Города, подверженные землетрясениям, являются городскими центрами, расположенными на активных линиях тектонических разломов или вблизи них, где динамические движения земной коры представляют значительные риски для миллионов жителей. Эти города сталкиваются с постоянными угрозами не только для жизни людей, но и для инфраструктуры, экономики и социальной стабильности. Сейсмоопасность в таких районах многогранна — она возникает из-за геологических факторов, но усиливается человеческими решениями, связанными с плотностью городов, практикой строительства и готовностью к чрезвычайным ситуациям. Поскольку глобальное население все больше концентрируется в подверженных опасности регионах, понимание того, какие города наиболее уязвимы и как они могут смягчить риск, становится императивом для политиков, градостроителей, инженеров и жителей. Эта статья углубляется в науку о землетрясениях, выделяет ключевые городские центры, подверженные сейсмическим опасностям, и обсуждает инновационные стратегии, направленные на снижение разрушительных последствий будущих землетрясений.

Наука, стоящая за сейсмическим риском

Землетрясения являются результатом внезапного выброса накопленного напряжения вдоль разломов в земной коре. Эти разломы, часто невидимые под поверхностью, отмечают зоны, где взаимодействуют тектонические плиты - массивные плиты литосферы Земли. Энергия, выделяемая во время этих разрывов, распространяется как сейсмические волны, встряхивая землю и нанося ущерб.

Большая часть сейсмической активности сосредоточена вдоль границ плит, где плиты сталкиваются (конвергентные границы), раздвигаются (расходящиеся границы) или скользят мимо друг друга (трансформирующие границы). Тихоокеанское огненное кольцо, подковообразная зона, окружающая Тихий океан, является самым сейсмически активным регионом в мире, ответственным за около 80% крупнейших землетрясений планеты. Другие известные сейсмические пояса включают Альпийский пояс, простирающийся от Средиземного моря через Ближний Восток и в Центральную Азию, и среднеатлантический хребет, расходящуюся границу, проходящую через Атлантический океан.

Примечательно, что землетрясения могут также происходить в пределах тектонических плит, вдали от границ. Эти внутриплановые землетрясения, такие как исторические события 1811-1812 годов в Новом Мадриде в центральной части Соединенных Штатов, встречаются реже, но представляют собой уникальные проблемы, поскольку они могут происходить в регионах с небольшой исторической сейсмичностью, ограничивая усилия по обеспечению готовности.

Уровень сейсмической опасности для любого города зависит от нескольких факторов:

  • Близость к активным разломам: Города вблизи или на вершине активных линий разломов сталкиваются с более высоким риском.
  • Местная геология: Типы почв и горных пород могут усиливать или ослаблять сейсмические волны. Например, мягкие отложения часто усиливают тряску.
  • Интервал рецидива: Типичное время между крупными землетрясениями на разломе влияет на оценку риска.

Например, Токио лежит на сложном стыке четырёх тектонических плит, увеличивая частоту и интенсивность сейсмических событий, а расположение Мехико на вершине бывшего озёрного дна, составленного из мягкой глины, резко усиливает тряску грунта, увеличивая уязвимость, несмотря на относительно отдалённый эпицентр.

Глобальные горячие точки для землетрясений

Сейсмический риск неравномерно распределен по всему миру, в некоторых регионах происходят частые и интенсивные землетрясения из-за их тектонических параметров.

  • Тихоокеанское огненное кольцо: Включает в себя такие страны и города, как Япония, Индонезия, Филиппины, Новая Зеландия, западное побережье Северной и Южной Америки и многие тихоокеанские острова. Эта зона печально известна землетрясениями большой магнитуды и связанными с ними цунами и вулканической активностью.
  • Альпийский пояс: Растягивается от южной Европы через Ближний Восток до Гималаев, охватывая такие страны, как Италия, Турция, Иран и Непал.
  • Восточноафриканская рифтовая система: Активная континентальная рифтовая зона, характеризующаяся увеличением сейсмичности, поскольку Африка медленно раскалывается вдоль этой границы.

