Прогнозирование землетрясений: возможности и ограничения

Прогнозирование землетрясений: оценка вероятности, отличие от предсказания и систем оповещения. Обзор истории и текущего состояния исследований. Сейсмология.

44 мин чтения

100%

Источник: Earthquake prediction — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Отрасль сейсмологии – вероятностная оценка общей сейсмической опасности.

Прогнозирование землетрясений – это отрасль науки сейсмологии, занимающаяся определением времени, места и магнитуды будущих землетрясений в заданных пределах, и в частности, "определением параметров следующего сильного землетрясения, которое произойдет в регионе". Прогнозирование землетрясений иногда отличают от оценки сейсмической опасности, которую можно определить как вероятностную оценку общей сейсмической опасности, включая частоту и магнитуду разрушительных землетрясений в данной области на протяжении лет или десятилетий. Не все ученые различают "предсказание" и "оценку опасности", но такое различие полезно. Предсказание можно дополнительно отделить от систем предупреждения о землетрясениях, которые, после обнаружения землетрясения, предоставляют в реальном времени предупреждение в течение нескольких секунд в соседние регионы, которые могут пострадать. В 1970-х годах ученые были оптимистичны, полагая, что практический метод предсказания землетрясений будет найден в ближайшее время, но к 1990-м годам продолжающиеся неудачи заставили многих усомниться в его возможности. Доказанно успешных предсказаний крупных землетрясений не было, а немногие заявления об успехе вызывают споры. Например, наиболее известным заявлением об успешном предсказании является утверждение относительно землетрясения в Хайчэне 1975 года. Последующее исследование показало, что надежного краткосрочного предсказания не было. Обширные исследования выявили множество возможных предвестников землетрясений, но на данный момент эти предвестники не были достоверно идентифицированы в значительных пространственных и временных масштабах. В то время как часть научного сообщества считает, что, учитывая несейсмические предвестники и располагая достаточными ресурсами для их всестороннего изучения, предсказание может быть возможным, большинство ученых настроены пессимистично, а некоторые утверждают, что предсказание землетрясений принципиально невозможно.

Оценка прогнозов землетрясений

Предсказания считаются значимыми, если их успешность выходит за рамки случайности. Поэтому для определения вероятности того, что землетрясение, подобное предсказанному, произошло бы в любом случае (нулевая гипотеза), используются методы статистического проверки гипотез. Затем прогнозы оцениваются путем проверки, коррелируют ли они с фактическими землетрясениями лучше, чем нулевая гипотеза. Однако во многих случаях статистическая природа возникновения землетрясений не является однородной. Наблюдается кластеризация как в пространстве, так и во времени. В Южной Калифорнии примерно 6% землетрясений с M≥3.0 "сопровождаются землетрясением большей магнитуды в течение 5 дней и на расстоянии 10 км". В Центральной Италии 9,5% землетрясений с M≥3.0 следуют за более сильным событием в течение 48 часов и на расстоянии 30 км. Хотя такая статистика не является удовлетворительной для целей прогнозирования (выдавая от десяти до двадцати ложных тревог на каждое успешное предсказание), она искажает результаты любого анализа, предполагающего случайное распределение землетрясений во времени, например, как это реализуется в пуассоновском процессе. Показано, что "наивный" метод, основанный исключительно на кластеризации, может успешно предсказывать около 5% землетрясений; "значительно лучше, чем случайность". Поскольку целью краткосрочного прогнозирования является обеспечение принятия экстренных мер для снижения числа погибших и разрушений, отказ от предупреждения о крупном землетрясении, которое все же произойдет, или, по крайней мере, неадекватная оценка опасности, может повлечь за собой юридическую ответственность или даже политические чистки. Например, сообщалось, что члены Китайской академии наук были подвергнуты чисткам за "игнорирование научных предсказаний катастрофического землетрясения в Таншане летом 1976 года". После землетрясения в Л'Аквиле в 2009 году семь ученых и техников в Италии были признаны виновными в непредумышленном убийстве, но не столько за то, что не смогли предсказать землетрясение, в результате которого погибло около 300 человек, сколько за то, что предоставили населению необоснованные гарантии – одна из жертв назвала это "анестезирующим" эффектом – в том, что серьезного землетрясения не будет и, следовательно, нет необходимости принимать меры предосторожности. Однако предупреждение о землетрясении, которое не происходит, также влечет за собой затраты: не только расходы на сами экстренные меры, но и на сбои в гражданской и экономической сферах. Ложные тревоги, включая отмененные, также подрывают доверие и, следовательно, эффективность будущих предупреждений. В 1999 году сообщалось, что Китай вводит "жесткие правила, направленные на искоренение "ложных" предупреждений о землетрясениях, чтобы предотвратить панику и массовую эвакуацию городов, вызванную прогнозами сильных толчков". Это было вызвано "более чем 30 неофициальными предупреждениями о землетрясениях за последние три года, ни одно из которых не подтвердилось". Приемлемый компромисс между пропущенными землетрясениями и ложными тревогами зависит от общественной оценки этих последствий. При оценке любого метода прогнозирования необходимо учитывать частоту возникновения как тех, так и других. В исследовании 1997 года, посвященном соотношению затрат и выгод исследований по прогнозированию землетрясений в Греции, Статис Стирос предположил, что даже (гипотетический) превосходный метод прогнозирования будет иметь сомнительную социальную пользу, поскольку "организованная эвакуация городских центров вряд ли будет успешно осуществлена", а "паника и другие нежелательные побочные эффекты также могут быть ожидаемы". Он обнаружил, что землетрясения уносят менее десяти жизней в год в Греции (в среднем), и что большинство этих смертей происходят в крупных зданиях с выявленными структурными проблемами. Поэтому Стирос заявил, что было бы гораздо более экономически выгодно сосредоточить усилия на выявлении и модернизации небезопасных зданий. Поскольку число погибших на греческих автомагистралях в среднем превышает 2300 в год, он утверждал, что больше жизней можно было бы спасти, если бы весь бюджет Греции на прогнозирование землетрясений был использован вместо этого для обеспечения безопасности дорог.

Predictions are deemed significant if they can be shown to be successful beyond random chance. Therefore, methods of statistical hypothesis testing are used to determine the probability that an earthquake such as is predicted would happen anyway (the null hypothesis). The predictions are then evaluated by testing whether they correlate with actual earthquakes better than the null hypothesis. In many instances, however, the statistical nature of earthquake occurrence is not simply homogeneous. Clustering occurs in both space and time. In southern California about 6% of M≥3.0 earthquakes are "followed by an earthquake of larger magnitude within 5 days and 10 km." In central Italy 9.5% of M≥3.0 earthquakes are followed by a larger event within 48 hours and 30 km. While such statistics are not satisfactory for purposes of prediction (giving ten to twenty false alarms for each successful prediction) they will skew the results of any analysis that assumes that earthquakes occur randomly in time, for example, as realized from a Poisson process. It has been shown that a "naive" method based solely on clustering can successfully predict about 5% of earthquakes; "far better than 'chance'". As the purpose of short term prediction is to enable emergency measures to reduce death and destruction, failure to give warning of a major earthquake, that does occur, or at least an adequate evaluation of the hazard, can result in legal liability, or even political purging. For example, it has been reported that members of the Chinese Academy of Sciences were purged for "having ignored scientific predictions of the disastrous Tangshan earthquake of summer 1976." Following the 2009 L'Aquila Earthquake, seven scientists and technicians in Italy were convicted of manslaughter, but not so much for failing to predict the earthquake, where some 300 people died, as for giving undue assurance to the populace – one victim called it "anaesthetizing" – that there would not be a serious earthquake, and therefore no need to take precautions. But warning of an earthquake that does not occur also incurs a cost: not only the cost of the emergency measures themselves, but of civil and economic disruption. False alarms, including alarms that are canceled, also undermine the credibility, and thereby the effectiveness, of future warnings. In 1999 it was reported that China was introducing "tough regulations intended to stamp out 'false' earthquake warnings, in order to prevent panic and mass evacuation of cities triggered by forecasts of major tremors." This was prompted by "more than 30 unofficial earthquake warnings in the past three years, none of which has been accurate." The acceptable trade off between missed quakes and false alarms depends on the societal valuation of these outcomes. The rate of occurrence of both must be considered when evaluating any prediction method. In a 1997 study of the cost benefit ratio of earthquake prediction research in Greece, Stathis Stiros suggested that even a (hypothetical) excellent prediction method would be of questionable social utility, because "organized evacuation of urban centers is unlikely to be successfully accomplished", while "panic and other undesirable side effects can also be anticipated." He found that earthquakes kill less than ten people per year in Greece (on average), and that most of those fatalities occurred in large buildings with identifiable structural issues. Therefore, Stiros stated that it would be much more cost effective to focus efforts on identifying and upgrading unsafe buildings. Since the death toll on Greek highways is more than 2300 per year on average, he argued that more lives would also be saved if Greece's entire budget for earthquake prediction had been used for street and highway safety instead.

Методы прогнозирования

Прогнозирование землетрясений – незрелая наука, которая пока не привела к успешному предсказанию землетрясения, основанному на фундаментальных физических принципах. Поэтому исследования методов предсказания сосредоточены на эмпирическом анализе, используя два основных подхода: выявление характерных предвестников землетрясений или обнаружение определенных геофизических тенденций или закономерностей в сейсмичности, которые могут предшествовать крупному землетрясению. Методы, основанные на предвестниках, изучаются главным образом из-за их потенциальной пользы для краткосрочного прогнозирования землетрясений, в то время как методы, основанные на тенденциях, обычно считаются полезными для долгосрочного (временной масштаб 10–100 лет), среднесрочного (временной масштаб 1–10 лет) прогнозирования или предсказания.

Прекурсоры

Предвестник землетрясения – это аномальное явление, которое потенциально может служить эффективным предупреждением о приближающемся землетрясении. Сообщений о таких явлениях – хотя обычно они признаются таковыми лишь после события – насчитываются тысячи, некоторые из них датируются античностью. В научной литературе зафиксировано около 400 сообщений о возможных предвестниках, примерно двадцати различных типов, охватывающих широкий спектр областей от аэрономии до зоологии. Ни один из них не был признан надежным для целей прогнозирования землетрясений. В начале 1990-х годов IASPEI запросил предложения для составления предварительного списка значимых предвестников. Было представлено 40 кандидатур, из которых пять были отобраны как потенциально значимые предвестники, причем два из них основывались на единственном наблюдении. После критического анализа научной литературы, Международная комиссия по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты (МКЗЗ) заключила в 2011 году, что "в данной области исследований существует значительный потенциал для улучшения методологии". В частности, многие зафиксированные случаи предвестников противоречивы, не содержат данных об амплитуде или в целом не подходят для строгой статистической оценки. Опубликованные результаты склонны к подтверждению наличия предвестников, поэтому частота ложных отрицательных результатов (землетрясение без предшествующего сигнала) остается неясной.

