очень длительных периодов времени. Звучат они, например, так:
Геологическая служба США оценивает вероятность большого землетрясения в районе разлома Сан-Андреас в каждый конкретный год в 0,3%. Это эквивалентно одному землетрясению магнитудой 7,8 раз в 300 лет.
В некоторых случаях период, когда ожидается землетрясение, может быть и существенно короче. Яркий пример тому — север Турции: динамика движения литосферных плит в районе Мраморного моря такова, что ученые ожидают здесь мощных землетрясений в течение не сотен, а всего десятков ближайших лет. Еще в 2000 году американо-японская группа сейсмологов сделала гораздо более конкретный и тревожный прогноз относительно региона:
Вероятность сильных сотрясений в Стамбуле — (62 ± 15)% в течение 30 лет, а с вероятностью (32 ± 12)% — в последующие 10 лет.
Из-за чего именно во время землетрясений гибнет большинство людей?
Строго говоря, убивает не само землетрясение, а движение и обрушение построек: если не падающие перекрытия, то мебель, куски стекла и другие предметы, летящие во все стороны. Урон может дополнительно увеличиться из-за пожаров, которые часто начинаются на месте разрушений.
Именно качество строительства — главный параметр, который определяет число жертв. Другими словами, при одной и той же интенсивности механического воздействия на постройки и одинаковой плотности населения меньше людей погибнет там, где лучше строят. Этот тезис может показаться очевидным, но мы все-таки приведем ссылки на несколько статей, где он наглядно подтверждается данными:
- вот исследование Геологической службы США, в котором проанализированы данные о застройке территорий, пострадавших от землетрясений с 1900 по 2007 год,
- вот кембриджское исследование факторов риска при землетрясениях тридцатилетней давности
- вот внутренний документ одного из департаментов Всемирного банка с понятным заглавием «Почему люди умирают во время землетрясений?».
- Основная характеристика землетрясений — это безразмерная величина, называемая магнитудой. Поскольку впервые она была предложена Чарльзом Рихтером, часто говорят о баллах по шкале Рихтера — хотя сейчас оригинальной рихтеровской шкалой почти не пользуются. Как исходно вычислялась магнитуда, проще всего понять по картинке из книги самого Рихтера.
- Современное понятие магнитуды основано на вычислении так называемого сейсмического момента. Если неформально, то речь идет о перемножении величины сдвига горных пород на площадь, на которой он наблюдается, и на «трудность» (модуль) такого сдвига.
- Магнитуда — это характеристика самого события, землетрясения, а не его последствий. Понятно, что в разных точках одно и то же землетрясение вызывает колебания разной величины (амплитуды).
- Шкала магнитуды логарифмическая. Это значит, что при переходе от события с магнитудой 6 к событию с магнитудой 7 сейсмический момент увеличивается не на проценты, как можно ожидать, а в 10 раз.
- Для того чтобы оценить «силу» колебаний в конкретной точке, можно использовать точные механические параметры вроде ускорения, но чаще говорят об интенсивности землетрясения — это тоже логарифмическая безразмерная величина, что-то вроде «магнитуды в данной точке».
- В идеале магнитуда должна отражать количество энергии, выделенной в ходе события, — однако подсчитать именно энергию довольно сложно, при сравнении землетрясений ее используют редко. Для сравнения: количество энергии, выделенное в ходе ядерного взрыва в Хиросиме, соответствует землетрясению с магнитудой около 6, взрыв водородной «Царь-бомбы» — землетрясению магнитудой 8.
Какие постройки особенно опасны?
Легче всего рушатся легкие постройки из кирпича и камня, а также бетонные дома без стальной арматуры. Но и железобетонный каркас ненадежная защита, если используются некачественные материалы. Разбавленный песком бетон, а также строительство в непосредственной близости от линий раздела литосферных плит названы Transparency International основными причинами гибели людей в результате мощного Измитского землетрясения 1999 года в Турции.
Еще один важный фактор, определяющий количество смертей, — жесткость строительных требований. Здания, построенные в Японии после пересмотра в 1981 году строительных кодексов, в результате землетрясения 1995 года в Кобе падали гораздо реже, чем здания, построенные раньше. А чаще всего падали дома, построенные до 1971 года, когда были ужесточены требования к перекрытиям и колоннам.
Насколько дорого подготовить дома к землетрясению?
