Нейт Сильвер - Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие – нет

Сравнив частоту землетрясений с их магнитудами, можно обнаружить, что количество землетрясений снижается по мере роста магнитуды. Если катастрофических землетрясений довольно мало, то незначительных землетрясений – буквально миллионы: ежегодно в мире происходит примерно 1,3 млн землетрясений с магнитудой от 2,0 до 2,9 балла {324}. Большинство из них остается незамеченными, как людьми, так и сейсмометрами {325}. Однако в наши дни приборы улавливают почти все землетрясения с магнитудой 4,5 балла и выше (хотя не всегда точно оценивают их местоположение). На рис. 5.2а показана экспоненциальная зависимость частоты землетрясений от их магнитуды, основанная на фактической статистике землетрясений с января 1964 г. {326}по март 2012 г. {327}.

Рис. 5.2а.Зависимость частоты землетрясений в год от их магнитуды по всему миру, январь 1964 г. – март 2012 г.

Однако если немного изменить этот график, то можно выявить потрясающую закономерность. На графике, приведенном на рис. 5.2б, по вертикальной оси показана частота землетрясений с различными магнитудами в логарифмическом масштабе [77]. Теперь линия на графике становится почти ровной. Подобный вид графика характерен для так называемого степенного распределения, и именно эту связь удалось установить Рихтеру и Гутенбергу.

Рис. 5.2б.Зависимость частоты землетрясений в год от их магнитуды по всему миру, январь 1964 г. – март 2012 г.; логарифмическая шкала

Данные, соответствующие этому распределению, обладают очень полезным свойством – вы можете спрогнозировать некоторое количество масштабных явлений на основе менее значительных, и наоборот. Что касается землетрясений, то оказалось, что при каждом повышении магнитуды на один пункт частота землетрясений снижается примерно в 10 раз. Например, землетрясения с магнитудой 6 баллов возникают в десять раз чаще, чем с магнитудой 7 баллов, и в 100 раз чаще, чем с магнитудой 8 баллов.

Более того, соответствие закону Гутенберга – Рихтера наблюдается как в отдельных регионах, так и по всей планете. Предположим, к примеру, что мы хотим составить прогноз землетрясений для иранской столицы Тегерана. К счастью, с момента начала сейсмологических замеров в этом регионе не было никаких катастрофических землетрясений. Однако за период между 1960 и 2009 гг. в окрестности города произошло около 15 землетрясений с магнитудой от 5,0 до 5,9 балла {328}. Иными словами, в среднем одно подобное землетрясение происходит раз в три года. Согласно выводам Гутенберга и Рихтера, это значит, что в Тегеране примерно раз в 30 лет может произойти землетрясение с магнитудой, величина которой находится между значениями 6,0 и 6,9 балла.

Также из этого следует, что раз в 300 лет в районе Тегерана может произойти землетрясение с магнитудой от 7 баллов. Именно такого землетрясения боится Сьюзен Хоф. Землетрясение магнитудой 7 баллов на Гаити, случившееся в 2010 г. и погубившее 316 тыс. человек {329}, продемонстрировало апокалиптические последствия подобных событий для развивающегося мира. Многие из проблем Ирана аналогичны проблемам Гаити – бедность, низкий контроль над соблюдением строительных норм, политическая коррупция {330}, – однако плотность населения в Иране значительно выше. По расчетам USGS, с учетом показателей общей смертности в стране, в случае катастрофического подземного толчка может погибнуть от 15 до 30 % населения Тегерана {331}. Поскольку в ареале Тегерана живет около 13 млн человек, количество жертв может составить от 2 до 3 млн.

Из того факта, что частота землетрясений и их магнитуда подчиняются закону Гутенберга – Рихтера, вовсе не следует, что мы можем узнать, когда именно произойдет землетрясение (также не следует, что в Тегеране «неминуемо» случится землетрясение, если только другое землетрясение не произошло там совсем недавно). У таких стран, как Иран и Гаити, нет возможности реализовывать планы действий в отношении события, происходящего раз в 300 лет. Прогнозы землетрясений, созданные на основе закона Гутенберга – Рихтера, дают лишь общее руководство по оценке степени угрозы в том или ином регионе. Прогнозы погоды, основанные лишь на исторической статистике (в марте в Лондоне дождь идет 35 % времени), не всегда превращаются в применимые на практике знания (брать ли мне с собой зонт или нет?). В геологии временны́е срезы охватывают века или даже тысячелетия; а срок человеческой жизни измеряется не секундами, а годами.

На самом деле сейсмологи заинтересованы иметь то, что Сьюзен Хоф называет «Святым Граалем» сейсмологии, – прогнозы, связанные со временем, согласно которым вероятность землетрясения не считается равномерно распределенной во времени. Даже те из них, кто скептично относится к возможности делать подобные прогнозы, признают, что в распределении землетрясений по времени присутствуют определенные закономерности. А самая очевидная из них – наличие повторных сейсмических ударов (также называемых афтершоками).

После крупных землетрясений почти всегда возникают десятки или даже тысячи афтершоков (после землетрясения 2011 г. в Японии ученые насчитали не менее 1200). Эти афтершоки следуют довольно предсказуемой тенденции {332}. Они возникают значительно чаще сразу же после землетрясения, чем через несколько дней после него, и значительно чаще, чем через несколько недель.

Однако знание этого обстоятельства не особенно помогает нам, когда речь заходит о спасении человеческих жизней. Прежде всего потому, что афтершоки, по определению, всегда слабее изначального землетрясения. Обычно, если какой-то разлом земной коры вызывает достаточно мощное землетрясение, количество афтершоков будет небольшим, и на какой-то момент в регионе воцарится спокойствие. Однако так происходит не всегда. Например, невероятно сильное землетрясение, произошедшее в районе Нью-Мадридского геологического разлома на границе штатов Миссури и Теннесси 16 декабря 1811 г. и оцененное сейсмологами в 8,2 балла, произошло всего через шесть часов после другого удара примерно той же силы. Но на этом дело не закончилось – после землетрясений 16 декабря произошло еще одно землетрясение силой 8,1 балла (23 января), а затем еще одно, даже более мощное – силой 8,3 балла (7 февраля). Какие из них можно было бы считать предвестниками, а какие – афтершоком? Любая версия будет в данном случае бессмысленной.

Разумеется, главный вопрос состоит в том, способны ли мы предсказать землетрясения заранее и можем ли мы отличить предвестника от афтершока? И когда мы смотрим на данные по распределению землетрясений во времени и пространстве, у нас появляется искушение предположить, что в шуме может иметься какой-то сигнал.