Поведение животных

После того, как землетрясение уже началось, продольные волны (P-волны) распространяются в два раза быстрее поперечных волн (S-волны), которые более разрушительны. Обычно незаметные для человека, некоторые животные могут ощущать небольшие вибрации, которые приходят за несколько секунд или до нескольких десятков секунд до основного толчка, и проявлять беспокойство или другое необычное поведение. Сейсмометры также регистрируют P-волны, и разница во времени используется в электронных системах предупреждения о землетрясениях, чтобы дать людям несколько секунд для перехода в безопасное место. Анализ научных исследований, доступных на 2018 год и охватывающих более 130 видов, показал недостаточно доказательств способности животных предсказывать землетрясения за часы, дни или недели. Статистические корреляции указывают на то, что некоторые сообщения о необычном поведении животных связаны с небольшими землетрясениями (предварительными толчками), которые иногда предшествуют сильному землетрясению и могут остаться незамеченными людьми, если они достаточно слабы. Предварительные толчки также могут вызывать изменения в уровне грунтовых вод или выделение газов, которые могут быть обнаружены животными. Даже в подавляющем большинстве научных отчетов, рассмотренных в обзоре 2018 года, отсутствовали наблюдения, подтверждающие, что животные не проявляли необычного поведения, когда землетрясения не ожидалось, то есть поведение не было признано предсказательным.

Диффузия дилатации

В 1970-х годах гипотеза дилатации-диффузии высоко ценилась как физическая основа для различных явлений, рассматриваемых как возможные предвестники землетрясений. Она основывалась на "надежных и воспроизводимых данных", полученных в лабораторных экспериментах, которые показали, что высоконапряженные кристаллические породы испытывают изменение объема, или дилатацию, вызывающее изменения других характеристик, таких как сейсмическая скорость и электрическое сопротивление, и даже крупномасштабные поднятия рельефа. Считалось, что это происходит на «подготовительной фазе» непосредственно перед землетрясением, и что соответствующий мониторинг мог бы предупредить о приближающемся землетрясении. Обнаружение изменений в относительных скоростях первичных и вторичных сейсмических волн, выраженных как Vp/Vs, при прохождении через определенную зону, легло в основу прогнозирования землетрясений 1973 года в районе озера Блю-Маунтин (штат Нью-Йорк) и 1974 года в Риверсайде (штат Калифорния). Хотя эти прогнозы были неформальными и даже незначительными, их кажущийся успех рассматривался как подтверждение как дилатации, так и существования подготовительного процесса, что привело к появлению впоследствии названных «чрезмерно оптимистичными заявлениями».

Однако многие исследования поставили под сомнение эти результаты, и гипотеза в конечном итоге была забыта. Последующие исследования показали, что она «провалилась по нескольким причинам, главным образом связанным с обоснованностью лежащих в ее основе предположений», включая предположение о возможности масштабирования лабораторных результатов на реальный мир. Другим фактором была предвзятость ретроспективного отбора критериев. Другие исследования показали, что дилатация настолько незначительна, что привели к выводу: «Концепция крупномасштабной "зоны подготовки", указывающей на вероятную магнитуду будущего события, остается столь же эфемерной, как эфир, который не был обнаружен в эксперименте Майкельсона-Морли».

Изменения в Vp/Vs

Vp – символ скорости сейсмической волны "P" (первичной или продольной), проходящей через породу, а Vs – символ скорости волны "S" (вторичной или поперечной). Небольшие лабораторные эксперименты показали, что отношение этих двух скоростей – обозначаемое как Vp/Vs – изменяется, когда порода приближается к точке разрушения. В 1970-х годах это считалось многообещающим прорывом, когда российские сейсмологи сообщили о наблюдении подобных изменений (впоследствии признанных ошибочными) в районе будущего землетрясения. Этот эффект, а также другие возможные предвестники, связывали с дилатацией – незначительным расширением породы, находящейся под напряжением близ точки разрушения. Изучение этого явления в районе озера Блю-Маунтин (штат Нью-Йорк) привело к успешному, хотя и неофициальному, прогнозу в 1973 году, а также приписывалось предсказанию землетрясения в Риверсайде (Калифорния) в 1974 году. Аномалия Vp/Vs послужила основой для прогноза землетрясения магнитудой 5,5–6,5 в 1976 году в районе Лос-Анджелеса, который не оправдался. Другие исследования, основанные на взрывах в карьерах (более точных и воспроизводимых), не выявили подобных вариаций, а анализ двух землетрясений в Калифорнии показал, что зафиксированные изменения, скорее всего, были обусловлены другими факторами, включая ретроспективный отбор данных. Отмечается, что сообщения о существенных изменениях скорости прекратились примерно с 1980 года.

Выбросы радона

Большинство горных пород содержит небольшое количество газов, которые можно изотопно отличить от обычных атмосферных газов. Сообщается о скачках концентрации этих газов перед крупными землетрясениями; это связывают с высвобождением, вызванным предсейсмическим напряжением или трещинами в породах. Одним из таких газов является радон, образующийся в результате радиоактивного распада следовых количеств урана, присутствующего в большинстве горных пород. Радон потенциально полезен в качестве индикатора землетрясений, поскольку он радиоактивен и, следовательно, легко обнаруживается, а его короткий период полураспада (3,8 дня) делает концентрацию радона чувствительной к краткосрочным колебаниям. В 2009 году в сборнике было зафиксировано 125 сообщений об изменениях в эмиссии радона перед 86 землетрясениями, произошедшими с 1966 года. Однако в своем критическом обзоре 2011 года Международная комиссия по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты (МКПЗ) установила, что землетрясения, с которыми предположительно связаны эти изменения, происходили на расстоянии до тысячи километров, спустя месяцы, и имели различную магнитуду. В некоторых случаях аномалии наблюдались в отдаленных пунктах, но не в близлежащих. МКПЗ не выявила "значимой корреляции".

Электромагнитные аномалии

Наблюдения за электромагнитными возмущениями и их связывание с процессом подготовки землетрясения восходят ко времени Великого лиссабонского землетрясения 1755 года, однако практически все подобные наблюдения до середины 1960-х годов являются недействительными, поскольку использованные приборы были чувствительны к физическим колебаниям. С тех пор различные аномальные электрические, электрические сопротивления и магнитные явления связывались с изменениями напряжений и деформаций, предшествующими землетрясениям, что вселяло надежду на обнаружение надежного предвестника землетрясений. Хотя ряд исследователей привлекли к себе внимание теориями о механизмах возникновения подобных явлений или заявлениями об их наблюдении перед землетрясениями, ни одно из этих явлений не было доказано как реальный предвестник. Обзор, проведенный в 2011 году Международной комиссией по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты (МКЗЗ), признал "наиболее убедительными" электромагнитными предвестниками аномалии магнитного поля сверхнизких частот, такие как событие в Корралитос (описанное ниже), зарегистрированное перед землетрясением в Лома-Приета 1989 года. Однако в настоящее время считается, что данное наблюдение было вызвано сбоем в работе системы. Изучение тщательно отслеживаемого землетрясения в Паркфилде 2004 года не выявило никаких признаков электромагнитных сигналов, предшествующих землетрясению; дальнейшие исследования показали, что землетрясения магнитудой менее 5 не генерируют значимых переходных сигналов. МКЗЗ пришла к выводу, что поиск полезных предвестников оказался безуспешным.

Сейсмические электрические сигналы VAN

Наиболее широко обсуждаемым и критикуемым утверждением о электромагнитных предшественниках является метод VAN, разработанный профессорами физики Панайотисом Вароцосом, Кессаром Алексопулосом и Константином Номикосом (VAN) из Афинского университета. В статье 1981 года они заявили, что, измеряя геоэлектрические напряжения – так называемые "сейсмические электрические сигналы" (SES) – они могут предсказывать землетрясения. В 1984 году они утверждали о существовании "взаимно однозначного соответствия" между SES и землетрясениями, то есть, что "каждому землетрясению значительной силы предшествует SES, и, наоборот, за каждым SES всегда следует землетрясение, величину и эпицентр которого можно надёжно предсказать" – SES возникают за 6–115 часов до землетрясения. В качестве доказательства метода они представили серию успешных предсказаний. Хотя их отчёт "был воспринят некоторыми как крупный прорыв", среди сейсмологов он вызвал "волну всеобщего скептицизма". В 1996 году статья VAN, представленная в журнал Geophysical Research Letters, подверглась беспрецедентной публичной экспертной оценке широкой группой рецензентов, статья и отзывы были опубликованы в специальном выпуске; большинство рецензентов сочли методы VAN несостоятельными. В том же году в ходе публичных дебатов между некоторыми из ключевых разработчиков были высказаны дополнительные критические замечания. Основной критикой было то, что метод геофизически маловероятен и научно необоснован. Другие возражения включали в себя доказанную неверность заявленной взаимосвязи "один к одному" между землетрясениями и SES, малую вероятность того, что прекурсор генерирует сигналы, более сильные, чем наблюдаемые при самих землетрясениях, и высокую вероятность того, что сигналы были искусственными. Последующие исследования в Греции отследили SES, такие как "аномальные переходные электрические сигналы", до конкретных антропогенных источников и обнаружили, что такие сигналы не исключаются критериями, используемыми VAN для идентификации SES. Более поздние работы, с использованием современных методов статистической физики, то есть, анализа детерминированных флуктуаций (DFA), мультифрактального DFA и вейвлет-преобразования, показали, что SES чётко отличаются от сигналов, создаваемых искусственными источниками. Обоснованность метода VAN, а следовательно, и прогностическая значимость SES, основывалась главным образом на эмпирическом утверждении о продемонстрированном успехе прогнозирования. В методологии VAN было выявлено множество недостатков, и в 2011 году Международная комиссия по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты заключила, что возможности прогнозирования, заявленные VAN, не могут быть подтверждены. Большинство сейсмологов считают, что VAN "была окончательно опровергнута". С другой стороны, раздел "Прекурсоры землетрясений и прогнозирование" в "Энциклопедии геофизики твёрдой Земли: части "Серии энциклопедий наук о Земле" (Springer 2011) заканчивается следующим образом (непосредственно перед резюме): "недавно было показано, что путём анализа временных рядов в недавно введённой временной области "естественного времени" можно чётко идентифицировать подход к критическому состоянию [Sarlis et al. 2008]. Таким образом, им, по-видимому, удалось сократить время предсказания VAN до нескольких дней [Uyeda and Kamogawa 2008]. Это означает, что сейсмические данные могут играть удивительную роль в краткосрочном прогнозировании при объединении с данными SES". С 2001 года группа VAN внедрила концепцию, которую они называют "естественным временем", применяемую к анализу их предшественников. 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, для улучшения временного параметра прогноза. Метод рассматривает начало землетрясения как критическое явление. В обзоре обновлённого метода VAN в 2020 году говорится, что он страдает от избытка ложных срабатываний и поэтому не может использоваться в качестве протокола прогнозирования. Группа VAN ответила, указав на недопонимание в конкретных рассуждениях.