Технологии защиты зданий от подземных толчков делятся на два типа:
- первый — это укрепление здания; в этом случае инженеры придают несущим конструкциям способность выдерживать бо́льшие нагрузки (например, за счет X-образных балок, стальных сэндвич-конструкций и т. д.);
- технологии второго типа, наоборот, уменьшают нагрузку, которую принимают на себя несущие конструкции. Например, одним из самых надежных решений считаются амортизаторы (или изоляторы), которые устанавливаются между самим зданием и его фундаментом и не пропускают колебания фундамента в здание. Типов конструкции существует очень много, обычно используют резиново-стальные демпферы со свинцовыми сердечниками. Одно из самых интересных решений, например, используется в новом офисе компании Apple в Калифорнии — это здание вовсе не закреплено на земле, а опирается на металлические шайбы, которые зажаты между вогнутыми площадками-«блюдцами», которые сами могут свободно скользить между «блюдцами» побольше.
«Медуза» в России теперь не только «иноагент», но еще и «нежелательная» организация. Этот статус гораздо хуже прежнего. Тем не менее мы продолжаем работать. Нас по-прежнему можно читать. Это безопасно. Здесь — все ответы на тревожные вопросы.
Укрепленные здания строить дороже обычных, но насколько именно, зависит от ситуации
Разные оценки показывают, что защита здания от сотрясений обходится иногда в половину стоимости строительства, но редко дороже — а иногда и дешевле: все очень сильно зависит от места, размеров здания, а также грунта.
Например, непальские специалисты в 2019 году рассчитали стоимость строительства сейсмически защищенного дома небольших размеров (многоквартирные здания не так актуальны в стране, где основную часть домов строят сами хозяева). Расчет для 17 вариантов жилого дома показал, что разница в стоимости укрепленного и неукрепленного дома составляет в среднем 16,67%.
Малайские специалисты дают другие оценки: в зависимости от типа почвы строительство двухэтажного здания школы, защищенного от землетрясений, может быть на 34–111% дороже, чем строительство по обычной технологии (для двухэтажного варианта), и на 22–55% выше в случае, если школа четырехэтажная.
При этом не так важно, к сейсмическим нагрузкам какой «силы» нужно подготовиться — разница в дополнительной стоимости строительных работ будет невелика. Согласно свежему греческому исследованию, при переходе от одного уровня сейсмического риска к следующему потребность возрастает на доли процента, мало влияя на стоимость всей укрепленной конструкции.
Защитить здание, построенное без сейсмозащиты, дороже, чем с самого начала строить с расчетом на землетрясения
Согласно оценкам специалистов по строительным технологиям из Бангладеш, модификация уже построенной трехэтажки обойдется в 22–92% (в зависимости от выбранного метода) стоимости строительства укрепленного здания с нуля. При этом самый надежный метод — самый дорогой: это изоляция фундамента, которая стоит почти столько же, сколько строительство с нуля. В итоге по соотношению эффективности и стоимости в лидеры выходят два других метода — замена несущих стен на бетонные армированные и прокладка новой арматуры; оба обходятся дешевле изоляции фундамента.
Вопрос о том, во сколько обойдется укрепление городов, расположенных в сейсмически активных зонах, периодически поднимается. Стоимость укрепления 3600 ранее построенных без сейсмозащиты общественных зданий Стамбула, например, Всемирный банк в 2005 году оценивал в один миллиард долларов.
Иными словами, превращение жилого района в защищенную от землетрясений крепость может стоить, в зависимости от типа зданий, почти вдвое больше, чем строительство точно такого же района без сейсмоустойчивых конструкций.
При этом восстановление разрушенного в результате землетрясения города обойдется в 100% стоимости его строительства. То есть в среднем ждать землетрясения и строить новое получается дешевле, чем укреплять старые здания. Правда, это без учета средств, которые тратятся на кризисное реагирование, издержки из-за прекращения работы предприятий, деловой жизни, нарушения цепочек поставок и многого другого. Не говоря о гибели людей.
Современные технологии, в принципе, позволяют строить здания, почти идеально защищенные от любых возможных катастроф. Пример тому — атомные электростанции, здания энергоблоков которых рассчитаны на землетрясение магнитудой девять баллов или падение прямо на них самолета.
Строить каждое здание по стандартам АЭС — это, наверное, чересчур. Как определить меру разумной защиты?
