Почему Япония переживает одни из самых мощных землетрясений в мире

Япония находится на хаотическом стыке четырех массивных тектонических плит: Тихоокеанской плиты, Филиппинской морской плиты, Евразийской плиты (или Амурийской плиты) и Североамериканской плиты (или Охотской плиты). Это ставит архипелаг непосредственно над некоторыми из самых активных зон субдукции на Земле. Постоянное измельчение и скольжение этих плит генерируют примерно 20 процентов от магнитуды в мире 6 или более землетрясений. Для жителей и инфраструктуры, понимание этих сейсмических зон не является академическим вопросом; это вопрос выживания. Эта статья обеспечивает авторитетный, подробный разбивка основных зон землетрясения Японии, риски цунами, которые они представляют, и другие системы разломов, которые способствуют профилю сейсмической опасности страны.

Зоны субдукции: двигатель крупнейших землетрясений в Японии

Зоны субдукции — это то место, где одна тектоническая плита погружается под другую в мантию. В Японии более плотные плиты Тихого и Филиппинского морей скользят на запад под континентальными плитами, создавая огромное напряжение на протяжении веков. Это напряжение внезапно выделяется при мегатравматических землетрясениях, которые генерируют разрушительные цунами и вызывают широко распространенное сотрясение земли по всему архипелагу.

Две доминирующие системы субдукции:

  • Тихоокеанская плита, субдукция под Североамериканской плитой (вдоль Японской впадины и Курильско-Камчатской впадины).
  • Филиппинская морская плита, субдукция под Евразийской плитой (вдоль Нанкайского желоба, Сагами Трю и Рюкюской впадины).

Японская впадина и регион Тохоку

Японская впадина простирается от Хоккайдо до региона Канто. Именно здесь Тихоокеанская плита ныряет под Североамериканскую плиту со скоростью около 8–9 см в год. Самым печально известным событием вдоль этой впадины является землетрясение Тохоку 2011 года (Mw 9.0–9.1), которое разорвало разлом длиной 500 км. Внезапное смещение морского дна вызвало цунами, которое достигло высоты более 40 метров в некоторых прибрежных районах и вызвало ядерную катастрофу Фукусима Дайичи. Меньшие, но все еще смертельные мегатруссы произошли здесь в 869 году (землетрясение Джоган), 1896 году (землетрясение Мэйдзи-Санрику) и 1933 году (землетрясение Шоа-Санрику). Ученые теперь используют сейсмометры дна океана и геодезию морского дна для мониторинга накопления штаммов вдоль траншеи, стремясь улучшить раннее предупреждение.

Нанкайский желоб и его повторяющаяся история

К югу от главного острова Японии Хонсю, Филиппинская морская плита субдукция под Евразийской плитой вдоль Нанкайского штока. Эта зона субдукции имеет удивительно регулярный интервал повторения: крупные землетрясения (M8–8.6) происходят каждые 100–200 лет, часто в парах, известных как землетрясения Нанкай и Тонанкай. Самым последним было землетрясение 1946 года и землетрясение 1944 года Тонанкай. Следующее назрело, и японское правительство оценивает 70–80-процентную вероятность мегатрусного землетрясения M8–9 класса Нанкай Троу в течение следующих 30 лет. Это событие вызовет катастрофическое тряска от полуострова Кии до Кюсю и вызовет цунами, которое может поразить прибрежные города в течение нескольких минут. Обширные контрмеры— включая повышенные волнорезы, башни эвакуации цунами и дрели эвакуации— были реализованы в знак признания этой неизбежности.

Сагами Троу и регион Канто

Сагами-Троу находится к югу от Токио, где под Североамериканской плитой находится Филиппинская морская плита. Эта зона вызвала землетрясение 1923 года Великого Канто (M7.9), которое опустошило Токио и Йокогаму, убив более 100 000 человек, многие из которых погибли от последовавшей за ним огненной бури. Следующее землетрясение Сагами-Троу, по оценкам, имеет интервал повторения 200 и 400 лет, но, учитывая плотное население столичной области Токио, даже умеренное землетрясение здесь будет одним из самых дорогостоящих бедствий в истории. Сейсмические карты опасности показывают, что южный регион Канто имеет самые высокие вероятности движения земли в Японии из-за сочетания границы плит и разломов интраплате.

Траншея Рюкю и Окинава

Дальше на юг траншея Рюкю проходит вдоль восточной стороны островов Рюкю (префектура Окинава). Подводная плита Филиппинского моря здесь медленнее, чем в Нанкайском желобе, и сейсмичность характеризуется более частыми умеренными землетрясениями и случайными крупными межплитными событиями (M7–8). Землетрясение 1771 года в районе Большой Яэямы (M8.0) вызвало цунами, которое обрушилось на остров Ишигаки волнами высотой до 30 метров. Однако, поскольку субдукция Рюкю менее связана, чем зоны дальше на север, она производит меньше гигантских землетрясений. Основная опасность здесь - спровоцированные землетрясением оползни и цунами затопление низменных прибрежных районов.