The most touted, and most criticized, claim of an electromagnetic precursor is the VAN method of physics professors Panayiotis Varotsos, Kessar Alexopoulos and Konstantine Nomicos (VAN) of the University of Athens. In a 1981 paper they claimed that by measuring geoelectric voltages – what they called "seismic electric signals" (SES) – they could predict earthquakes. In 1984, they claimed there was a "one to one correspondence" between SES and earthquakes – that is, that "every sizable EQ is preceded by an SES and inversely every SES is always followed by an EQ the magnitude and the epicenter of which can be reliably predicted" – the SES appearing between 6 and 115 hours before the earthquake. As proof of their method they claimed a series of successful predictions. Although their report was "saluted by some as a major breakthrough", among seismologists it was greeted by a "wave of generalized skepticism". In 1996, a paper VAN submitted to the journal Geophysical Research Letters was given an unprecedented public peer review by a broad group of reviewers, with the paper and reviews published in a special issue; the majority of reviewers found the methods of VAN to be flawed. Additional criticism was raised the same year in a public debate between some of the principals. A primary criticism was that the method is geophysically implausible and scientifically unsound. Additional objections included the demonstrable falsity of the claimed one to one relationship of earthquakes and SES, the unlikelihood of a precursory process generating signals stronger than any observed from the actual earthquakes, and the very strong likelihood that the signals were man made. Further work in Greece has tracked SES like "anomalous transient electric signals" back to specific human sources, and found that such signals are not excluded by the criteria used by VAN to identify SES. More recent work, by employing modern methods of statistical physics, i. e., detrended fluctuation analysis (DFA), multifractal DFA and wavelet transform revealed that SES are clearly distinguished from signals produced by man made sources. The validity of the VAN method, and therefore the predictive significance of SES, was based primarily on the empirical claim of demonstrated predictive success. Numerous weaknesses have been uncovered in the VAN methodology, and in 2011 the International Commission on Earthquake Forecasting for Civil Protection concluded that the prediction capability claimed by VAN could not be validated. Most seismologists consider VAN to have been "resoundingly debunked". On the other hand, the Section "Earthquake Precursors and Prediction" of "Encyclopedia of Solid Earth Geophysics: part of "Encyclopedia of Earth Sciences Series" (Springer 2011) ends as follows (just before its summary): "it has recently been shown that by analyzing time series in a newly introduced time domain "natural time", the approach to the critical state can be clearly identified [Sarlis et al. 2008]. This way, they appear to have succeeded in shortening the lead time of VAN prediction to only a few days [Uyeda and Kamogawa 2008]. This means, seismic data may play an amazing role in short term precursor when combined with SES data". Since 2001, the VAN group has introduced a concept they call "natural time", applied to the analysis of their precursors. Initially it is applied on SES to distinguish them from noise and relate them to a possible impending earthquake. In case of verification (classification as "SES activity"), natural time analysis is additionally applied to the general subsequent seismicity of the area associated with the SES activity, in order to improve the time parameter of the prediction. The method treats earthquake onset as a critical phenomenon. A review of the updated VAN method in 2020 says that it suffers from an abundance of false positives and is therefore not usable as a prediction protocol. VAN group answered by pinpointing misunderstandings in the specific reasoning.

Аномалия Корралитоса

Вероятно, самым известным сейсмоэлектромагнитным явлением и одним из наиболее часто цитируемых примеров возможного предвестника землетрясения является аномалия Корралитоса 1989 года. В течение месяца перед землетрясением в Лома-Приета в 1989 году измерения магнитного поля Земли на сверхнизких частотах, выполненные магнитометром в Корралитосе, Калифорния, всего в 7 км от эпицентра будущего землетрясения, начали демонстрировать аномальное увеличение амплитуды. За три часа до землетрясения измерения возросли примерно в тридцать раз по сравнению с обычными значениями, а после землетрясения амплитуда начала снижаться. Подобных амплитуд не наблюдалось за два года работы прибора, равно как и на аналогичном инструменте, расположенном в 54 км от эпицентра. Для многих такая очевидная локализация во времени и пространстве указывала на связь с землетрясением. Впоследствии дополнительные магнитометры были развернуты по всей Северной и Южной Калифорнии, но после десяти лет и нескольких крупных землетрясений аналогичные сигналы не были зафиксированы. Более поздние исследования поставили под сомнение эту связь, объясняя сигналы Корралитоса либо несвязанными магнитными возмущениями, либо, что еще проще, неисправностью сенсорной системы.

Физика Фрейнда

В своих исследованиях кристаллической физики Фридманн Фрёнд обнаружил, что молекулы воды, внедрённые в горные породы, могут диссоциировать на ионы при сильном напряжении в породе. Образующиеся носители заряда могут генерировать токи, сравнимые с током батареи, при определенных условиях. Фрёнд предположил, что эти токи могут быть ответственны за предвестники землетрясений, такие как электромагнитное излучение, землетрясения и возмущения плазмы в ионосфере. Изучение этих токов и взаимодействий получило название "физики Френда". Большинство сейсмологов отвергают предположение Фрейнда о том, что сигналы, генерируемые напряжением, можно обнаружить и использовать в качестве предвестников, по ряду причин. Во-первых, считается, что напряжение не накапливается быстро перед сильным землетрясением, и поэтому нет оснований ожидать быстрого возникновения больших токов. Во-вторых, сейсмологи провели масштабные поиски статистически достоверных электрических предвестников, используя сложное оборудование, но не обнаружили их. И в-третьих, вода в земной коре приведет к поглощению любых генерируемых токов до того, как они достигнут поверхности.

Нарушение ежедневного цикла ионосферы

В течение дня в ионосфере обычно формируется нижний слой D, а ночью этот слой исчезает, поскольку плазма превращается в газ. Ночью F-слой ионосферы остается сформированным, на большей высоте, чем D-слой. В ночное время формируется волновод для низких радиочастот HF до 10 МГц (распространение радиоволн через ионосферу), поскольку F-слой отражает эти волны обратно к Земле. Дневное распространение радиоволн через ионосферу прекращается, так как D-слой поглощает эти волны. Утверждается, что тектонические напряжения в земной коре вызывают волны электрических зарядов, которые достигают поверхности Земли и влияют на ионосферу. ULF*-записи суточного цикла ионосферы показывают, что обычный цикл может нарушаться за несколько дней до сильного неглубокого землетрясения. При возникновении возмущения наблюдается, что либо D-слой исчезает в течение дня, что приводит к подъему ионосферы и формированию распространения радиоволн через ионосферу, либо D-слой появляется ночью, что приводит к понижению ионосферы и, следовательно, к отсутствию распространения радиоволн через ионосферу. Научные центры разработали глобальную сеть VLF-передатчиков и приемников, которые обнаруживают изменения в распространении радиоволн через ионосферу. Каждый приемник также является передатчиком на расстояния 1000–10 000 километров и работает на разных частотах в сети. Общая область возбуждения может быть определена в зависимости от плотности сети. С другой стороны, было показано, что глобальные экстремальные события, такие как магнитные бури или солнечные вспышки, и локальные экстремальные события на том же VLF-пути, такие как другое землетрясение или извержение вулкана, происходящие примерно во время оцениваемого землетрясения, затрудняют или делают невозможным установление связи между изменениями в распространении радиоволн через ионосферу и интересующим землетрясением. В 2017 году в журнале Journal of Geophysical Research была опубликована статья, показавшая, что связь между ионосферными аномалиями и крупными сейсмическими событиями (M≥6.0), происходящими во всем мире с 2000 по 2014 год, основывалась на активности солнечной погоды. Когда данные о солнечной активности удаляются из временного ряда, корреляция перестает быть статистически значимой. В последующей статье, опубликованной в Physics of the Earth and Planetary Interiors в 2020 году, показано, что солнечная погода и ионосферные возмущения могут быть потенциальной причиной возникновения крупных землетрясений, исходя из этой статистической связи. Предлагаемый механизм – электромагнитная индукция от ионосферы к зоне разлома. Породы в зоне разлома обладают проводимостью и могут создавать телурические токи на глубине. В результате изменения локального магнитного поля в зоне разлома происходит растворение минералов и ослабление породы, а также потенциально изменяется химический состав и уровень грунтовых вод. После сейсмического события различные минералы могут осаждаться, тем самым снова изменяя химический состав и уровень грунтовых вод. Этот процесс растворения и осаждения минералов до и после землетрясения наблюдался в Исландии. Эта модель согласуется с данными об ионосфере, сейсмической активности и грунтовых водах.

The ionosphere usually develops its lower D layer during the day, while at night this layer disappears as the plasma there turns to gas. During the night, the F layer of the ionosphere remains formed, in higher altitude than D layer. A waveguide for low HF radio frequencies up to 10 MHz is formed during the night (skywave propagation) as the F layer reflects these waves back to the Earth. The skywave is lost during the day, as the D layer absorbs these waves. Tectonic stresses in the Earth's crust are claimed to cause waves of electric charges that travel to the surface of the Earth and affect the ionosphere. ULF* recordings of the daily cycle of the ionosphere indicate that the usual cycle could be disturbed a few days before a shallow strong earthquake. When the disturbance occurs, it is observed that either the D layer is lost during the day resulting to ionosphere elevation and skywave formation or the D layer appears at night resulting to lower of the ionosphere and hence absence of skywave. Science centers have developed a network of VLF transmitters and receivers on a global scale that detect changes in skywave. Each receiver is also daisy transmitter for distances of 1000 10,000 kilometers and is operating at different frequencies within the network. The general area under excitation can be determined depending on the density of the network. It was shown on the other hand that global extreme events like magnetic storms or solar flares and local extreme events in the same VLF path like another earthquake or a volcano eruption that occur in near time with the earthquake under evaluation make it difficult or impossible to relate changes in skywave to the earthquake of interest. In 2017, an article in the Journal of Geophysical Research showed that the relationship between ionospheric anomalies and large seismic events (M≥6.0) occurring globally from 2000 to 2014 was based on the presence of solar weather. When the solar data are removed from the time series, the correlation is no longer statistically significant. A subsequent article in Physics of the Earth and Planetary Interiors in 2020 shows that solar weather and ionospheric disturbances are a potential cause to trigger large earthquakes based on this statistical relationship. The proposed mechanism is electromagnetic induction from the ionosphere to the fault zone. Fault fluids are conductive, and can produce telluric currents at depth. The resulting change in the local magnetic field in the fault triggers dissolution of minerals and weakens the rock, while also potentially changing the groundwater chemistry and level. After the seismic event, different minerals may be precipitated thus changing groundwater chemistry and level again. This process of mineral dissolution and precipitation before and after an earthquake has been observed in Iceland. This model makes sense of the ionospheric, seismic and groundwater data.

