На кадрах из Турции видно, как землетрясение за считаные секунды превращает многоэтажные дома в груды руин. Почему так происходит?

7 февраля 2023 в 1675789800
«Зеркало»

Утром 6 февраля на юго-востоке Турции и севере Сирии произошло сильное землетрясение, магнитуда которого составила 7,8. Президент Турции Реджеп Тайип Эрдоган назвал его крупнейшим стихийным бедствием для страны начиная с 1939 года. Трагедия, унесшая жизни уже более пяти тысяч человек, запомнится человечеству шокирующими кадрами, на которых многоэтажные жилые здания разрушаются под воздействием подземных толчков до основания - буквально как карточные домики. Попробуем разобраться, почему нынешнее землетрясение оказалось таким разрушительным и как этому можно противостоять.

Почему турецкие дома буквально рассыпались от землетрясения?

Привело к этому сочетание трех причин.

Первая из них - сила самого землетрясения. Оно оказалось действительно очень мощным - связанные с ним толчки ощущались даже в достаточно удаленных от эпицентра Ливане, Иордании, Израиле, Египте, Грузии.

Магнитуда, которой принято описывать мощность землетрясений, - это условная логарифмическая величина, связанная с выделяемой очагом происшествия энергией. Соседние единицы магнитуды различаются примерно в 32 раза, а дистанция в две единицы обозначает разницу в мощности примерно в 1000 раз (32×32). Так, сейсмическая энергия, выделяемая при подземном взрыве 1 тонны тротила примерно соответствует магнитуде 2, килотонной (в тротиловом эквиваленте) ядерной бомбы - магнитуде 4. Подземный взрыв бомбы мощностью в 1 мегатонну (эквивалентно миллиону тонн тротила) соответствует землетрясению с магнитудой 6, а 32 мегатонны (что не намного меньше самой мощной из испытанных человечеством термоядерных бомб - «Царь-бомбы») - землетрясению с магнитудой 7.

Магнитуда 7,5 (то есть приблизительно такая, как была зафиксирована на границе Турции и Сирии 6 февраля) примерно соответствует взрыву гипотетической 160-мегатонной бомбы. А землетрясение с магнитудой 8, почти целиком разрушившее Сан-Франциско в 1906 году, обладало энергией, сопоставимой со взрывом 1 миллиарда тонн тротила (1000 мегатонн). Вероятно, самое сильное из наблюдавшихся учеными Великое Чилийское землетрясение 1960 года с магнитудой более 9 превосходило по мощности взрыв 32 миллиардов тонн тротила. А толчка с магнитудой в 12 на этой шкале было бы более чем достаточно для разлома нашей планеты пополам через ее центр.

Таким образом, недавнее землетрясение магнитудой 7,8 по своей сейсмической энергии сопоставимо с подземным взрывом несуществующей термоядерной бомбы мощностью в несколько сотен мегатонн в тротиловом эквиваленте. Такие толчки относятся к разряду сильнейших, хотя и не являются экстраординарно редкими.

Вторая причина - географическое расположение эпицентра землетрясения. К сожалению, он находится в густонаселенном регионе с большой численностью городского населения. На территории, подвергшейся самым сильным подземным толчкам, находятся крупные города - Адана (1,6 млн жителей), Газиантеп (1,3 млн), Диярбакыр (0,6 млн), Шанлыурфа (0,5 млн), Кахраманмараш (0,4 млн), Малатья (0,4 млн). Соответственно, в зоне поражения оказалось очень много массивных зданий.

Третья причина - это, как ни странно, сами разрушенные здания.

Что не так с турецкими зданиями?

Дело в том, что многие из них построены без учета сейсмической опасности местности, в которой возводятся. Землетрясения обычны для Турции, которая целиком находится в сейсмически активном регионе. На территории страны расположены разломы сразу между несколькими тектоническими плитами. 6 февраля землетрясение произошло в зоне Восточно-Анатолийского разлома между Анатолийской и Аравийской тектоническими плитами, которые смещаются друг относительно друга со скоростью от 6 до 10 мм в год. Накопившаяся при этом движении энергия время от времени высвобождается, что и приводит к периодическим землетрясениям, сотрясающим местность на протяжении миллионов лет. И как минимум несколько десятков тысяч лет здесь живут люди.

За это время человечеством был накоплен немалый опыт строительства зданий, способных выдержать даже сильные землетрясения. Это неудивительно: при всей разрушительной мощи подземных толчков убивают людей, как правило, вовсе не они сами, а рушащиеся из-за них конструкции. В XXI веке у инженеров и архитекторов, проектирующих сейсмоустойчивые здания, есть множество инструментов для их создания. Это и массивные вибростолы для испытания моделей, и сложное компьютерное моделирование, и соответствующие строительные материалы, и «сейсмические предохранители» - конструкции, позволяющие «гасить» энергию колебаний.

Обратной стороной этого прогресса остается высокая цена сейсмоустойчивых зданий.

При этом строительные нормы и правила в Турции предусматривают, что строящиеся здания должны выдерживать сильные землетрясения - то есть такие, при которых испытывают дополнительную нагрузку в 30−40% от нормальной силы тяжести. По мнению экспертов, вчерашние землетрясения привели к дополнительной нагрузке от 20 до 50% от нормальной силы тяжести - выходит, как минимум часть обрушившихся зданий была построена с нарушением проектных норм или до момента принятия таких норм.

