Умная, снисходительная природа [1985 Гангнус А.А.

В самом общем виде работа ученого состоит в переводе на язык науки с предметного языка природы некоей новеллы, именуемой либо как "явление", либо как "закономерность". Перевод этот не совсем точен, грубоват (с точки зрения абсолютной истины). Он в каком-то смысле является популяризацией природы в разных ее проявлениях. Популяризацией не для всех, а для узкого круга "своих", владеющих тем же языком. Популяризатор науки работает на следующем уровне, переводит с языка науки на язык обычный, литературный, но законы этой работы те же или очень близкие. И ошибки в этих родах деятельности похожие. Это ошибки перевода. Неадекватности, неуклюжести. Но есть и другое. И ученый в своих усилиях познать и объяснить себе и коллеге природу "один к одному", и популяризатор в своих вторичных усилиях познать и объяснить читателю то, что делается в науке, сталкиваются с эффектами неопределенности и дополнительности. О том, как это ограничивает возможности науки, я уже рассказывал. Популяризатор находится в еще худших условиях. Для него эти эффекты существуют "в квадрате". Чем ближе к оригиналу его изложение, тем суровее действие эффекта дополнительности: популяризация перестает быть популяризацией и становится наукой. На этом основании некоторые мои знакомые ученые считают, что популяризация вообще не нужна (если она точна, это не популяризация, если она неточна, она "лжет"). Но, несмотря на очевидность "неполной, адекватности" популярного изложения, оно не просто допустимо, оно и необходимо. Без литературного освоения достижения науки не смогут проникнуть в мировоззрение не только человечества в целом, но и даже в мировоззрение самих исследователей. Подбодряющим примером здесь мне служит позиция основателей новой физики, сложнейшей из наук: "Реальные эксперименты невозможно было бы описать, не применяя при этом разговорного языка и понятий наивного реализма" (Нильс Бор).

Итак, сейсмология "на пальцах"... После долгих перетасовок мы установили, что все механизмы землетрясений Гармского района хорошо делятся на семь главных типов. Каково же было наше удивление, когда спустя несколько месяцев мы случайно набрели на одну старую работу выдающегося сейсмолога Бота, где были почти те же семь типов. Зря старались? Может быть, и не зря. Неизвестно, с тем же ли рвением мы продолжали бы нашу работу, если бы сразу узнали, что начали с известного. Самое подкупающее в нашей типологии - так мы ее назвали - было то, что каждый тип легко связывается с определенным, конкретным геологическим движением - сбросом, надвигом, вертикальным взбросом и т. д. Все эти классические понятия науки о горообразовании вместе нашей типизацией можно увидеть на рис. 3.

Рис. 3. Механизмы землетрясений можно по геологическому смыслу происходящего движения разделить на семь типов

На рисунке-графике отложены углы наклона (от вертикали) оси сжатия и оси растяжения. По сочетанию этих двух осей выделяются следующие типы (разделены границами):

Ну а результат, спросите вы. Результат наметился сразу, как только каталог рассортировался на типы (для этого и понадобилось пусть условное, но четкое разграничение типов) и был подсчитан процент - содержание каждого типа отдельно для слабых и для сильных землетрясений.

Результат давно доложен коллегам и опубликован в научной печати, естественно, не вызвав сенсации, а лишь умеренный интерес и отчасти критику. Результат был необыкновенен только для нас (и для наших друзей) и только одним: он был первым! Он сообщал нам то, о чем мы прежде знали только понаслышке и чему в глубине души, может быть, не верили: в природе нет хаоса, все в ней устроено "разумно", и эта разумность, когда она внезапно выглядывает краешком из машинально чертимого тобой графика, буквально ошеломляет.

Впрочем, спешу пояснить. На рис. 4 показаны наборы типов (в процентах) для слабых и для все более сильных землетрясений. Видно, что самые многочисленные среди слабых тресков и скрипов типы тушуются и исчезают по мере роста энергии взятых для анализа землетрясений. Можно сделать следующий шаг - поделить все землетрясения на "слабый" и "сильный" (на рисунке "сильный" отмечен штриховкой) "надтипы".

Рис. 4. Разделение механизмов землетрясений на типы не просто удобно. Сразу появляется возможность статистических сопоставлений. Процент числа землетрясений того или иного типа за большой срок - это средняя вероятность появления именно этого типа в этом районе, величина столь же строго определенная, как и наклон угла графика повторяемости. Всякие отклонения от установленной средней вероятности таят в себе возможность обнаружения новых явлений. На этом рисунке каждая следующая диаграмма показывает, как меняются вероятностные соотношения толчков разных типов с ростом энергии землетрясений, Видно, что по мере роста энергии падает значение типов со "сложной геометрией" очагов (г и д), растет значение прочих, более простых типов, особенно надвига, который можно считать главным типом движения для всей обширной горной страны. Эти диаграммы дали основание говорить о "сильном" и "слабом" типе землетрясений и перейти к попытке использовать это разделение для прогноза самых сильных сейсмических катастроф

Возникло подозрение, что все слабые землетрясения делятся на две большие группы. Фоновые, более или менее хаотические и аккомпанирующие всей действующей современной геологической жизни в недрах нашего района, то есть шум. И особые, во всем похожие на сильные, кроме своей энергии. Возникло подозрение, что эти особые землетрясения и есть тот долгожданный полезный сигнал, который может предупреждать о начале критической эпохи подготовки сильного толчка.