Спутниковое наблюдение ожидаемого изменения температуры наземного покрытия

Одним из способов обнаружения подвижности тектонических напряжений является обнаружение локально повышенных температур на поверхности земной коры, измеряемых спутниками. В процессе оценки, перед визуализацией концентрации трендов в широкой области разлома, удаляются фоновые суточные колебания и шум, вызванные атмосферными помехами и деятельностью человека. Этот метод экспериментально применяется с 1995 года. В новом подходе к объяснению этого явления Фридманн Фрейнд из NASA предположил, что инфракрасное излучение, регистрируемое спутниками, не связано с реальным повышением температуры поверхности коры. Согласно этой версии, излучение является результатом квантового возбуждения, возникающего при химической перегруппировке носителей положительного заряда (дырок), перемещающихся из глубочайших слоев к поверхности коры со скоростью 200 метров в секунду. Электрический заряд возникает в результате нарастания тектонических напряжений по мере приближения землетрясения. Это излучение распространяется на поверхность до 500 x 500 квадратных километров при очень сильных событиях и практически прекращается сразу после землетрясения.

Тенденции

Вместо того чтобы отслеживать аномальные явления, которые могут быть предвестниками надвигающегося землетрясения, другие подходы к предсказанию землетрясений ищут тенденции или закономерности, предшествующие землетрясению. Поскольку эти тенденции могут быть сложными и включать множество переменных, для их анализа часто требуются передовые статистические методы, поэтому их иногда называют статистическими. Эти подходы также, как правило, носят более вероятностный характер и охватывают более длительные периоды времени, что сближает их с долгосрочным прогнозированием землетрясений.

Сейчас

Оперативное сейсмическое оценивание, предложенное в 2016 году, представляет собой оценку текущего динамического состояния сейсмологической системы, основанную на естественном времени, введенном в 2001 году. Оно отличается от долгосрочного прогнозирования, которое направлено на оценку вероятности будущего события, но также рассматривается как потенциальная база для прогнозирования. Расчеты оперативного оценивания дают "показатель сейсмического потенциала" – оценку текущего уровня сейсмического развития. Типичные области применения: крупные глобальные землетрясения и цунами, афтершоки и индуцированная сейсмичность, индуцированная сейсмичность на газовых месторождениях, сейсмический риск для глобальных мегаполисов и т.д.

Эластичный отскок

Даже самая твердая порода не является абсолютно жесткой. Под воздействием большой силы (например, при движении двух огромных тектонических плит относительно друг друга) земная кора изгибается или деформируется. Согласно теории упругого отскока, в конечном итоге деформация (напряжение) достигает такой величины, что происходит разрыв, обычно вдоль существующего разлома. Смещение вдоль разрыва (землетрясение) позволяет породе по обе стороны вернуться в менее деформированное состояние. В этом процессе энергия высвобождается в различных формах, включая сейсмические волны. Затем цикл накопления тектонической силы в упругой деформации и ее внезапного высвобождения в виде отскока повторяется. Поскольку смещение при одном землетрясении варьируется от менее метра до примерно 10 метров (для землетрясения магнитудой 8), зафиксированное существование крупных сдвигов на сотни миль свидетельствует о существовании длительного цикла землетрясений.

Характерные землетрясения

Наиболее изученные зоны разломов, ответственные за землетрясения (такие как мега-разлом Нанкай, разлом Васатч и разлом Сан-Андреас), демонстрируют наличие отдельных сегментов. Модель характерного землетрясения постулирует, что землетрясения, как правило, локализуются в пределах этих сегментов. Поскольку длины и другие характеристики сегментов фиксированы, землетрясения, разрывающие весь разлом, должны обладать схожими свойствами. К ним относятся максимальная магнитуда (ограниченная длиной разрыва) и количество накопленной деформации, необходимой для разрыва данного сегмента. Поскольку непрерывные движения литосферных плит приводят к постоянному накоплению деформации, сейсмическая активность в пределах конкретного сегмента должна определяться землетрясениями с аналогичными характеристиками, которые повторяются с более или менее регулярными интервалами. Следовательно, для каждого сегмента разлома выявление этих характерных землетрясений и определение частоты их повторения (или, наоборот, периода возврата) должно давать информацию о времени следующего разрыва; это подход, обычно используемый при оценке сейсмической опасности. UCERF3 является заметным примером подобного прогноза, разработанного для штата Калифорния. Периоды возврата также применяются для прогнозирования других редких явлений, таких как циклоны и наводнения, исходя из предположения, что будущая частота будет сопоставима с наблюдаемой к настоящему времени. Идея характерных землетрясений легла в основу прогноза для района Паркфилд: достаточно похожие землетрясения, произошедшие в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годах, указывали на закономерность с интервалом в 21,9 года, со стандартным отклонением ±3,1 года. Экстраполяция данных о землетрясении 1966 года привела к прогнозу землетрясения примерно в 1988 году или не позднее 1993 года (с 95% уровнем достоверности). Привлекательность этого метода заключается в том, что прогноз основан исключительно на выявленной тенденции, которая, как предполагается, учитывает неизвестные и, возможно, непознаваемые физические процессы, происходящие при землетрясениях, и параметры разломов. Однако в случае с Паркфилдом прогнозируемое землетрясение произошло только в 2004 году, с опозданием на десять лет. Это серьезно ставит под сомнение утверждение о квазипериодичности землетрясений в районе Паркфилд и предполагает, что отдельные события достаточно сильно различаются по другим параметрам, чтобы поставить под вопрос наличие у них общих характерных черт. Неудача прогноза для Паркфилда вызвала сомнения в обоснованности самой модели характерных землетрясений. Некоторые исследования подвергли сомнению различные предположения, включая ключевое, согласно которому землетрясения ограничены пределами сегментов, и предположили, что "характерные землетрясения" могут быть артефактом систематической ошибки отбора и недостаточной длительности сейсмологических наблюдений (по сравнению с циклами землетрясений). В других исследованиях рассматривался вопрос о необходимости учета дополнительных факторов, таких как возраст разлома. То, ограничиваются ли разрывы землетрясений в основном пределами одного сегмента (что часто наблюдается), или же прорывают границы сегментов (что также встречается), напрямую влияет на степень сейсмической опасности: землетрясения становятся более мощными, когда разрываются несколько сегментов, но, высвобождая больше энергии, происходят реже.

The most studied earthquake faults (such as the Nankai megathrust, the Wasatch fault, and the San Andreas fault) appear to have distinct segments. The characteristic earthquake model postulates that earthquakes are generally constrained within these segments. As the lengths and other properties of the segments are fixed, earthquakes that rupture the entire fault should have similar characteristics. These include the maximum magnitude (which is limited by the length of the rupture), and the amount of accumulated strain needed to rupture the fault segment. Since continuous plate motions cause the strain to accumulate steadily, seismic activity on a given segment should be dominated by earthquakes of similar characteristics that recur at somewhat regular intervals. For a given fault segment, identifying these characteristic earthquakes and timing their recurrence rate (or conversely return period) should therefore inform us about the next rupture; this is the approach generally used in forecasting seismic hazard. UCERF3 is a notable example of such a forecast, prepared for the state of California. Return periods are also used for forecasting other rare events, such as cyclones and floods, and assume that future frequency will be similar to observed frequency to date. The idea of characteristic earthquakes was the basis of the Parkfield prediction: fairly similar earthquakes in 1857, 1881, 1901, 1922, 1934, and 1966 suggested a pattern of breaks every 21.9 years, with a standard deviation of ±3.1 years. Extrapolation from the 1966 event led to a prediction of an earthquake around 1988, or before 1993 at the latest (at the 95% confidence interval). The appeal of such a method is that the prediction is derived entirely from the trend, which supposedly accounts for the unknown and possibly unknowable earthquake physics and fault parameters. However, in the Parkfield case the predicted earthquake did not occur until 2004, a decade late. This seriously undercuts the claim that earthquakes at Parkfield are quasi periodic, and suggests the individual events differ sufficiently in other respects to question whether they have distinct characteristics in common. The failure of the Parkfield prediction has raised doubt as to the validity of the characteristic earthquake model itself. Some studies have questioned the various assumptions, including the key one that earthquakes are constrained within segments, and suggested that the "characteristic earthquakes" may be an artifact of selection bias and the shortness of seismological records (relative to earthquake cycles). Other studies have considered whether other factors need to be considered, such as the age of the fault. Whether earthquake ruptures are more generally constrained within a segment (as is often seen), or break past segment boundaries (also seen), has a direct bearing on the degree of earthquake hazard: earthquakes are larger where multiple segments break, but in relieving more strain they will happen less often.

Сейсмические пробелы

На месте контакта, где две тектонические плиты скользят относительно друг друга, в конечном итоге должна соскользнуть каждая секция, поскольку (в долгосрочной перспективе) ни одна не остаётся неподвижной. Но они не скользят одновременно; различные участки находятся на разных стадиях цикла накопления деформации (напряжения) и последующего резкого высвобождения. В модели сейсмического разрыва следует ожидать "следующее сильное землетрясение" не в тех сегментах, где недавняя сейсмичность сняла напряжение, а в промежуточных областях, где накопленное напряжение максимально. Эта модель обладает интуитивной понятностью; она используется в долгосрочном прогнозировании и послужила основой для серии прогнозов для тихоокеанского региона в 1979 и 1989–1991 годах. Однако некоторые основополагающие предположения о сейсмических разрывах сейчас признаны ошибочными. Тщательный анализ показывает, что "сейсмические разрывы могут не содержать информации о времени или магнитуде следующего крупного события в регионе"; статистические тесты прогнозов для тихоокеанского региона показали, что модель сейсмических разрывов "не обеспечивала точного прогнозирования сильных землетрясений". Другое исследование пришло к выводу, что длительный период сейсмического покоя не повышает вероятность землетрясений.