Международные организации, такие как Управление Организации Объединенных Наций по уменьшению опасности бедствий (UNDRR) и Геологическая служба США (USGS), предоставляют всеобъемлющие карты сейсмической опасности, которые отдают приоритет регионам для усилий по снижению риска. Согласно Глобальной программе оценки сейсмических рисков, такие страны, как Иран, Турция, Гаити, Непал и части Центральной Америки, попадают в зоны наибольшей сейсмической опасности. Быстрая урбанизация в этих районах привела к увеличению воздействия, подчеркивая срочность эффективных стратегий смягчения последствий.

Профиль городов с высоким риском

Токио, Япония

Как самая густонаселенная столичная область в мире с более чем 37 миллионами жителей, сейсмический риск Токио глубок. Расположенный вблизи конвергентной границы Тихого океана, Филиппинского моря, евразийской и североамериканской плиты, город испытывает приблизительно 1500 землетрясений ежегодно. Исторические события, такие как землетрясение 1703 года Генроку и катастрофическое землетрясение 1923 года Великого Канто сформировали подход города к сейсмической устойчивости.

Землетрясение Тохоку 2011 года, хотя и сосредоточено на шельфе, нанесло значительный ущерб в Токио из-за сильного тряски и вызвало цунами, затрагивающее более широкий регион. Современные строительные нормы Токио являются одними из самых передовых в мире, что требует устойчивых к землетрясениям конструктивных особенностей, таких как изоляторы базы и сейсмические амортизаторы. Кроме того, в городе работает одна из самых сложных систем раннего предупреждения, предоставляя жителям драгоценные секунды для поиска безопасности.

Однако плотная городская ткань Токио создает постоянные проблемы. Многие старые районы содержат деревянные дома, уязвимые для пожара и обрушения, в то время как повышенные скоростные автомагистрали и обширная система метро сталкиваются с рисками от тряски земли и вторичных опасностей. Планирование реагирования на чрезвычайные ситуации, общественные учения и непрерывная модернизация инфраструктуры остаются критическими компонентами стратегии управления рисками Токио.

Джакарта, Индонезия

Джакарта, столица Индонезии с населением более 10 миллионов человек, расположена вблизи зоны субдукции Сунда, где под евразийской плитой проходит индо-австралийская плита. Эта тектоническая обстановка вызвала многочисленные разрушительные землетрясения, в том числе события, которые повлияли на Яву, такие как землетрясение в Йокьякарте в 2006 году.

Сейсмический риск Джакарты усугубляется быстрым ростом городов, непоследовательной реализацией строительных норм и значительным оседанием земель из-за чрезмерной добычи подземных вод. Мягкие аллювиальные почвы города увеличивают вероятность сжижения во время сильного встряхивания, что может привести к наклону, потоплению или обрушению зданий. Хотя Индонезия внедрила системы раннего предупреждения о цунами и программы модернизации, остаются проблемы в обеспечении соблюдения и достижении неформальных поселений.

Мехико-Сити, Мексика

Уникальная геологическая обстановка Мехико сильно влияет на его сейсмическую уязвимость. Построенные на осушенном озерном дне озера Тескоко, лежащие в основе города мягкие глинистые и иловые почвы могут усиливать сейсмические волны факторами от 10 до 50 по сравнению с коренной породой. Несмотря на то, что они находятся примерно в 350 километрах от впадины Средней Америки, отдаленные, но мощные землетрясения субдукции нанесли катастрофический ущерб.

Землетрясение в Мичоакане 1985 года (величина 8,0) привело к тысячам погибших и широкомасштабным разрушениям, что подчеркивает риски, связанные с местными условиями почвы и уязвимостью зданий. Более поздние события, такие как землетрясение в Пуэбле в 2017 году, вновь подчеркнули необходимость улучшения строительных стандартов и готовности к чрезвычайным ситуациям. Мексика вложила значительные средства в сейсмический мониторинг и кампании государственного образования, включая регулярные учения, но неформальные жилые районы часто остаются в более высоком риске из-за структурных недостатков.

Лос-Анджелес, США

Лос-Анджелес занимает сейсмически сложную зону с участием нескольких систем разломов, в том числе известного разлома Сан-Андреас. По прогнозам USGS, регион сталкивается со значительной вероятностью возникновения землетрясения магнитудой 6,7 или больше в течение следующих 30 лет. Землетрясение в Нортридже 1994 года, которое вызвало ущерб примерно в 40 миллиардов долларов, выявило уязвимости в стальных каркасных зданиях, конструкциях автострад и коммунальных системах.

