Зона, протянувшаяся вдоль северо-западного побережья Тихого океана, от Токио до Усть-Камчатска, - самая сейсмичная область нашей планеты. По числу землетрясений и по мощности сейсмических процессов, происходящих здесь, эта область не имеет себе равных во всем мире. Активна здесь и вулканическая деятельность. На Курильских островах и Камчатке находятся около 70 действующих вулканов - 12 % от общего числа наземных вулканов мира. На их долю приходится 14 – 18 % общего количества извергаемой лавы, вулканических шлаков, пепла и других продуктов наземных вулканических извержений.

Естественно, что именно здесь уже более 50 лет проводятся непрерывные наблюдения и фундаментальные исследования в области вулканологии и сейсмологии, центром которых является крупнейшее в мире в этой области научное учреждение - Институт вулканологии ДВО АН СССР.

Задачи нашего института были определены еще при его создании. Основные направления его исследований - это изучение современного вулканизма и связанных с ним геологических, геофизических и геохимических процессов, полезных ископаемых, порождаемых вулканической деятельностью, гидротермальных систем и ресурсов, а также прогноз вулканических извержений и землетрясений и оценка сейсмической опасности - область исследований, значение которой в последние годы стало очевидным. Эти задачи оставались практически неизменными на протяжении всех 27 лет существования института, что вполне закономерно, поскольку они носят не конъюнктурный, а фундаментальный характер, а слежение за вулканами и их деятельностью, землетрясениями и сопровождающими их явлениями должно вестись равномерно и непрерывно.

В институте создано пять отделов. Это отдел вулканизма и геологии, где ведется изучение вулканических извержений, вулканических центров, вулканической геологии, полезных ископаемых, петрологии, петрографии и подводного вулканизма; отдел физико-химических исследований, где сосредоточены аналитические лаборатории, изучающие свойства твердых, жидких и газообразных веществ преимущественно вулканического происхождения; отдел геотермии и геохимии, изучающий геотермию, гидротермальные системы и геотермальные ресурсы, а также геохимические процессы; отдел геофизики, где ведется изучение глубинного строения геофизических полей и вулканических извержений с помощью большого набора геофизических методов и где сосредоточены работы по прогнозу вулканических извержений; и, наконец, отдел сейсмологии и сейсмического прогноза, который изучает землетрясения и дает оценки сейсмической опасности. В состав института входит также находящаяся на самостоятельном балансе опытно-методическая сейсмологическая партия.

Штат института (вместе с сейсмологической партией и вспомогательными службами) насчитывает около 700 человек, в том числе примерно 200 научных сотрудников. В институте работает более 80 кандидатов и 8 докторов наук.

Годовой бюджет института - около 7,5 млн. p., это значительно больше, чем в среднем по Академии наук СССР для института такого размера (хотя нужно сказать, что по международным стандартам эту цифру нужно считать очень низкой). Более 4 млн. р. мы получаем из союзного бюджета, около 2 млн. р. - целевым финансированием из республиканского бюджета на сейсмологические исследования и до 1,5 млн. р. мы зарабатываем по хозяйственным договорам, стараясь, конечно, сочетать и народнохозяйственный эффект, и пользу для наших фундаментальных исследований. В дальнейшем, при переходе на новый порядок финансирования, доля договорных работ у нас будет расти.

Рассказать обо всех работах института за то краткое время, каким я располагаю, просто немыслимо. Поэтому я ограничусь тем, что постараюсь дать представление о той части исследований института, которые мне ближе всего. Это две крупнейшие первоочередные проблемы — изучение вулканических извержений и механизма деятельности вулканов и изучение землетрясений, включая оценку сейсмической опасности.

Вулканы Курильских островов и Камчатки относятся к числу крупнейших в мире. Особенно выделяется среди них Ключевская группа вулканов, которую можно считать одним из чудес света. Центр ее - действующий вулкан Ключевской высотой почти в 5 км. Вершина этого вулкана все время меняется: глубокие провалы сменяются громоздящимися шлаковыми конусами, которые стремятся достроить пикообразную вершину вулкана, но вновь и вновь разрушаются взрывами. Из-за этого вулкан не имеет определенной высоты: она постоянно изменяется на сотни метров в зависимости от его состояния.

Вулкан Ключевской извергает в год около 60 млн. т лавы --это почти треть вcex вулканических продуктов, извергаемых вулканами Курило-Камчатской гряды. По 2 т расплавленной базальтовой магмы поступает в него каждую секунду с глубины десятков километров — возможно, до 150 км. Давление такого столба магмы трудно оценить точно, но, во всяком случае, у подошвы и в толще земной коры оно превосходит 500 - 600 атмосфер. Горные породы, слагающие вулкан, не выдерживают такого давления, и время от времени возникают прорывы - побочные извержения.