Модели сейсмичности

Разработаны различные эвристически полученные алгоритмы для прогнозирования землетрясений. Вероятно, наиболее известным является семейство алгоритмов M8 (включая метод RTP), разработанное под руководством Владимира Кейлиса-Борока. M8 выдает предупреждение о "Времени повышенной вероятности" (TIP) для крупного землетрясения заданной магнитуды при наблюдении определенных закономерностей в последовательности меньших землетрясений. TIP обычно охватывают большие площади (до тысячи километров в поперечнике) в течение срока до пяти лет. Такие большие параметры сделали M8 предметом споров, поскольку трудно определить, были ли какие-либо успешные прогнозы результатом умения, или же просто случайностью. M8 привлек значительное внимание, когда землетрясения 2003 года в Сан-Симеоне и Хоккайдо произошли в пределах TIP. В 1999 году группа Кейлиса-Борока опубликовала заявление о достижении статистически значимых результатов в среднесрочной перспективе с использованием моделей M8 и MSc применительно к крупным землетрясениям во всем мире. Однако, Geller и др. скептически относятся к заявлениям о прогнозировании на периоды менее 30 лет. Широко освещавшееся предупреждение TIP о землетрясении магнитудой 6,4 в Южной Калифорнии в 2004 году не оправдалось, равно как и два других менее известных TIP. Глубокое исследование метода RTP в 2008 году показало, что из примерно двадцати предупреждений только два можно было считать успешными (и для одного из них вероятность события составляла 60% в любом случае). В заключении было указано, что "RTP не отличается статистически значимо от наивного метода угадывания, основанного на исторических уровнях сейсмичности". Ускоренное высвобождение сейсмического момента (AMR, где "момент" – мера сейсмической энергии), также известное как анализ времени до разрушения или ускоренное высвобождение сейсмического момента (ASMR), основано на наблюдениях, что активность предвестников перед крупным землетрясением не только возрастает, но и возрастает экспоненциально. Иными словами, график кумулятивного числа предвестников становится круче непосредственно перед основным толчком. После формулирования в виде проверяемой гипотезы и ряда положительных отчетов, AMR казалось перспективным, несмотря на ряд проблем. Известные проблемы включали невозможность обнаружения во всех местах и для всех событий, а также трудность прогнозирования точного времени, когда кривая становится крутой на конечном участке. Однако, тщательное тестирование показало, что кажущиеся тенденции AMR, вероятно, являются результатом способа подгонки данных и неучета пространственно-временной кластеризации землетрясений. Следовательно, тенденции AMR статистически незначимы. Интерес к AMR (судя по количеству рецензируемых публикаций) снизился с 2004 года.

Various heuristically derived algorithms have been developed for predicting earthquakes. Probably the most widely known is the M8 family of algorithms (including the RTP method) developed under the leadership of Vladimir Keilis Borok. M8 issues a "Time of Increased Probability" (TIP) alarm for a large earthquake of a specified magnitude upon observing certain patterns of smaller earthquakes. TIPs generally cover large areas (up to a thousand kilometers across) for up to five years. Such large parameters have made M8 controversial, as it is hard to determine whether any hits that happened were skillfully predicted, or only the result of chance. M8 gained considerable attention when the 2003 San Simeon and Hokkaido earthquakes occurred within a TIP. In 1999, Keilis Borok's group published a claim to have achieved statistically significant intermediate term results using their M8 and MSc models, as far as world wide large earthquakes are regarded. However, Geller et al. are skeptical of prediction claims over any period shorter than 30 years. A widely publicized TIP for an M 6.4 quake in Southern California in 2004 was not fulfilled, nor two other lesser known TIPs. A deep study of the RTP method in 2008 found that out of some twenty alarms only two could be considered hits (and one of those had a 60% chance of happening anyway). It concluded that "RTP is not significantly different from a naïve method of guessing based on the historical rates [of] seismicity." Accelerating moment release (AMR, "moment" being a measurement of seismic energy), also known as time to failure analysis, or accelerating seismic moment release (ASMR), is based on observations that foreshock activity prior to a major earthquake not only increased, but increased at an exponential rate. In other words, a plot of the cumulative number of foreshocks gets steeper just before the main shock. Following formulation by into a testable hypothesis, and a number of positive reports, AMR seemed promising despite several problems. Known issues included not being detected for all locations and events, and the difficulty of projecting an accurate occurrence time when the tail end of the curve gets steep. But rigorous testing has shown that apparent AMR trends likely result from how data fitting is done, and failing to account for spatiotemporal clustering of earthquakes. The AMR trends are therefore statistically insignificant. Interest in AMR (as judged by the number of peer reviewed papers) has fallen off since 2004.

Машинное обучение

Руэ Ледук и др. (2019) сообщили об успешном обучении регрессионного случайного леса на данных акустических временных рядов, способного идентифицировать сигнал, испускаемый из зон разломов, который прогнозирует разрушение разлома. Руэ Ледук и др. (2019) предположили, что идентифицированный сигнал, ранее считавшийся статистическим шумом, отражает возрастание выброса энергии перед ее резким высвобождением во время события скольжения. Руэ Ледук и др. (2019) далее предположили, что их подход может ограничить время до разрушения и привести к выявлению других неизвестных сигналов. В связи с редкостью наиболее катастрофических землетрясений, получение репрезентативных данных остается проблематичным. В ответ Руэ Ледук и др. (2019) предположили, что их модели не потребуется обучение на данных катастрофических землетрясений, поскольку дальнейшие исследования показали, что интересующие сейсмические паттерны схожи с паттернами, наблюдаемыми при меньших землетрясениях. Глубокое обучение также применяется для прогнозирования землетрясений. Хотя закон Бата и закон Омори описывают магнитуду афтершоков землетрясений и их изменение во времени, предсказание "пространственного распределения афтершоков" остается нерешенной исследовательской задачей. Используя программные библиотеки Theano и TensorFlow, DeVries и др. (2018) обучили нейронную сеть, которая достигла более высокой точности в прогнозировании пространственного распределения афтершоков землетрясений, чем ранее существовавшая методология, основанная на изменении напряжения Кулона. Важно отметить, что DeVries и др. (2018) сообщили, что их модель не делала "предположений об ориентации или геометрии плоскости приема" и уделяла значительный вес изменению касательного напряжения, "сумме абсолютных значений независимых компонент тензора изменения напряжения" и критерию текучести фон Мизеса. DeVries и др. (2018) предположили, что зависимость их модели от этих физических величин указывает на то, что они могут "контролировать инициирование землетрясений в наиболее активную фазу сейсмического цикла". Для валидационного тестирования DeVries и др. (2018) зарезервировали 10% положительных образцов данных о землетрясениях и такое же количество случайно выбранных отрицательных образцов. Арно Мигнан и Марко Брокардо аналогичным образом проанализировали применение искусственных нейронных сетей для прогнозирования землетрясений. В обзоре литературы они обнаружили, что исследования по прогнозированию землетрясений с использованием искусственных нейронных сетей склоняются к более сложным моделям на фоне растущего интереса к этой области. Они также обнаружили, что нейронные сети, успешно применяемые для прогнозирования землетрясений, по своим характеристикам не уступают более простым моделям. Они также затронули вопросы получения подходящих данных для обучения нейронных сетей прогнозированию землетрясений, отметив, что "структурированный, табличный характер каталогов землетрясений" делает прозрачные модели машинного обучения более предпочтительными, чем искусственные нейронные сети.

Rouet Leduc et al. (2019) reported having successfully trained a regression random forest on acoustic time series data capable of identifying a signal emitted from fault zones that forecasts fault failure. Rouet Leduc et al. (2019) suggested that the identified signal, previously assumed to be statistical noise, reflects the increasing emission of energy before its sudden release during a slip event. Rouet Leduc et al. (2019) further postulated that their approach could bound fault failure times and lead to the identification of other unknown signals. Due to the rarity of the most catastrophic earthquakes, acquiring representative data remains problematic. In response, Rouet Leduc et al. (2019) have conjectured that their model would not need to train on data from catastrophic earthquakes, since further research has shown the seismic patterns of interest to be similar in smaller earthquakes. Deep learning has also been applied to earthquake prediction. Although Bath's law and Omori's law describe the magnitude of earthquake aftershocks and their time varying properties, the prediction of the "spatial distribution of aftershocks" remains an open research problem. Using the Theano and TensorFlow software libraries, DeVries et al. (2018) trained a neural network that achieved higher accuracy in the prediction of spatial distributions of earthquake aftershocks than the previously established methodology of Coulomb failure stress change. Notably, DeVries et al. (2018) reported that their model made no "assumptions about receiver plane orientation or geometry" and heavily weighted the change in shear stress, "sum of the absolute values of the independent components of the stress change tensor," and the von Mises yield criterion. DeVries et al. (2018) postulated that the reliance of their model on these physical quantities indicated that they might "control earthquake triggering during the most active part of the seismic cycle." For validation testing, DeVries et al. (2018) reserved 10% of positive training earthquake data samples and an equal quantity of randomly chosen negative samples. Arnaud Mignan and Marco Broccardo have similarly analyzed the application of artificial neural networks to earthquake prediction. They found in a review of literature that earthquake prediction research utilizing artificial neural networks has gravitated towards more sophisticated models amidst increased interest in the area. They also found that neural networks utilized in earthquake prediction with notable success rates were matched in performance by simpler models. They further addressed the issues of acquiring appropriate data for training neural networks to predict earthquakes, writing that the "structured, tabulated nature of earthquake catalogues" makes transparent machine learning models more desirable than artificial neural networks.

Сейсмичность, вызванная электромагнитной импульсией

Высокоэнергетические электромагнитные импульсы способны вызывать землетрясения в течение 2–6 дней после излучения генераторами ЭМИ. Предполагается, что мощные электромагнитные воздействия могут управлять сейсмичностью, так как наблюдаемая динамика сейсмических явлений после этого воздействия представляется значительно более упорядоченной, чем обычно.

Примечательные прогнозы

Это предсказания или заявления о предсказаниях, которые получили известность либо благодаря своей научной значимости, либо широкой общественной огласке, и претендуют на научную или псевдонаучную основу. Поскольку многие предсказания держатся в секрете или публикуются в малоизвестных источниках и становятся заметными только после того, как о них заявляют, существует предвзятость отбора: успешные предсказания привлекают больше внимания, чем неудачные. Предсказания, перечисленные здесь, обсуждаются в книге Хауфа.