С тех пор Лос-Анджелес ввел обязательную сейсмическую модернизацию для многоэтажных многоквартирных домов и бетонных конструкций, расширил свою систему раннего предупреждения через программу ShakeAlert и начал обширные кампании государственного образования, такие как ежегодная буровая установка Great ShakeOut. Несмотря на эти усилия, стареющая инфраструктура города, включая мосты, трубопроводы и неукрепленные каменные здания, продолжает представлять риски во время будущих сейсмических событий.

Тегеран, Иран

Тегеран, столица Ирана с населением более 15 миллионов человек, расположен в сейсмически активном регионе вблизи границы Аравийской и Евразийской плит. Город пересекается несколькими активными разломами, в частности разломами Северный Тегеран и Моша, которые исторически вызывали разрушительные землетрясения.

Прошлые землетрясения, зарегистрированные в 855, 1177 и 1830 годах, опустошили более ранние поселения в этом районе. Сегодня многие здания в Тегеране построены с неукрепленной кладки или плохо спроектированного бетона, что повышает их восприимчивость к коллапсу. Хотя правительство инициировало исследования микрозонирования для картирования сейсмического риска в городе, провело кампании по информированию общественности и начало модернизацию критической инфраструктуры, правоприменение остается непоследовательным и прогресс медленный.

Землетрясение в Тегеране может привести к десяткам тысяч жертв и серьезным экономическим потрясениям, что подчеркивает настоятельную необходимость комплексных мер по снижению риска.

Градостроительный и строительный кодексы

Эффективное городское планирование и строгие строительные нормы являются одними из самых мощных инструментов для снижения риска землетрясений. Современные сейсмические нормы включают в себя передовые инженерные методы, такие как системы изоляции оснований, которые отделяют здания от движения земли; амортизаторы, рассеивающие энергию, которые поглощают сейсмическую энергию; и пластичное обрамление, позволяющее структурам изгибаться, а не разрушаться.

Например, японский закон о строительных стандартах, значительно пересмотренный после землетрясения в Кобе в 1995 году, требует, чтобы новые здания выдерживали сейсмические события до магнитуды 7,3. Аналогичным образом, строгие строительные нормы Чили, разработанные после землетрясения в Мауле в 2010 году, были приписаны минимизации структурных отказов и спасению жизней.

И наоборот, многие быстро урбанизирующиеся города в развивающихся странах изо всех сил пытаются обеспечить соблюдение строительных норм из-за ограниченных ресурсов, коррупции или политических проблем. Это часто приводит к тому, что миллионы людей живут в плохо построенных зданиях на опасных почвах или вблизи линий разломов.

Городское планирование также охватывает зонирование землепользования, предназначенное для предотвращения строительства на активных разломах или нестабильных почвах. Включение открытых пространств и широких улиц может создать эвакуационные коридоры и пожарные разломы, снижая риск вторичных бедствий.

Ремонт старых зданий является серьезной проблемой из-за высоких затрат и сопротивления со стороны владельцев недвижимости. Однако программы стимулирования, такие как налоговые скидки, гранты или кредиты под низкие проценты, могут стимулировать добровольные обновления. Такие города, как Сан-Франциско и Стамбул, внедрили обязательные правила модернизации, направленные на уязвимые структуры, включая мягкие этажные здания и неукрепленную кладки.

Системы раннего предупреждения и технологии

Системы раннего предупреждения о землетрясениях (EEW) обнаруживают начальные, менее разрушительные Р-волны, генерируемые сейсмическими событиями, и передают оповещения до прибытия более разрушительных S-волн. Это время ожидания, варьирующееся от секунд до нескольких минут в зависимости от близости, позволяет людям принимать защитные меры и автоматические системы инициировать протоколы безопасности, такие как остановка поездов, отключение промышленных процессов и обеспечение безопасности электросетей.