В Турции (как, впрочем, и в других странах) давно существуют проблемы со строительством сейсмически устойчивых объектов. В 1999 году сильное землетрясение в окрестностях Измита (восточное побережье Мраморного моря; магнитуда 7,6) разрушило около 20 тысяч построек и унесло жизни более чем 17 тысяч человек.

В 2011 году, после очередного землетрясения, Реджеп Тайип Эрдоган (тогда занимавший должность премьер-министра Турции) обвинил в большом количестве погибших некачественное строительство - в том числе с использованием неподходящих материалов. Тогда он выражал надежду, что муниципалитеты, строители и надзорные органы наконец увидят, что их халатность равнозначна убийству.

Среди наиболее подверженных разрушению турецких построек эксперты называют здания с так называемыми мягкими этажами: в них первые уровни с очень небольшим усилением стен заняты торговыми помещениями, а гораздо более тяжелые жилые этажи надстраиваются сверху. Также под угрозой находятся популярные в Турции здания, в которых верхние этажи для «оптимизации» налогообложения сильно больше первых этажей по площади.

Турецкие власти знают о том, что огромное число зданий в стране небезопасны при землетрясениях. Но решить эту проблему крайне сложно. В 2019 году были приняты новые правила повышения устойчивости зданий к землетрясениям, определяющие, по каким принципам должно вестись проектирование и строительство. Однако огромное число уже построенных к тому времени зданий не соответствует этим нормам. А модернизация всех их для увеличения сейсмостойкости обойдется в фантастические суммы для Турции, у которой и без того хватает социально-экономических проблем.

Можно ли предотвратить многочисленные разрушения и человеческие жертвы от землетрясений?

Полностью это сделать не получится, но значительно уменьшить риски можно.

Так вышло, что многие сейсмически активные зоны, прилегающие к тектоническим разломам, густо населены. Несмотря на все риски, очень сложно представить, что сотни миллионов людей покинут Средиземноморье, индонезийские острова Яву, Суматру, Бали, Филиппины, Тайвань, Чили, Японские острова и другие подобные регионы. А значит, людям нужно учиться делать жизнь в таких условиях по возможности безопасной.

Именно Япония, регулярно подвергающаяся сильным землетрясениям и одновременно построившая одну из крупнейших и самых эффективных экономик мира, может похвастаться наибольшими достижениями в строительстве сейсмически устойчивых зданий и инфраструктуры. Последним толчком (в прямом и переносном смысле), побудившим японцев к дальнейшим изысканиям в области безопасности, стало Великое Восточно-Японское землетрясение 11 марта 2011 года (магнитуда от 9,0 до 9,1). Именно оно и вызванное им цунами привели к аварии на атомной электростанции Фукусима-1.

Токио, расположенный примерно в 300 км от эпицентра Великого землетрясения, тоже чувствовал его толчки. Небоскребы в городе заметно раскачивались, тряска продолжалась около 10 минут и вызвала тревожные ощущения и у тысяч работавших в них офисных служащих. Но не более того. Современные японские здания строятся по стандартам, принятым после землетрясения в Кобе в 1995 году (магнитуда 6,9). В соответствии с ними высотные здание умышленно делают «гибкими», чтобы при толчках поглощать сейсмическую энергию, а не сопротивляться ей.

В частности, в основании зданий нередко применяются гасящие колебания материалы и элементы: пружины, свинцово-резиновые опоры. Последние представляют собой цилиндры диаметром свыше полутора метров из резины повышенной гибкости со свинцовым сердечником. Нижняя часть такой опоры во время землетрясения перемещается вместе с почвой, верхняя же остается на месте, позволяя зданию более-менее сохранить ориентацию в пространстве. Как это работает, можно увидеть на видео ниже - в нем демонстрируются похожие опоры, которые помогли японской больнице в городе Исиномаки пережить то самое землетрясение 2011-го (хотя большинство других зданий в городе были разрушены).

Огромные здания, построенные по новым японским нормам, устояли в ходе землетрясения 2011 года. Но японские конструкторы работают дальше, стремясь оградить людей не только от риска, но и от страха и паники. Кроме того, многие люди в раскачивающихся небоскребах в 2011 году получили травмы от падавших предметов, да и риск возникновения морской болезни при продолжительном пребывании в таких помещениях не сбрасывается со счетов. Чтобы избежать и этого, в стране с 2007 года работает система экстренного оповещения о землетрясении - как только датчики фиксируют толчки на глубине, автоматика рассылает всем жителям подверженного опасности региона по радио, телевидению и на мобильные устройства предупреждения. Благодаря этому люди могут найти безопасное место до того, как колебания достигнут поверхности земли.

Научившись строить устойчивые к землетрясениям небоскребы, которые не рассыпаются от ощутимых толчков, сейчас японцы возводят высотки, комфортные для пребывания в них во время землетрясений. Для этого на крышах высотных сейсмоустойчивых зданий сооружаются огромные демпферы (гасящие колебания устройства) массой более 1000 тонн. Эти гигантские маятники во время землетрясения поглощают вибрацию, благодаря чему высотные здания раскачиваются заметно меньше.

Сильные землетрясения в случаях, когда они происходят в густонаселенных регионах, еще долго будут приводить к страшным катастрофам. Технологий, позволяющих защититься от них с вероятностью в 100%, нет и не появится еще долго. Тем не менее существующие знания и строительные нормы способны минимизировать человеческие жертвы и материальные издержки. Правда, для этого нужно, чтобы введенные правила соблюдались.