1975 год: Хайченг, Китай

Землетрясение магнитудой 7.3 в Хайчэне 1975 года является наиболее часто упоминаемым "успехом" в прогнозировании землетрясений. Согласно общепринятой версии, изучение сейсмической активности в регионе привело китайские власти к изданию среднесрочного прогноза в июне 1974 года, в связи с чем политическое руководство распорядилось принять различные меры, включая принудительную эвакуацию населения, строительство "простых укрытий на открытом воздухе" и показ фильмов под открытым небом. Землетрясение, произошедшее в 19:36, было достаточно мощным, чтобы разрушить или серьезно повредить около половины домов. Однако, как утверждается, "эффективные меры профилактики" позволили удержать число погибших ниже 300 человек в районе с населением около 1,6 миллиона человек, где в противном случае можно было ожидать десятки тысяч жертв. Тем не менее, несмотря на произошедшее крупное землетрясение, существуют сомнения в достоверности рассказа о мерах, предпринятых на основе своевременного прогноза. Это событие произошло во время Культурной революции, когда "вера в прогнозирование землетрясений стала элементом идеологической ортодоксии, отличавшим истинных сторонников партии от правых уклонистов". Ведение записей было хаотичным, что затрудняло проверку деталей, включая наличие организованной эвакуации. Метод, использованный для среднесрочных или краткосрочных прогнозов (помимо "революционной линии председателя Мао"), не был уточнен. Эвакуация могла быть спонтанной, последовавшей за сильным (M 4.7) предваряющим толчком, произошедшим накануне. Исследование 2006 года, имевшее доступ к широкому спектру записей, показало, что прогнозы были ошибочными. "В частности, официального краткосрочного прогноза не было, хотя отдельные ученые и делали подобные предсказания". Также отмечалось, что "именно предваряющие толчки послужили основанием для окончательного решения о предупреждении и эвакуации". По оценкам, погибло 2041 человек. Относительно небольшое число жертв объясняется рядом благоприятных обстоятельств, включая обучение населения мерам безопасности при землетрясениях в предыдущие месяцы (в связи с повышенной сейсмической активностью), местную инициативу, время суток (когда люди не работали и не спали) и особенности местной строительной практики. Авторы заключают, что, хотя прогноз и был неудовлетворительным, "это была попытка предсказать крупное землетрясение, которая впервые не закончилась полным провалом". Во внутренней записке от июня 1978 года время возможного землетрясения было сужено до "октября-ноября 1981 года", с ожидаемой магнитудой основного толчка 9,2±0,2. В 1980 году он указал "середину сентября 1980 года". Это обсуждалось на научном семинаре в Сан-Хуане (Аргентина) в октябре 1980 года, где коллега Брэди, У. Спенс, представил доклад. Затем Брэди и Спенс встретились 29 октября с представителями правительств США и Перу и "спрогнозировали серию землетрясений большой магнитуды во второй половине 1981 года". 27 января 1981 года, после рассмотрения прогноза Брэди-Спенса, Национальный совет США по оценке прогнозов землетрясений (NEPEC) заявил, что он "не убежден в научной обоснованности" прогноза и "не увидел в наблюдаемых данных о сейсмичности или в представленной теории каких-либо оснований для предсказанного времени, места и магнитуды землетрясений". В заявлении также говорилось, что, хотя в предсказанное время вероятность крупных землетрясений и существовала, она была низкой, и рекомендовалось "не придавать прогнозу серьезного значения". Не обратив внимания на критику, Брэди впоследствии пересмотрел свой прогноз, заявив, что 6 июля, 18 августа и 24 сентября 1981 года или около этих дат произойдет не менее трех землетрясений, что вызвало недовольство одного из сотрудников USGS: "Если ему позволят продолжать эту игру, он в конечном итоге добьется успеха, и его теории будут признаны обоснованными многими". 28 июня (дата, которую большинство считает датой первого предсказанного землетрясения) сообщалось, что "население Лимы провело спокойное воскресенье". Заголовок одной перуанской газеты: "NO PASÓ NADA" ("Ничего не произошло"). В июле Брэди официально отозвал свой прогноз, сославшись на отсутствие необходимой сейсмической активности. Экономические потери, связанные со снижением туристического потока в этот период, оцениваются примерно в сто миллионов долларов.

The M 7.3 1975 Haicheng earthquake is the most widely cited "success" of earthquake prediction. The ostensible story is that study of seismic activity in the region led the Chinese authorities to issue a medium term prediction in June 1974, and the political authorities therefore ordered various measures taken, including enforced evacuation of homes, construction of "simple outdoor structures", and showing of movies out of doors. The quake, striking at 19:36, was powerful enough to destroy or badly damage about half of the homes. However, the "effective preventative measures taken" were said to have kept the death toll under 300 in an area with population of about 1.6 million, where otherwise tens of thousands of fatalities might have been expected. However, although a major earthquake occurred, there has been some skepticism about the narrative of measures taken on the basis of a timely prediction. This event occurred during the Cultural Revolution, when "belief in earthquake prediction was made an element of ideological orthodoxy that distinguished the true party liners from right wing deviationists". Recordkeeping was disordered, making it difficult to verify details, including whether there was any ordered evacuation. The method used for either the medium term or short term predictions (other than "Chairman Mao's revolutionary line") has not been specified. The evacuation may have been spontaneous, following the strong (M 4.7) foreshock that occurred the day before. A 2006 study that had access to an extensive range of records found that the predictions were flawed. "In particular, there was no official short term prediction, although such a prediction was made by individual scientists." Also: "it was the foreshocks alone that triggered the final decisions of warning and evacuation". They estimated that 2,041 lives were lost. That more did not die was attributed to a number of fortuitous circumstances, including earthquake education in the previous months (prompted by elevated seismic activity), local initiative, timing (occurring when people were neither working nor asleep), and local style of construction. The authors conclude that, while unsatisfactory as a prediction, "it was an attempt to predict a major earthquake that for the first time did not end up with practical failure." In an internal memo written in June 1978 he narrowed the time window to "October to November, 1981", with a main shock in the range of 9.2±0.2. In a 1980 memo he was reported as specifying "mid September 1980". This was discussed at a scientific seminar in San Juan, Argentina, in October 1980, where Brady's colleague, W. Spence, presented a paper. Brady and Spence then met with government officials from the U. S. and Peru on 29 October, and "forecast a series of large magnitude earthquakes in the second half of 1981." On 27 January 1981, after reviewing the Brady Spence prediction, the U. S. National Earthquake Prediction Evaluation Council (NEPEC) announced it was "unconvinced of the scientific validity" of the prediction, and had been "shown nothing in the observed seismicity data, or in the theory insofar as presented, that lends substance to the predicted times, locations, and magnitudes of the earthquakes." It went on to say that while there was a probability of major earthquakes at the predicted times, that probability was low, and recommend that "the prediction not be given serious consideration." Unfazed, Brady subsequently revised his forecast, stating there would be at least three earthquakes on or about July 6, August 18 and September 24, 1981, leading one USGS official to complain: "If he is allowed to continue to play this game he will eventually get a hit and his theories will be considered valid by many." On June 28 (the date most widely taken as the date of the first predicted earthquake), it was reported that: "the population of Lima passed a quiet Sunday". The headline on one Peruvian newspaper: "NO PASÓ NADA" ("Nothing happens"). In July Brady formally withdrew his prediction on the grounds that prerequisite seismic activity had not occurred. Economic losses due to reduced tourism during this episode has been roughly estimated at one hundred million dollars.

1985-1993: Паркфилд, США (Бакун-Линдх)

"Эксперимент по прогнозированию землетрясений в Паркфилде" был самым широко освещаемым научным экспериментом по прогнозированию землетрясений в истории. Он основывался на наблюдении, что сегмент Паркфилда разлома Сан-Андреас регулярно разрывается умеренными землетрясениями магнитудой около 6,0 каждые несколько десятилетий: в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годах. В частности, было отмечено, что если исключить землетрясение 1934 года, то они происходят каждые 22 года с погрешностью ±4,3 года. Исходя из 1966 года, ученые предсказывали 95%-ную вероятность того, что следующее землетрясение произойдет примерно в 1988 году, а самое позднее – в 1993 году. Национальный совет по оценке прогнозов землетрясений (NEPEC) провел оценку и согласился с этим. Геологическая служба США и штат Калифорния в связи с этим создали одну из "самых сложных и плотных сетей мониторинговых приборов в мире", в том числе для выявления каких-либо предвестников при приближении землетрясения. Уверенность была настолько высокой, что были разработаны детальные планы оповещения служб экстренного реагирования в случае появления признаков неминуемого землетрясения. По словам The Economist, "никогда еще не была так тщательно подготовлена засада для подобного события". 1993 год наступил и прошел, но предсказание не сбылось. В конечном итоге 28 сентября 2004 года на сегменте разлома Паркфилд произошло землетрясение магнитудой 6,0, но без предварительного предупреждения или очевидных предвестников. Хотя многие ученые считают эксперимент по отслеживанию землетрясения успешным, само предсказание оказалось неудачным, поскольку событие произошло с опозданием на десять лет.

1983-1995: Греция (ВАН)

В 1981 году группа "ВАН", возглавляемая Панайотисом Вароцосом, заявила об обнаружении связи между землетрясениями и "сейсмическими электрическими сигналами" (СЭС). В 1984 году они представили таблицу 23 землетрясений, произошедших с 19 января 1983 года по 19 сентября 1983 года, утверждая, что успешно предсказали 18 из них. После этого последовало несколько других списков, в том числе заявление 1991 года о предсказании шести из семи землетрясений с магнитудой ≥ 5,5 в период с 1 апреля 1987 года по 10 августа 1989 года, или пяти из семи землетрясений с магнитудой ≥ 5,3 в перекрывающемся периоде с 15 мая 1988 года по 10 августа 1989 года. В 1996 году они опубликовали "Обзор всех прогнозов, выпущенных с 1 января 1987 года по 15 июня 1995 года", включающий 94 прогноза. Этот обзор был сопоставлен со списком "Все землетрясения с MS(ATH)" в географических границах, охватывающих большую часть Греции,efn|1=А именно, между 36° и 41° северной широты и 19° и 25° восточной долготы. Предсказания VAN подвергались критике по различным причинам, включая их геофизическую невероятность, "неопределенность и двусмысленность", несоответствие критериям прогнозирования и ретроспективную корректировку параметров. Критический анализ 14 случаев, в которых VAN заявляла о 10 успехах, показал, что только в одном случае землетрясение произошло в пределах заданных параметров прогноза. По мнению Муларджии и Гасперини, предсказания VAN не только не превосходят случайные, но и демонстрируют "гораздо более тесную связь с событиями, произошедшими до них". Другие ранние обзоры показали, что результаты VAN, оцененные по четким параметрам, были статистически значимыми. Как положительные, так и отрицательные оценки прогнозов VAN за этот период были обобщены в книге 1996 года "Критический обзор VAN" под редакцией сэра Джеймса Лайтхилла и в специальном выпуске журнала Geophysical Research Letters, посвященном статистической значимости метода VAN. Группа VAN получила возможность ответить на критику в этих публикациях. В 2011 году ICEF рассмотрел дебаты 1996 года и пришел к выводу, что оптимистичные возможности прогнозирования СЭС, заявленные VAN, не могут быть подтверждены. Они должны совпадать с минимумами флуктуаций параметра порядка сейсмичности, которые, как было показано, являются статистически значимыми прекурсорами при использовании анализа совпадения событий. Важным вопросом является большой и часто неопределенный масштаб параметров прогнозов, из-за чего некоторые критики утверждают, что это не прогнозы и их не следует рассматривать как таковые. Большая часть споров вокруг VAN связана с неспособностью адекватно определить эти параметры. Некоторые из их телеграмм содержат прогнозы о двух различных землетрясениях, например (как правило) одно землетрясение, предсказанное в 300 км "к северо-западу" от Афин, и другое в 240 км "к западу", "с магнитудой 5,3 и 5,8", без указания временных рамок. Эта пара прогнозов была выпущена 9 января 1988 года, а аналогичная пара была повторена 30 сентября 1988 года, за исключением того, что прогнозируемые амплитуды были снижены до M(l) = 5,0 и 5,3 соответственно. Фактически, 16 октября 1988 года произошло землетрясение магнитудой Ms(ATH) = 6,0 примерно в 240 км к западу от Афин, что соответствует местной магнитуде M(l) = 5,5. Предполагалось, что VAN не учел кластеризацию землетрясений.