Изучение поведения вулкана, которое ведется начиная с 30-х гг., позволило установить очень интересную закономерность: за это время прорывы возникали все выше и выше по склонам вулкана, и сейчас побочное извержение происходит уже под самой вершиной. Сейчас мы пытаемся представить себе, чем может закончиться этот процесс. Еще одна закономерность в поведении вулкана установлена нами, по-видимому, впервые в мире. Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что центр связанных с вулканом землетрясений, т. е. центр выделения сейсмической энергии, и центр избыточного давления, возникающего внутри вулкана, между подошвой его и глубиной 15 км, приблизительно совпадают примерно в 70 % случаев. Зная эту закономерность, мы можем оценивать состояние вулкана, максимальную силу и характер его дальнейших извержений.

Обширный научный материал накоплен институтом в ходе изучения других активных вулканов Камчатки и Курильских островов.

Хотелось бы сказать несколько слов о наших исследованиях закономерностей вулканической деятельности, о физической картине тех пока еще мало исследованных явлений, которые с ней связаны.

Например, расчеты и оценки теплового баланса вулканических очагов дают возможность по самым доступным величинам - таким, как общий объем изверженных продуктов, их средний состав и длительность жизни вулкана, - оценить максимально возможный размер очага.

Очень большой класс вулканических явлений связан с так называемыми трещинными извержениями, с которых начинается любой вулканический процесс. При этом внедрение расплавленной магмы по щелям и цилиндрическим каналам подчиняется определенным закономерностям, многие из которых нам удалось установить. Например, если питающий очаг представляет собой замкнутый объем под давлением, то при проколе этого очага истечение магмы идет по экспоненциальному закону. Это наблюдается при всех самых больших извержениях, что позволяет, получив значения нескольких точек, прогнозировать развитие и конец извержения.

А теперь я хотел бы перейти к другому направлению наших исследований, результаты которых жизненно важны и для нас, и для всего населения Камчатки, — к исследованиям сейсмической опасности. Наши работы позволяют достаточно точно оценить ее действительную степень.

Точные сейсмологические наблюдения показывают, насколько сильны здесь процессы, вызывающие землетрясения. При этом их эпицентры расположены у самого восточного побережья Камчатки (рис. 1).

Рис. 1. Эпицентры землетрясений с М ≥ 4,6 за 1962-1983 гг. 1 - инструментальные эпицентры Усть-Камчатского землетрясения 1971 г. (М=7,8) и Озерновского землетрясения 1969 г. (М=7,7); 2 – границы очаговых областей этих землетрясений по афтершокам; 3-7 – эпицентры остальных землетрясений; 8 – вулканы: Швч – Шивелуч, Клч – Ключевская сопка, Апх – Апахончич, Бзм – Безымянный, Тлб – Толбачик, Кзм – Кизимен, Крм – Карымский, Ичн – Ичинский, Опл – Опала; 9 – оси Курило-Камчатского и Алеутского глубоководных разломов; 10 – крупнейшие разломы (пунктир – предполагаемые)

 Очень важные сведения дает нам распределение землетрясений по глубине. Наибольшее значение имеет так называемый сейсмофокальный слой, простирающийся до глубины 650 км: все землетрясения, которые здесь происходят на глубинах 100 - 220 км, и вулканические процессы, несомненно, связаны между собой.

Распределение очагов землетрясений в разрезе поперек Камчатки (рис. 2) показывает, что во время последнего сильного землетрясения в Петропавловске-Камчатском, которое произошло в 1971 г. и достигало силы 7 баллов, всем нам, живущим здесь, в высшей степени повезло: очаг землетрясения находился примерно в 120 км по прямой линии от Петропавловска. Если бы он был расположен у верхней кромки сейсмофокального слоя, то это расстояние было бы вдвое меньше, и сила колебаний земной поверхности - вдвое больше...

Рис. 2. Поперечный разрез сейсмофокальной зоны через северную часть Авачинского залива: 1 – эпицентры землетрясений; 2 – ось глубоководного желоба; 3 – вулканы; 4 – граница Мохоровичича; 5 – морское дно; 6 – контур фокальной зоны; 7 – след плоскости подвижки и её направление в очагах землетрясений 1952 г. (М=8,5) и 1971 г. (М=7,2)

Карта сейсмического районирования, составленная на основе результатов наших исследований, показывает среднюю повторяемость землетрясений разной силы в каждой точке Камчатки. Например, в районе Елизово повторяемость девятибалльных землетрясений - раз в тысячу лет, а в Петропавловске-Камчатском - раз в несколько сотен лет.

Рис. 3. Кумулятивная сейсмическая энергия, высвобожденная при землетрясениях с М≥6 и глубиной очагов до 100 км на Камчатке (1) и Курильских островах (2) в 1899-1986 гг.; З – средний, минимальный и максимальный уровни графика для Камчатки

Знание особенностей сейсмического процесса позволяет давать долгосрочные сейсмические прогнозы. Такой прогноз был дан нами впервые в мире - он был составлен для Курило- Камчатской дуги. Сейчас эту методику используют сейсмологи всех стран. Прогноз, к сожалению, неутешительный для нас: данные показывают, что один из потенциально опасных очагов больших землетрясений находится под дном Авачинской бухты в районе Петропавловска-Камчатского. Средняя повторяемость землетрясений силой 7 баллов и больше для Петропавловска-Камчатского - примерно одно в 15 - 20 лет. Это значит, что вероятность такого землетрясения составляет в среднем около 6 % в год, а на период 1990 - 1992 гг. она, с учетом различных факторов, оценивается в 10 - 15 % в год.

