Введение

Метод предсказания землетрясений

Метод VAN – назван в честь П. Вароцоса, К. Алексопулоса и К. Номикоса, авторов работ 1981 года, описывающих его – измеряет низкочастотные электрические сигналы, называемые «сейсмическими электрическими сигналами» (SES), посредством которых Вароцос и несколько коллег утверждали, что успешно предсказали землетрясения в Греции. Как сам метод, так и способ, которым заявлялось об успешных предсказаниях, подверглись серьезной критике. Сторонники VAN ответили на критику, но критики не отказались от своих взглядов. С 2001 года группа VAN внедрила концепцию, которую они называют «естественным временем», применяемую к анализу их предвестников. Первоначально она применяется к SES для их отличия от шума и установления связи с возможным надвигающимся землетрясением. В случае подтверждения (классификации как «активность SES») анализ естественного времени дополнительно применяется к общей последующей сейсмичности района, связанной с активностью SES, с целью улучшения временного параметра прогноза. Метод рассматривает начало землетрясения как критическое явление. После 2006 года VAN заявляет, что все оповещения, связанные с активностью SES, были опубликованы на сайте arxiv.org. Один из таких отчетов был опубликован 1 февраля 2008 года, за две недели до сильнейшего землетрясения в Греции в период с 1983 по 2011 год. Это землетрясение произошло 14 февраля 2008 года с магнитудой (Mw) 6,9. Отчет VAN также был описан в статье в газете Ethnos от 10 февраля 2008 года. Однако Герассимос Пападопулос жаловался, что отчеты VAN были запутанными и неоднозначными, и что «ни одно из заявлений об успешных прогнозах VAN не обосновано», но на эту жалобу ответили в том же выпуске.

Прогноз землетрясений с использованием анализа "естественного времени"

С 2001 года команда VAN предпринимала попытки повысить точность прогнозирования времени ближайшего землетрясения. Для этого они разработали концепцию естественного времени – метод анализа временных рядов, который учитывает важность процесса, основанного на порядке следования событий.

Результаты

Команда VAN утверждает, что из семи главных толчков магнитудой Mw ≥ 6,0, произошедших в период с 2001 по 2010 год в регионе между 36° и 41° северной широты и 19° и 27° восточной долготы, все, кроме одного, можно было классифицировать с учётом соответствующей SES-активности, идентифицированной и сообщенной заранее с помощью анализа естественного времени. Кроме того, они утверждают, что время возникновения четырех из этих толчков магнитудой Mw ≥ 6,4 было определено в пределах "узкого временного интервала – от нескольких дней до примерно недели". Эти отчеты публикуются в материалах, размещенных на arXiv, и новые отчеты создаются и загружаются туда. Например, отчет, предшествовавший самому сильному землетрясению в Греции за период с 1983 по 2011 год, которое произошло 14 февраля 2008 года и имело магнитуду (Mw) 6,9, был опубликован в arXiv почти за две недели до этого события – 1 февраля 2008 года. Анализ естественного времени также утверждает, что физическая связь между SES-активностью и землетрясениями заключается в следующем: рассматривая землетрясение как фазовый переход (критическое явление), где новая фаза соответствует возникновению главного толчка, вышеупомянутый параметр дисперсии κ является соответствующим параметром порядка. Более того, команда VAN утверждает, что их анализ естественного времени сейсмического каталога Японии за период с 1 января 1984 года до землетрясения магнитудой 9,0 в Тохоку 11 марта 2011 года выявил, что отчетливые минимумы флуктуаций κ предшествовали всем крупным землетрясениям магнитудой 7,6 и выше. Самый глубокий из этих минимумов, по сообщениям, был зафиксирован 5 января 2011 года, то есть почти за два месяца до землетрясения в Тохоку. Наконец, разделив территорию Японии на небольшие области, команда VAN утверждает, что в некоторых из них минимумы флуктуаций κ наблюдались почти одновременно с минимумами в большой области, охватывающей всю Японию, и что эти небольшие области располагались в пределах нескольких сотен километров от фактического эпицентра будущего крупного землетрясения.