In 1981, the "VAN" group, headed by Panayiotis Varotsos, said that they found a relationship between earthquakes and 'seismic electric signals' (SES). In 1984 they presented a table of 23 earthquakes from 19 January 1983 to 19 September 1983, of which they claimed to have successfully predicted 18 earthquakes. Other lists followed, such as their 1991 claim of predicting six out of seven earthquakes with ≥ 5.5 in the period of 1 April 1987 through 10 August 1989, or five out of seven earthquakes with ≥ 5.3 in the overlapping period of 15 May 1988 to 10 August 1989, In 1996 they published a "Summary of all Predictions issued from January 1st, 1987 to June 15, 1995", amounting to 94 predictions. Matching this against a list of "All earthquakes with MS(ATH)" and within geographical bounds including most of Greece,efn|1=Specifically, between 36° and 41° north latitude and 19° to 25° east longitude. The VAN predictions have been criticized on various grounds, including being geophysically implausible, "vague and ambiguous", failing to satisfy prediction criteria, and retroactive adjustment of parameters. A critical review of 14 cases where VAN claimed 10 successes showed only one case where an earthquake occurred within the prediction parameters. The VAN predictions not only fail to do better than chance, but show "a much better association with the events which occurred before them", according to Mulargia and Gasperini. Other early reviews found that the VAN results, when evaluated by definite parameters, were statistically significant. Both positive and negative views on VAN predictions from this period were summarized in the 1996 book A Critical Review of VAN edited by Sir James Lighthill and in a debate issue presented by the journal Geophysical Research Letters that was focused on the statistical significance of the VAN method. VAN had the opportunity to reply to their critics in those review publications. In 2011, the ICEF reviewed the 1996 debate, and concluded that the optimistic SES prediction capability claimed by VAN could not be validated. to be coincident with the minima of the fluctuations of the order parameter of seismicity, which have been shown to be statistically significant precursors by employing the event coincidence analysis. A crucial issue is the large and often indeterminate parameters of the predictions, such that some critics say these are not predictions, and should not be recognized as such. Much of the controversy with VAN arises from this failure to adequately specify these parameters. Some of their telegrams include predictions of two distinct earthquake events, such as (typically) one earthquake predicted at 300 km "NW" of Athens, and another at 240 km "W", "with 5,3 and 5,8", with no time limit. efn|1=This pair of predictions was issued on 9/1/1988, and a similar pair of predictions was re iterated on 9/30/1988, except that the predicted amplitudes were reduced to M(l)=5.0 and 5.3, respectively. In fact, an earthquake did occur approximately 240 km west of Athens, on 10/16/1988, with magnitude Ms(ATH)=6.0, which would correspond to a local magnitude M(l) of 5.5. It was suggested that VAN failed to account for clustering of earthquakes,

VAN неоднократно подвергалась критике за вызывание общественной паники и беспорядков. Это усугубляется широтой их прогнозов, которые охватывают большие территории Греции (до 240 километров в диаметре и часто пары территорий), значительно превышающие площади, фактически затронутые землетрясениями прогнозируемой магнитуды (обычно несколько десятков километров в диаметре). Магнитуды также характеризуются широким диапазоном: прогнозируемая магнитуда "6,0" представляет собой диапазон от умеренной магнитуды 5,3 до значительно разрушительной 6,7. В сочетании с неопределенными временными окнами в один месяц или более, такие прогнозы "не могут быть практически использованы" для определения соответствующего уровня готовности, будь то ограничение обычной жизнедеятельности общества или даже выпуск публичных предупреждений.

2008: Греция (VAN)

После 2006 года VAN утверждает, что все тревожные сигналы, связанные с SES-активностью, были обнародованы путем публикации на arxiv.org. Эта SES-активность оценивается с использованием нового метода, который они называют "естественным временем". Один из таких отчетов был опубликован 1 февраля 2008 года, за две недели до самого сильного землетрясения в Греции в период с 1983 по 2011 год. Это землетрясение произошло 14 февраля 2008 года, его магнитуда (Mw) составила 6,9. Отчет VAN также был описан в статье в газете Ethnos от 10 февраля 2008 года. Однако Герассимос Пападопулос отметил, что отчеты VAN были сбивчивыми и неоднозначными, и что "ни одно из заявлений об успешных предсказаниях VAN не имеет под собой оснований". В том же выпуске была опубликована реплика в ответ на этот комментарий, в которой подчеркивалась точность предсказания.

1989 год: Лома Приета, США

Землетрясение в Лома-Приета в 1989 году (эпицентр в горах Санта-Крус к северо-западу от Сан-Хуан-Баутисты, Калифорния) нанесло значительный ущерб в районе залива Сан-Франциско в Калифорнии. По сообщениям, Геологическая служба США (USGS) заявила через двенадцать часов после этого события, что она "прогнозировала" это землетрясение в своем докладе в прошлом году. Сотрудники USGS впоследствии заявили, что это землетрясение было "ожидаемым"; также были сделаны различные другие заявления о предсказании. Рут Харрис рассмотрела 18 публикаций (с 26 прогнозами), датируемых 1910 годом, "которые в разной форме предлагали или относились к научным прогнозам землетрясения в Лома-Приета 1989 года". (В этом случае не проводится различие между прогнозом, который ограничивается вероятностной оценкой возможности землетрясения в течение определенного периода времени, и более конкретным предсказанием.) Ни один из этих прогнозов не может быть строго проверен из-за недостаточной конкретики, и в тех случаях, когда прогноз охватывал правильное время и место, временной интервал был настолько велик (например, охватывая большую часть Калифорнии в течение пяти лет), что терял какую-либо ценность как предсказание. Прогнозы, которые были близки (но с вероятностью всего 30%), имели временные окна в десять или двадцать лет. Один из обсуждаемых прогнозов был получен с использованием алгоритма M8, разработанного Кеилисом Бороком и его коллегами и использованного в четырех прогнозах. Первый из этих прогнозов не совпал ни по величине (M 7.5), ни по времени (пятилетнее окно с 1 января 1984 года по 31 декабря 1988 года). Однако местоположение было указано верно, поскольку в прогноз включались большая часть Калифорнии и половина Невады. Последующая редакция, представленная NEPEC, продлила временной интервал до 1 июля 1992 года и сузила местоположение до центральной Калифорнии; величина осталась прежней. Представленная ими диаграмма содержала еще две редакции для землетрясений M ≥ 7.0 в центральной Калифорнии. Пятилетнее окно для одного из них закончилось в июле 1989 года, и поэтому землетрясение в Лома-Приета было пропущено; второй пересмотр продлился до 1990 года и, следовательно, включил землетрясение в Лома-Приета. При обсуждении успеха или неудачи предсказания землетрясения в Лома-Приета некоторые ученые утверждают, что оно не произошло на разломе Сан-Андреас (основном объекте большинства прогнозов), и было связано с движением по вертикальному сбросу, а не по горизонтальному сдвигу, и поэтому не было предсказано. Другие ученые утверждают, что оно произошло в зоне разлома Сан-Андреас и высвободило большую часть напряжения, накопившегося с момента землетрясения в Сан-Франциско в 1906 году; следовательно, несколько прогнозов оказались верными. Хоуг утверждает, что "большинство сейсмологов" не считают, что это землетрясение было предсказано "в строгом смысле этого слова". В строгом смысле не было предсказаний, только прогнозы, которые были лишь частично успешными. Ибен Браунинг утверждал, что предсказал землетрясение в Лома-Приета, но (как будет показано в следующем разделе) это утверждение было отклонено.

The 1989 Loma Prieta earthquake (epicenter in the Santa Cruz Mountains northwest of San Juan Bautista, California) caused significant damage in the San Francisco Bay Area of California. The U. S. Geological Survey (USGS) reportedly claimed, twelve hours after the event, that it had "forecast" this earthquake in a report the previous year. USGS staff subsequently claimed this quake had been "anticipated"; various other claims of prediction have also been made. Ruth Harris reviewed 18 papers (with 26 forecasts) dating from 1910 "that variously offer or relate to scientific forecasts of the 1989 Loma Prieta earthquake." (In this case no distinction is made between a forecast, which is limited to a probabilistic estimate of an earthquake happening over some time period, and a more specific prediction.) None of these forecasts can be rigorously tested due to lack of specificity, and where a forecast does bracket the correct time and location, the window was so broad (e. g., covering the greater part of California for five years) as to lose any value as a prediction. Predictions that came close (but given a probability of only 30%) had ten or twenty year windows. One debated prediction came from the M8 algorithm used by Keilis Borok and associates in four forecasts. The first of these forecasts missed both magnitude (M 7.5) and time (a five year window from 1 January 1984, to 31 December 1988). They did get the location, by including most of California and half of Nevada. A subsequent revision, presented to the NEPEC, extended the time window to 1 July 1992, and reduced the location to only central California; the magnitude remained the same. A figure they presented had two more revisions, for M ≥ 7.0 quakes in central California. The five year time window for one ended in July 1989, and so missed the Loma Prieta event; the second revision extended to 1990, and so included Loma Prieta. When discussing success or failure of prediction for the Loma Prieta earthquake, some scientists argue that it did not occur on the San Andreas fault (the focus of most of the forecasts), and involved dip slip (vertical) movement rather than strike slip (horizontal) movement, and so was not predicted. Other scientists argue that it did occur in the San Andreas fault zone, and released much of the strain accumulated since the 1906 San Francisco earthquake; therefore several of the forecasts were correct. Hough states that "most seismologists" do not believe this quake was predicted "per se". In a strict sense there were no predictions, only forecasts, which were only partially successful. Iben Browning claimed to have predicted the Loma Prieta event, but (as will be seen in the next section) this claim has been rejected.