Япония впервые запустила систему EEW с Японским метеорологическим агентством, работающую с 2007 года, которая оказалась бесценной во время землетрясения Тохоку 2011 года.В США система ShakeAlert охватывает штаты Калифорния, Орегон и Вашингтон, в то время как Мексика управляет сетью SASMEX, предупреждая такие города, как Мехико и Оахака.

Дополнительные технологии включают спутниковый радар с интерферометрической синтетической апертурой (InSAR), который отслеживает деформацию грунта для выявления стрессовых неисправностей, и модели машинного обучения, которые улучшают прогнозирование сейсмической опасности путем анализа обширных наборов данных.

Программа USGS по угрозам землетрясений предоставляет данные и образовательные ресурсы в режиме реального времени для поддержки готовности. Тем не менее, эффективная ЭЭУ требует надежных сенсорных сетей, надежной инфраструктуры связи и широкого общественного доверия и понимания, чтобы максимизировать выгоды.

Готовность и образование сообщества

Только технологии не могут предотвратить жертвы землетрясения; осведомленность и готовность сообщества одинаково важны. Образовательные инициативы, такие как ежегодная тренировка Great ShakeOut, привлекают десятки миллионов во всем мире для практики рекомендуемого ответа «Бросать, покрывать и удерживать» во время землетрясений.

Школам, рабочим местам и общественным организациям рекомендуется проводить регулярные учения и поддерживать аварийные запасы. В подверженных землетрясениям городах домохозяйства получают преимущества от комплектов готовности, содержащих предметы первой необходимости, такие как вода, не скоропортящиеся продукты питания, предметы первой помощи, фонари и портативные радиоприемники. Сайт Ready.gov предлагает подробные руководства по сборке этих комплектов и разработке планов действий в чрезвычайных ситуациях для семей.

Программы, подобные Программе развития Организации Объединенных Наций «Подготовка к землетрясениям и реагирование», сотрудничают с местными лидерами в разработке стратегий эвакуации и модернизации школ и общественных зданий.

Управление ООН по снижению риска бедствий (UNDRR) продвигает Сендайскую рамку по снижению риска бедствий, направленную на существенное сокращение потерь от стихийных бедствий к 2030 году. Эффективные образовательные кампании должны быть непрерывными, культурно чувствительными и интегрировать знания коренных народов о сейсмических опасностях и управлении рисками.

Будущие вызовы и изменение климата

Ландшафт риска землетрясений развивается в связи с демографическими, экологическими и инфраструктурными тенденциями. Быстрая урбанизация, особенно в Азии и Африке, концентрирует население в зонах, подверженных опасности, часто в неформальных поселениях с некачественным строительством. Этот рост опережает способность местных органов власти обеспечивать соблюдение строительных норм и обеспечивать адекватную инфраструктуру.

Изменение климата создает косвенные, но значительные проблемы для сейсмического риска. Например, таяние ледников снижает вес на плитах земной коры, потенциально вызывая ледниковые землетрясения и вулканическую активность. Повышение уровня моря и более частые экстремальные погодные явления повышают уязвимость прибрежных городов к комбинированным опасностям, таким как затопление цунами после землетрясения.

Поддержание устойчивости критически важной инфраструктуры, включая водоснабжение, электроснабжение, транспорт и сети связи, имеет жизненно важное значение. Землетрясение на Гаити в 2010 году продемонстрировало последствия хрупкой инфраструктуры, где заблокированные дороги и поврежденные объекты задерживают реагирование на чрезвычайные ситуации и доставку помощи. Инвестиции в устойчивую инфраструктуру могут быть дорогостоящими заранее, но приносят значительные долгосрочные экономические и гуманитарные выгоды.

Глобальная экономическая взаимосвязанность означает, что крупное землетрясение в одном городе может нарушить цепочки поставок по всему миру. Землетрясение Тохоку в Японии в 2011 году, например, сильно повлияло на автомобильную и электронную промышленность, что привело к нехватке производства по всему миру. Предприятия все чаще включают оценки сейсмических рисков в планирование непрерывности для смягчения таких последствий.

Решение этих проблем требует скоординированных усилий правительств, международных организаций, частного сектора и общин по содействию культуре устойчивости и устойчивого городского развития в районах, подверженных землетрясениям.