Риски цунами: физика, история и готовность

Землетрясения в зоне субдукции вызывают цунами в результате внезапного вертикального смещения морского дна. Когда перекрывающаяся плита эластично отскакивает во время разрыва мегатруса, она толкает массивный столб воды вверх. Эта потенциальная энергия превращается в волновой поезд, который движется со скоростью до 800 км/ч в глубокой воде. Когда волна входит в более мелкие прибрежные воды, она замедляется, длина волны сокращается, а ее амплитуда резко возрастает.

Длинная, извилистая береговая линия Японии, со многими заливами и эстуариями, действует как воронка, которая может усиливать высоту волны. Исторические записи показывают, что страна в среднем подвергалась разрушительным цунами каждые несколько десятилетий. За исключением события Тохоку 2011 года, заметные примеры включают:

  • 1896 Цунами Мэйдзи-Санрику — «цунами-землетрясение» (медленный разрыв), которое произвело волны более 38 метров в некоторых заливах и убило 22 000 человек.
  • 1707 землетрясение и цунами в Хойе[1] — событие M8.6 из Нанкайского водохранилища, которое вызвало цунами, достигшее 25 метров в некоторых районах и вызвавшее широкомасштабный ущерб вдоль тихоокеанского побережья.
  • 1854 Цунами Ансей-Токай и Ансей-Нанкай — Пара близко расположенных мегатрусов, которые вызвали цунами на высоте более 20 метров, уничтожив тысячи домов и убив несколько тысяч человек.

В ответ Япония разработала одну из самых сложных в мире систем раннего предупреждения о цунами, эксплуатируемую Японским метеорологическим агентством (JMA). Используя сейсмические данные и датчики давления океанов в режиме реального времени (сети S-net и DONET), система выдает предупреждения в течение двух-трех минут после обнаружения землетрясений. Эвакуационные учения обязательны в прибрежных школах, а карты опасности цунами общедоступны. Однако катастрофа 2011 года доказала, что даже лучшие системы имеют ограничения: первоначальное предупреждение недооценивало высоту цунами, и многие эвакуационные убежища были построены слишком близко к побережью. С тех пор правительство пересмотрело предположения о затоплении, построило более высокие морские стены в регионе Тохоку и инвестировало в вертикальные эвакуационные структуры (бетонные башни и курганы) в районах, где бег на высоту невозможен.

Местное цунами против удаленного источника цунами

Наибольший риск цунами в Японии исходит от местных источников—землетрясения вдоль собственных зон субдукции Японии, которые дают всего несколько минут на эвакуацию. Меньший, но все же значительный риск исходит от отдаленных источников, таких как землетрясение мегатруста в Чили или на Аляске. Землетрясение 1960 года в Вальдивии (M9.5) вызвало цунами, которое пересекло Тихий океан и убило 142 человека в Японии, с волнами до 6 метров на побережье Санрику. JMA поддерживает 24-часовой контроль за отдаленными угрозами цунами через Тихоокеанский центр предупреждения о цунами и использует те же датчики S-сети для обнаружения любых аномальных изменений уровня моря.

Другие сейсмические зоны: интраплататные и кристаллические разломы

Не все опасные землетрясения в Японии происходят на границах плит. Внутреннее пространство островов пересечено активными разломами коры, которые накапливают напряжение в течение тысяч лет. Эти внутрипластовые землетрясения обычно более мелкие и вызывают более сильное местное сотрясение, чем более глубокие события субдукции, даже при более низких величинах. Они могут нанести катастрофический ущерб в плотно застроенных районах.

Землетрясение 1995 года в Кобе (Хансин-Аваджи)

Самым печально известным интраплатате в новейшей истории является землетрясение 1995 года в Кобе (M6.9), которое произошло непосредственно под городом Кобе вдоль разлома Нодзима. Хотя только землетрясение средней величины, его неглубокая глубина (16 км) и расположение под густонаселенным районом привели к более чем 6400 смертельным случаям и 100 миллиардам долларов ущерба. Строительные коды были впоследствии усилены, и японское правительство увеличило финансирование сейсмических исследований и картирования опасности. Землетрясение Кобе подчеркнуло, что даже «вторичные» разломы в Японии могут привести к последствиям на уровне стихийных бедствий.

Основные системы отказов

Япония выявила более 2000 активных разломов, из которых около 100 считаются способными вызывать землетрясения M7 или более.

  • Итоигава-Шизуока Тектоническая линия — разлом длиной 250 км, пересекающий центральный Хонсю; последняя крупная активность была около 900 лет назад. Землетрясение класса M8 здесь может угрожать Нагое и Токио.
  • Медианская тектоническая линия — 1000-километровый декстральный разлом, проходящий через западную Японию; он вызвал землетрясения (например, землетрясение 1596 года Кейчо-Фушими, M7.5) и остается долгосрочным сейсмическим источником.
  • FLT:0 Система разломов Фукусимы не следует путать с АЭС; этот набор разломов на северо-востоке Японии был реактивирован из-за изменений напряжения после землетрясения Тохоку 2011 года, что привело к землетрясению M7.1 Фукусимы 2021 года.
  • Система разломов Токай (FLT:0) — расположена под регионом полуострова Изу; она исторически активна и может вызвать землетрясение коры M7–8, угрожающее густонаселенным прибрежным районам.