Подозрение оформилось в уверенность как бы совершенно неожиданно, однажды, когда в Гарме уже темнело, уже звенели цикады и горы фиолетово светились в закатном майском небе. От дома, где жилье, до рабочего кабинета не больше сотни шагов, и ночью многие комнаты камерального корпуса освещены. В кабинетах пишут, чертят мелом на доске, считают на портативных вычислителях, спорят.

Мы в ту ночь считали содержание "сильных типов" слабых землетрясений в каждой сотне последовательно идущих одна за другой карточек Гармского каталога. Обычные статистические приемы - сглаживание, усреднение, и все это - на временной шкале, где единицей времени служат не секунды, не минуты и не сутки, а сами сейсмические события примерно за пять лет (конец 1963 - начало 1969 года). И вот наконец последняя цифра высчитана, последний кусок кривой проведен. Удача! За это время доля землетрясений "сильного типа", в среднем равная 27 процентам (очень устойчивая на больших пространствах и за большой срок цифра), только два раза поднималась выше среднего - почти до 50 процентов. И оба раза это повышение кривой заканчивалось сильным толчком (рис. 5).

Рис. 5. Все типы проверяются на "прогностическую ценность". В каждой сотне последовательно идущих друг за другом на протяжении пяти лет слабых землетрясений оказалось далеко не равное число "сильных", простых типов механизмов. Лучше всего сильнейшие землетрясения (отмечены штрихпунктиром) прогнозировав лись типами б₁ (вместе с б) и главным для района типом в. Стрелами отмечены средние по силе землетрясения. Они этим методом не прогнозируются

Между рождением "слабых землетрясений сильного типа" и этим последним подсчетом, в результате которого появился новый прогностический признак, прошел почти год... И когда кривая была закончена, появилось недоумение: почему же так долго? Ведь сделано было самое простое. Как же мы раньше не догадались выстроить все землетрясения одно за одним и посчитать?

Мешала предвзятость, распространенная уверенность в том, что прогностические признаки нужно ловить на крошечном пятачке вокруг эпицентра готовящегося землетрясения. Но именно на этом пятачке землетрясений не бывает или бывает очень мало. А строить прогноз "по трем точкам" ... Можно, конечно, но верить такому прогнозу все-таки нельзя.

Получилось так, что природа намного умнее своих исследователей. Если бы прогностические признаки действительно появлялись на крошечном пятачке вокруг будущего очага, то поймать и выделить такой пятачок было бы практически невозможно, Природа оказалась и умной, и снисходительной: как раз с землетрясений 13-14-го класса (которые и прогнозировались нашими признаками) область подготовки землетрясений уже почти равна по площади целому Гармскому району. И сотни следующих друг за другом толчков дали очень четкое и полное предупреждение. Такому предупреждению можно доверять - ведь ясно, что процент, исчисленный из сотни случаев, намного точнее процента, исчисленного из пяти - десяти случаев. Статистический метод прогноза лучше раскрывал детерминированность, причинность процесса, чем прямой, в лоб детерминистский штурм.

При таком обороте событий материала для прогноза (раньше его вечно не хватало) оказалось достаточно, чтобы проследить, как распределяется по району грозное нарастание параметра "сильного типа". Честно говоря, мы боялись, что при таком разложении результата он рассыплется, окажется вдруг, что это так, случайно набрались высокие проценты в канун толчков. Но все вышло. Весь юг района (там, где произошли оба землетрясения) своими четырьмя широтными поясами согласно и синхронно подтвердил: да, сильный толчок готовился на обширной площади, причем, похоже, что импульс, нарастание опасности шли именно с юга, оттуда, откуда на Гармский район надвигается Индийская плита. Север района Тянь-Шань - оказался связанным с южными сейсмическими событиями намного слабее.

Что происходит в недрах? Почему в период приближения критической точки начинают смещаться акценты во взаимном расположении осей и плоскостей разрыва слабых землетрясений? Меняется геометрия сейсмического пространства - возникают разрешенные и запрещенные направления для движений... Движения геометрически становятся проще... Если уж сдвиг, так сдвиг, а надвиг, так надвиг, а не сдвигонадвиг, не сбрососдвиг...

Но какое же движение в районе главное? Это хорошо видно, если снова взглянуть на рис. 4. Это движение типа "в", надвиг. По этому типу идут самые сильные землетрясения всего Памиро-Тянь-Шаня. Горизонтальное сжатие с наползанием одного блока на другой. Впрочем, это уже другой масштаб исследования и другой, стало быть, разговор...