Критика VAN

Исторически полезность метода VAN для предсказания землетрясений была предметом дискуссий. Как положительная, так и отрицательная критика более ранней концепции метода VAN суммированы в книге 1996 года "Критический обзор VAN" под редакцией сэра Джеймса Лайтхилла. Критический анализ статистической методологии был опубликован Ю.Я. Каганом из UCLA в 1997 году. Важно отметить, что эта критика предшествовала методам анализа временных рядов, представленным группой VAN в 2001 году. Основные тезисы критики заключались в следующем:

Прогноз успеха

Критики утверждают, что методу VAN препятствует отсутствие статистического подтверждения достоверности гипотезы, поскольку исследователи постоянно меняют параметры (применяя тактику "перемещения планки"). VAN заявил о наблюдении на регистрационной станции в Афинах идеальной корреляции один к одному между SES и землетрясениями магнитудой ≥ 2,9, произошедшими через 7 часов во всей Греции. Однако Макс Висс заявил, что список землетрясений, использованный для корреляции, был ошибочным. Хотя VAN указал в своей статье, что список землетрясений взят из бюллетеня Национальной обсерватории Афин (NOA), Висс обнаружил, что 37% землетрясений, фактически перечисленных в бюллетене, включая самое сильное, отсутствовали в списке, использованном VAN для обоснования своих заявлений. Кроме того, 40% землетрясений, о которых заявлял VAN, не были зафиксированы в бюллетене NOA. Исследование вероятности случайной корреляции еще одного набора из 22 заявлений VAN об успешных прогнозах землетрясений M > 4,0 в период с 1 января 1987 года по 30 ноября 1989 года показало, что 74% оказались ложными, 9% коррелировали случайно, а для 14% корреляция была неопределенной. Ни одно событие не показало корреляции с вероятностью выше 85%, в то время как уровень, обычно требуемый в статистике для подтверждения гипотезы, составляет 95%. В ответ на анализ результатов NOA, проведенный Виссом, VAN заявил, что критика основана на недопонимании. VAN утверждал, что вычисления, предложенные Виссом, привели бы к парадоксу, то есть к значениям вероятности, превышающим единицу, при применении к идеальному методу прогнозирования землетрясений. Другие независимые оценки показали, что VAN получил статистически значимые результаты. Большинство сейсмологов считают, что VAN был "полностью дискредитирован". Однако Уэда и другие в 2011 году поддержали использование этой методики. В 2018 году группа VAN пересмотрела статистическую значимость метода, используя современные методы, такие как анализ совпадений событий (ECA) и характеристическую кривую рабочей точки (ROC), которые они интерпретировали как доказательство того, что SES демонстрируют признаки-предвестники, значительно превосходящие случайные.

Предлагаемый механизм распространения SES

Анализ свойств распространения SES в земной коре показал, что невозможно, чтобы сигналы с амплитудой, сообщаемой VAN, могли быть сгенерированы небольшими землетрясениями и переданы на несколько сотен километров между эпицентром и приемной станцией. Фактически, если механизм основан на пьезоэлектричестве или электрическом заряде кристаллических деформаций, при этом сигнал распространяется вдоль разломов, то ни одно из землетрясений, которым, по утверждению VAN, предшествовала SES, само по себе не генерировало SES. VAN ответил, что такой анализ свойств распространения SES основан на упрощенной модели горизонтально слоенной Земли, и что это сильно отличается от реальной ситуации, поскольку земная кора содержит неоднородности. При учете последних, например, если учитывать, что разломы электрически значительно более проводящие, чем окружающая среда, VAN считает, что электрические сигналы, передаваемые на расстояния порядка ста километров между эпицентром и приемной станцией, имеют амплитуды, сопоставимые с теми, которые сообщает VAN. В последующей публикации VAN заявил, что такой шум от цифровых радиопередатчиков военной базы данных был четко отделен от истинных SES, следуя критериям, разработанным VAN. Дальнейшие работы в Греции, проведенные Фэмом и др. в 2002 году, отследили SES, как "аномальные переходные электрические сигналы", до конкретных искусственных источников и обнаружили, что такие сигналы не исключаются критериями, используемыми VAN для идентификации SES. В 2003 году современные методы статистической физики, а именно, анализ детерендированных флуктуаций (DFA), мультифрактальный DFA и вейвлет-преобразование, показали, что SES четко отличаются от сигналов, создаваемых искусственными источниками, поскольку первые демонстрируют очень сильные долгосрочные корреляции, а вторые – нет. В работе, опубликованной в 2020 году, была изучена статистическая значимость минимумов флуктуаций параметра порядка κ1 сейсмичности с помощью анализа совпадений событий как возможного предшественника сильных землетрясений как на региональном, так и на глобальном уровне. Результаты показали, что эти минимумы действительно являются статистически значимыми предвестниками землетрясений. В частности, в региональных исследованиях временная задержка оказалась полностью совместимой с полученными данными. В 2016 году Союз греческих физиков наградил П. Вароцоса за его работу над VAN премией, врученной президентом Греции.

Обновленный метод VAN

В обзоре обновленного метода VAN, опубликованном в 2020 году, отмечается, что он дает слишком много ложных срабатываний и поэтому непригоден для использования в качестве протокола прогнозирования. Группа разработчиков VAN ответила, указав на неточности в конкретной аргументации.