1990: Нью-Мадрид, США (Браунинг)

Ибен Браунинг (ученый с докторской степенью в области зоологии и подготовкой в качестве биофизика, но не имевший опыта в геологии, геофизике или сейсмологии) был "независимым бизнес-консультантом", который прогнозировал долгосрочные климатические тенденции для бизнеса. Он поддерживал идею (научно недоказанную), что вулканы и землетрясения более вероятны, когда приливная сила Солнца и Луны совпадают, оказывая максимальное напряжение на земную кору (сизигия). Рассчитав моменты максимального воздействия этих приливных сил, Браунинг "прогнозировал" районы, наиболее подверженные риску сильного землетрясения. Одним из часто упоминаемых им регионов была сейсмическая зона Нью-Мадрид в юго-восточной части штата Миссури, где в 1811–12 годах произошло три крупных землетрясения, которые он связал с датой 3 декабря 1990 года. Репутация Браунинга и его кажущаяся авторитетность возросли, когда он заявил в различных рекламных листовках и объявлениях, что предсказал (среди прочего) землетрясение в Лома-Приета 17 октября 1989 года. Национальный совет по оценке прогнозов землетрясений (NEPEC) сформировал специальную рабочую группу (AHWG) для оценки прогноза Браунинга. В своем отчете (опубликованном 18 октября 1990 года) совет однозначно отверг утверждение об успешном предсказании землетрясения в Лома-Приета. Из стенограммы его выступления в Сан-Франциско 10 октября следовало, что он говорил о "вероятности нескольких землетрясений по всему миру магнитудой 6 и выше, а также возможном извержении одного-двух вулканов" – что, в мировом масштабе, является обычной частотой для недели, – без какого-либо упоминания о землетрясении в Калифорнии. Несмотря на то, что отчет AHWG опроверг как заявления Браунинга о предыдущих успехах, так и обоснование его "прогноза", он не оказал существенного влияния после года непрекращающихся утверждений об успешном предсказании. Прогноз Браунинга получил поддержку геофизика Дэвида Стюарта и молчаливое одобрение многих государственных органов в их подготовке к крупной катастрофе, что было усилено широким освещением в средствах массовой информации. 3 декабря ничего не произошло, а Браунинг умер от сердечного приступа семь месяцев спустя.

Iben Browning (a scientist with a Ph. D. degree in zoology and training as a biophysicist, but no experience in geology, geophysics, or seismology) was an "independent business consultant" who forecast long term climate trends for businesses. He supported the idea (scientifically unproven) that volcanoes and earthquakes are more likely to be triggered when the tidal force of the Sun and the Moon coincide to exert maximum stress on the Earth's crust (syzygy). Having calculated when these tidal forces maximize, Browning then "projected" what areas were most at risk for a large earthquake. An area he mentioned frequently was the New Madrid Seismic Zone at the southeast corner of the state of Missouri, the site of three very large earthquakes in 1811–12, which he coupled with the date of 3 December 1990. Browning's reputation and perceived credibility were boosted when he claimed in various promotional flyers and advertisements to have predicted (among various other events) the Loma Prieta earthquake of 17 October 1989. The National Earthquake Prediction Evaluation Council (NEPEC) formed an Ad Hoc Working Group (AHWG) to evaluate Browning's prediction. Its report (issued 18 October 1990) specifically rejected the claim of a successful prediction of the Loma Prieta earthquake. A transcript of his talk in San Francisco on 10 October showed he had said: "there will probably be several earthquakes around the world, Richter 6+, and there may be a volcano or two" – which, on a global scale, is about average for a week – with no mention of any earthquake in California. Though the AHWG report disproved both Browning's claims of prior success and the basis of his "projection", it made little impact after a year of continued claims of a successful prediction. Browning's prediction received the support of geophysicist David Stewart, and the tacit endorsement of many public authorities in their preparations for a major disaster, all of which was amplified by massive exposure in the news media. Nothing happened on 3 December, and Browning died of a heart attack seven months later.

2004 и 2005: Южная Калифорния, США (Кейлис-Борок)

Алгоритм M8 (разработанный под руководством Владимира Кейлиса-Борока в UCLA) завоевал признание благодаря, казалось бы, успешным прогнозам землетрясений 2003 года в Сан-Симеоне и Хоккайдо. Поэтому большой интерес вызвал прогноз, сделанный в начале 2004 года, о землетрясении с магнитудой M ≥ 6,4, которое должно было произойти где-то в районе южной Калифорнии площадью приблизительно 31 000 кв. километров до 5 сентября 2004 года включительно. Этот прогноз также не оправдался.

2009: Л'Акуила, Италия (Джулиани)

В 03:32 6 апреля 2009 года регион Абруццо в центральной Италии был потрясен землетрясением магнитудой M 6,3. В городе Л'Акуила и окрестностях около 60 000 зданий обрушились или получили серьезные повреждения, что привело к гибели 308 человек и лишило крова 67 500 жителей. Примерно в то же время появились сообщения о том, что Джанпаоло Джулиани предсказал землетрясение, пытался предупредить общественность, но был заблокирован итальянским правительством. Джанпаоло Джулиани был лаборантом в Laboratori Nazionali del Gran Sasso. В качестве хобби он на протяжении нескольких лет отслеживал уровень радона с помощью приборов собственной разработки и конструкции. До землетрясения в Л'Аквиле он был неизвестен научному сообществу и не публиковал научных работ. 24 марта его опросили в итальянском блоге Donne Democratiche о серии слабых землетрясений в регионе Абруццо, начавшихся предыдущим декабрем. Он заявил, что эта серия нормальна и прекратится к концу марта. 30 марта в Л'Аквиле произошло землетрясение магнитудой 4,0 – самое сильное к тому моменту. 27 марта Джулиани предупредил мэра Л'Акуилы о возможной угрозе землетрясения в течение 24 часов, и вскоре после этого произошло землетрясение магнитудой около 2,3. 29 марта он сделал второе предсказание. Он позвонил мэру города Сульмона, расположенного примерно в 55 километрах к юго-востоку от Л'Аквилы, и предупредил о возможном "разрушительном" или даже "катастрофическом" землетрясении в течение 6-24 часов. С помощью автомобилей с громкоговорителями жителей Сульмоны предупредили об эвакуации, что вызвало панику. Землетрясения не произошло, и Джулиани был обвинен в разжигании паники и ему запретили делать публичные прогнозы в будущем. После землетрясения в Л'Аквиле Джулиани заявил, что обнаружил резкое повышение уровня радона за несколько часов до толчков. Он утверждал, что предупредил родственников, друзей и коллег накануне землетрясения. Позже он был допрошен Международной комиссией по прогнозированию землетрясений для гражданской защиты, которая установила, что Джулиани не предоставил гражданским властям достоверный прогноз основного толчка до его начала.

At 03:32 on 6 April 2009, the Abruzzo region of central Italy was rocked by a magnitude M 6.3 earthquake. In the city of L'Aquila and surrounding area around 60,000 buildings collapsed or were seriously damaged, resulting in 308 deaths and 67,500 people left homeless. Around the same time, it was reported that Giampaolo Giuliani had predicted the earthquake, had tried to warn the public, but had been muzzled by the Italian government. Giampaolo Giuliani was a laboratory technician at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso. As a hobby he had for some years been monitoring radon using instruments he had designed and built. Prior to the L'Aquila earthquake he was unknown to the scientific community, and had not published any scientific work. He had been interviewed on 24 March by an Italian language blog, Donne Democratiche, about a swarm of low level earthquakes in the Abruzzo region that had started the previous December. He said that this swarm was normal and would diminish by the end of March. On 30 March, L'Aquila was struck by a magnitude 4.0 temblor, the largest to date. On 27 March Giuliani warned the mayor of L'Aquila there could be an earthquake within 24 hours, and an earthquake M~2.3 occurred. On 29 March he made a second prediction. He telephoned the mayor of the town of Sulmona, about 55 kilometers southeast of L'Aquila, to expect a "damaging" – or even "catastrophic" – earthquake within 6 to 24 hours. Loudspeaker vans were used to warn the inhabitants of Sulmona to evacuate, with consequential panic. No quake ensued and Giuliano was cited for inciting public alarm and enjoined from making future public predictions. After the L'Aquila event Giuliani claimed that he had found alarming rises in radon levels just hours before. He said he had warned relatives, friends and colleagues on the evening before the earthquake hit. He was subsequently interviewed by the International Commission on Earthquake Forecasting for Civil Protection, which found that Giuliani had not transmitted a valid prediction of the mainshock to the civil authorities before its occurrence.

Трудность или невозможность

Как показывают предыдущие примеры, результаты прогнозирования землетрясений оказались разочаровывающими. Оптимизм 1970-х годов, что регулярное предсказание землетрясений станет возможным "вскоре", возможно, в течение десяти лет, к 1990-м годам не оправдался, и многие ученые начали искать причины этого. К 1997 году было однозначно заявлено, что предсказать землетрясения невозможно.

Возможно, неудачи в прогнозировании землетрясений связаны лишь с тем, что это "чрезвычайно сложная" задача, пока еще не поддающаяся современной науке. Несмотря на уверенные заявления четыре десятилетия назад о том, что сейсмология "на пороге" надежных прогнозов, и в 1986 году о том, что геометрические неровности на поверхности разлома "оказывают существенное влияние на начало и прекращение разрывов", другое исследование связывало значительные различия в поведении разломов со степенью их зрелости. Подобные сложности не учитываются в современных методах прогнозирования. Сейсмология, возможно, до сих пор не обладает достаточным пониманием даже своей центральной концепции – теории упругого отскока. Моделирование, основанное на предположениях о распределении смещения, дало результаты, "не согласующиеся с классическим представлением о теории упругого отскока" (это объяснялось неучтенными в теории деталями неоднородности разломов). Прогнозирование землетрясений может быть принципиально невозможным. В 1997 году было высказано предположение, что Земля находится в состоянии самоорганизованной критичности, "где любое небольшое землетрясение имеет определенную вероятность перерасти в крупное событие". Также на теоретико-вероятностных основаниях было доказано, что "предсказание крупных землетрясений в любом практическом смысле невозможно". В 2021 году множество авторов из различных университетов и исследовательских институтов, изучавших данные Китайского сейсмоэлектромагнитного спутника, сообщили, что утверждения, основанные на концепции самоорганизованной критичности, о том, что любое небольшое землетрясение в любой момент может перерасти в крупное событие, не подтверждаются результатами, полученными на сегодняшний день с помощью анализа естественного времени. Принципиальная невозможность прогнозирования землетрясений подвергалась серьезной критике, но убедительное опровержение этой невозможности – эффективное предсказание землетрясений – пока не продемонстрировано.

Читание сложения

обсуждает, почему утверждение о предсказуемости землетрясений неверно. Г. П. Остермейер, В. Л. Попов, Э. Шилко, О. Васильева (2021). Многомасштабная биомеханика и трибология неорганических и органических систем. Памяти профессора Сергея Псахие. Springer Int. Publ.