Вулканические беспорядки и индуцированная сейсмичность

В Японии более 100 действующих вулканов, и движение магмы часто вызывает землетрясения рои. В то время как большинство вулканических землетрясений являются небольшими, крупные извержения (например, 1990–1995 Unzen или 1914 Sakurajima) могут производить локализованное тряска. Страна также отслеживает события медленного скольжения и тремор вдоль зон субдукции, что может указывать на перенос напряжения, который может вызвать более крупные землетрясения. Японское метеорологическое агентство управляет плотной сетью сейсмометров и наклонных счетчиков для обнаружения таких изменений.

Готовность к землетрясениям и системы раннего предупреждения

Подход Японии к риску землетрясений является моделью для всего мира, сочетающей в себе жесткую инфраструктуру, государственное образование и передовые технологии.

  • Сейсмические строительные коды — постоянно обновляются после каждой крупной катастрофы. Здания, построенные после 1981 года (новый сейсмический код), спроектированы так, чтобы выдерживать тряску M7+ без обрушения. Программы модернизации укрепили старые структуры.
  • Система раннего предупреждения о землетрясениях JMA (Earthquake Early Warning, EW) (FLT:1) использует разницу во времени между P-волнами (быстрыми, менее разрушительными) и S-волнами (медленными, разрушительными) для отправки оповещений на сотовые телефоны, телевизор и системы поездов за секунды до сильного встряхивания. Эта система автоматически останавливала поезда-пули во время землетрясения 2011 года.
  • Шкала интенсивности синдо — Япония использует собственную 7-уровневую шкалу для измерения интенсивности встряхивания на поверхности. Это более практично для общественного реагирования, чем одна только магнитуда. Землетрясение Синдо-7 (например, 2011 год в частях Мияги, 1995 год в Кобе) означает почти полное опустошение в эпицентральной области.
  • Общественное образование (FLT:0) — ежегодные общенациональные учения в День предотвращения стихийных бедствий (1 сентября), обязательные учения по землетрясениям в школах и компаниях, а также широкое распространение предметов первой необходимости и руководств по выживанию.
  • Эвакуация на базе сообщества — местные органы власти заранее назначают здания для эвакуации из-за цунами, маркеры цунами (исторические уровни наводнений) и проводят регулярные настольные учения с жителями.

Проблемы и готовность к будущему

Несмотря на эти меры, проблемы остаются. Старение населения в сельских прибрежных общинах сокращает число людей, которые могут быстро эвакуироваться. Многие старые объекты для эвакуации цунами находятся ниже прогнозируемых высот волн. Сценарий «Нанкайской шлюзы» предполагает, что в худшем случае до 230 000 человек могут погибнуть, если системы реагирования потерпят неудачу. Исследователи разрабатывают вероятностные оценки опасности цунами, которые включают диапазоны предположений в худшем случае, и правительство переходит к «подготовке к худшему, надежде на лучший» подход.

Страховое проникновение для риска землетрясения по-прежнему низкое (примерно 30 процентов домашних хозяйств), хотя оно увеличилось с 2011 года. Правительство предоставляет страхование от землетрясения через Японскую компанию перестрахования от землетрясения, и большинство домовладельцев теперь знают о риске, хотя многие все еще недооценивают финансовые последствия.

Вывод: Жизнь с сейсмическим риском в Японии

Япония не может избежать тектонических сил, которые формируют ее острова. Зоны субдукции вдоль Тихоокеанской и Филиппинской плит моря будут продолжать генерировать мегатрусовые землетрясения и цунами; разломы коры будут производить более короткое, но одинаково разрушительное встряхивание. Ключ к устойчивости заключается не в том, чтобы игнорировать риск, а в том, чтобы понять его подробно и подготовиться соответствующим образом. Сочетание страны сетей мониторинга, строгих строительных норм, ранних предупреждений и государственного образования значительно сократило количество погибших по сравнению с прошлыми столетиями. Но катастрофа 2011 года служит напоминанием о том, что природа всегда имеет большую возможность.

Изучение географии зон землетрясений в Японии дает возможность гражданам, планировщикам и посетителям принимать обоснованные решения о маршрутах эвакуации, местах строительства и запасах для чрезвычайных ситуаций. Наука сейсмологии продолжает развиваться, и вместе с ней способность Японии предупреждать своих людей и защищать свою инфраструктуру. Но индивидуальная готовность остается первой и самой важной линией обороны. Живете ли вы в Токио, Кобе или прибрежной деревне в Тохоку, зная, в какой зоне вы находитесь и что делать, когда земля трясется, может означать разницу между выживанием и трагедией.