Для долгосрочного прогнозирования землетрясений необходимо учитывать сейсмические циклы, т. е. циклы накопления и выделения сейсмической энергии (рис. 3). Оказывается, удельная сейсмическая энергия, приходящаяся на единицу длины островной дуги, на разных участках этой дуги - и на Курилах, и на Камчатке - одинакова. При этом накопление и сброс энергии за большие промежутки времени равны, т. е. процесс уравновешен. В районе же Камчатки за последние годы, начиная с 1952 г., накопление энергии явно преобладало над сбросом. В результате, накопленной здесь энергии хватит на одно землетрясение с магнитудой 8,5 или на несколько землетрясений с магнитудой 8. К сожалению, очень велика вероятность, что такие землетрясения произойдут здесь еще до конца нынешнего столетия.

Зная все это, коллектив нашего института неоднократно ставил перед государственными органами вопрос о заблаговременном принятии мер на случай грозящего землетрясения. Наши усилия увенчалась успехом: недавно было принято правительственное решение, по которому Петропавловск-Камчатский стал первым местом в нашей стране, для которого принята программа укрепления зданий и сооружений. Еще ранее нам удалось добиться остановки строительства здесь, на Камчатке, атомной электростанции, что в этих условиях было бы равносильно подготовке еще одного Чернобыля. Подобные работы по оценке сейсмической опасности можно считать примерами внедрения в жизнь, в практику результатов наших фундаментальных исследований.

Вопрос д-ра ф.-м. н. В.А. Акуличева. Существует ли возможность провоцировать землетрясения — ускорять снятие напряжений, пока они не достигли угрожающих размеров?

Ответ. Над этой проблемой работают многие сейсмологи в разных странах. Можно, например, закачивать в землю под большим давлением воду или какой-нибудь раствор, чтобы уменьшить трение на границах разрыва и тем самым “спустить на тормозах” землетрясение. Действительно, в тех районах, где производится такое закачивание, частота землетрясений возрастает, а сила их уменьшается. Я думаю, что, например, Ташкентское землетрясение 1966 г., вероятно, можно было бы таким способом если не предотвратить, то превратить в серию более слабых толчков. Но это относится только к тем землетрясениям, очаг которых расположен на глубине 1 - 2 км. Здесь же глубина очагов 150 км. Для Петропавловска мы точно знаем положение очага, который может вызвать колебания силой в 8 - 9 баллов, - он находится в 60 - 90 км от поверхности, а по простиранию область очага занимает около 200 км. С таким очагом мы пока ничего не можем сделать.

Вопрос д-ра г.-м. н. И.Я. Некрасова. Какова стратегия института в отношении изучения проблем вулканогенного рудообразования?

Ответ. Это одна из самых интересных тем исследований, ведущихся на Камчатке, ими занимается у нас несколько лабораторий. Однако, здесь необходима известная осторожность, особенно когда заходит речь о практическом использовании, т. е. о добыче вулканогенных руд. Для Камчатки острее, чем для многих других районов страны, стоит проблема сохранения чистоты природы - вод, воздуха, земли, потому что главное природное богатство Камчатки - рыба, и нужно, прежде всего, оберегать ее нерестилища, а это несовместимо с крупномасштабной добычей полезных ископаемых.

Вопрос д-ра м. н. А.А. Айдаралиева. Занимаетесь ли вы изучением биологических предвестников землетрясений, и есть ли корреляция между данными наблюдений с помощью технических средств и биологическими явлениями?

Ответ. У нас было предпринято несколько попыток в этом направлении, но по разным причинам они не увенчались успехом. Такие исследования очень трудны, так как поведение живых организмов зависит от множества причин. К тому же здесь внешние факторы — температура, давление, влажность и т. д. - гораздо более изменчивы, чем на материке. Подобные наблюдения довольно широко ведутся в Японии, но и там достоверных результатов пока нет. Правда, в последнее время появились интересные сообщения об изменениях в поведении рыб перед землетрясением. Возможно, рыбы ощущают высокочастотные колебания, которые могут возникать за несколько дней или часов до сильных землетрясений.

Вопрос чл.-корр. АН СССР Г.И. Худякова. Насколько увеличивается стоимость строительства, если сейсмичность данного района повышается на 1 - 1,5 балла?

Ответ. Если речь идет о Камчатке, то стоимость строительства повышать здесь больше не нужно, потому что сейсмичность Камчатки сейчас определена, и все оценки показывают, что дома, которые построены здесь в последнее пятилетие, по-видимому, достаточно сейсмостойки. По расчетам строителей, в Петропавловске-Камчатском три четверти зданий достаточно прочны, и ничего, хотя бы отдаленно напоминающего то, что произошло в Армении, здесь быть не может. Другое дело — старая часть города, застроенная в 50-х - 60-х гг., в расчете на 7 - 8 баллов, где укрепление домов, действительно, обходится весьма дорого. Но известно, что профилактика всегда дешевле лечения, и такие затраты в случае землетрясения окупаются многократно.