Расчет выгод и издержек от мер, снижающих риски (таких как строительство сейсмоустойчивых зданий и укрепление старых построек), зависит от нескольких факторов. Экономисты, как правило, относят к ним:
- стоимость защитных мер
- риск катастрофы
- вероятный масштаб катастрофы
- объем вероятных убытков
- доходность инвестиций
Косвенно в часть из этих подсчетов входит такая величина, как стоимость человеческой жизни. Этичность использования этого параметра можно обсуждать, но экономисты пользуются им, чтобы объяснять экономические решения, которые принимают обычные люди или представители властей.
Одно из самых подробных исследований соотношения затрат и выгод проводилось после Измитского землетрясения 1999 года в Турции; результаты этих исследований были использованы для принятия решений о выдаче стране Всемирным банком финансовой помощи. Стоимость серьезной травмы в этом случае оценивалась в восемь тысяч долларов, гибель человека — в 200 тысяч долларов.
Авторы исследования все равно пришли к выводу, что даже при таких низких параметрах часть зданий в Стамбуле нужно перестроить, укрепив несущие конструкции, часть — снести и построить новые, сейсмоустойчивые, и все эти меры в долгосрочной перспективе экономически оправданы. Проект был профинансирован Всемирным банком и закончен в 2015 году.
Но при меньших рисках катастрофы и при более низкой оценке стоимости жизни результат может быть иным. Например, в очень бедных регионах, где увеличение расходов на строительство может означать снижение расходов на другие насущные потребности, такие как медицина или образование.
При этом исследования экономического поведения жителей сейсмоактивных зон показывают, что и в богатых странах вложения в защиту или страхование от землетрясений крайне непопулярны, если к ним не обязывает закон. Более того, расходы на защиту от землетрясений (а также наводнений и других природных катастроф), похоже, редко бывают популярными среди избирателей — по крайней мере в США.
Причин у такого положения дел может быть множество, но исследования показывают, что дело точно не в том, что люди мало знают о землетрясениях: ситуация не меняется и сразу после крупных катастроф, и когда жители региона давно забыли о том, что такое дрожь земли.
Среди действительных причин может быть экономическая и политическая культура. Например, при сравнении очень разной практики сейсмозащиты в Японии (где она очень распространена) и США (где почти отсутствует) эксперты указывают среди прочего на то, что в штатах здания значительно чаще меняют владельцев — поэтому экономических стимулов вкладываться в долгосрочную защиту там гораздо меньше. Кроме того, в США по традиции гораздо больше экономических решений, вроде выбора технологии строительства, отдается в частные руки.
Но главное — число жертв землетрясений прямо коррелирует с уровнем коррупции
Принятые на государственном уровне решения о мерах защиты от землетрясений не всегда претворяются в жизнь. И по крайней мере отчасти в этом может быть виновата коррупция.
Исследование 2007 года, в котором ученые проанализировали данные о последствиях 344 землетрясений в 42 странах с 1975 по 2003 год, показало: чем выше уровень коррупции в государстве, тем больше число жертв землетрясений. В другом исследовании, куда авторы включили 269 крупных землетрясений, произошедших с 1960 по 2002 год, была показана прямая зависимость между количеством смертей и социальным неравенством. Ученые объяснили эту связь неспособностью обществ с большой разницей между богатыми и бедными к коллективному действию — введению и контролю соблюдений правил строительства, укреплению построек и зонированию по степени сейсмической угрозы.
Наконец, в 2011 году Николас Амбразеус, один из самых известных специалистов по землетрясениям, специализирующийся как раз на средиземноморском регионе, подытожил эти наблюдения в статье для Nature с говорящим названием «Убивает коррупция». С помощью анализа данных о жертвах землетрясений в разных странах, об их ВВП и об уровне восприятия коррупции он показал, что 83% всех жертв за последние три десятилетия проживали именно в коррумпированных странах — тех, где уровень коррупции выше, чем можно было бы ожидать на основании их ВВП.
Амбразеус связывает это с тем, что именно в случае землетрясений последствия недостаточного соблюдения технологий и норм строительства выходят на поверхность:
Строительная отрасль… признана самым коррумпированным сегментом мировой экономики. Коррупция принимает форму взяток за нарушение процессов проверки и лицензирования, а также тайных действий, которые снижают затраты и тем самым снижают качество строительства. Сборка здания, от заливки фундамента до нанесения последнего слоя краски, — это [по природе своей] процесс сокрытия, процесс, который идеально подходит для того, чтобы уменьшить или вовсе избавиться от использования дорогих, но важных компонентов конструкции. <…> Во время землетрясений последствия десятилетий некачественного строительства проявляются в катастрофических масштабах.
Редакция «Медузы»