Как города защищаются от землетрясений?

Рано утром 6 февраля в провинции Кахраманмараш на юго-востоке Турции случилось землетрясение магнитудой 7,7. Затем последовали три десятка афтершоковПовторные толчки с меньшей магнитудой., а в середине дня — еще одно землетрясение в соседнем Газиантепе. На данный момент известно о 36 тысячах погибших, из них около 4500 на территории Сирии.

Пока продолжается разбор завалов и поиск пострадавших, в СМИ обсуждают проблемы с мерами безопасности. Некоторые из разрушенных домов были совсем новыми и якобы защищенными от землетрясений даже такой силы. После разрушительного подземного толчка в 1999 году в Измите (тогда погибли 17 тысяч человек) в Турции ужесточили стандарты безопасности. Строители должны использовать высококачественный бетон, армированный стальными стержнями. Колонны и балки должны быть распределены так, чтобы эффективно поглощать сотрясения от подземных толчков. Однако эти правила не соблюдаются: по данным турецкого Министерства окружающей среды и урбанизации, половина зданий в стране (около 13 млн) построены с нарушением мер безопасности. Вероятно, это связано с распространенной практикой строительных амнистий: правительство раз в несколько лет освобождает застройщиков от уплаты штрафов.

Проблема заключается еще и в том, что на данный момент все еще не существует способа гарантированно предсказать землетрясение. Во второй половине XX века риск возможных толчков оценивался по уровню грунтовых вод и содержанию радона в горных породах: исследователи считали, что эти параметры должны резко меняться за несколько недель до сдвига плит. Этот подход работает далеко не всегда. Благодаря нему в середине 1970-х успешно предсказали землетрясение в китайской провинции Ляонин — жителей эвакуировали за день до толчка и большого количества жертв удалось избежать. Однако это чуть ли не единственный подобный пример. Позже появилась система регистрации форшоков — первых слабых толчков, за которыми обычно следуют более серьезные колебания. Современные сейсмографы позволяют регистрировать данные на обширной площади, но этот способ все еще не является достаточно точным.

Землетрясение магнитудой в 9 баллов произошло в ночь с 5 на 6 октября 1948 года. Очаг был расположен прямо под городом, поэтому последствия оказались разрушительными: не устояло около 80% домов, под обломками погиб каждый третий житель Ашхабада. Положение усугубило то, что толчки начались глубокой ночью, и люди не смогли вовремя эвакуироваться.

И все же среди причин глобальных потерь и разрушений оказались не только природные факторы. Во-первых, город застраивался в конце XIX века, когда вероятность землетрясений не принималась во внимание. Ближе к 1940-м годам там уже начали возводить сейсмоустойчивые здания, но и эти постройки были рассчитаны на магнитуду на два-три балла ниже, чем та, которая ударила по Ашхабаду. Во-вторых, после Второй мировой войны в городе оставалось много аварийных зданий, бюджета на ремонт которых не было.

Новые дома строились из дешевых материалов: большую часть жилого фонда составляли одноэтажные саманныеИз сырой глины, соломы и растительных волокон. кирпичные дома с глиняной крышей. Кровли в то время в Ашхабаде не было, поэтому жители периодически чинили крышу, смазывая ее новыми слоями глины. В момент землетрясения этот толстый глиняный массив обрушился на спящих людей и не оставил шансов на выживание: даже те, кто уцелел во время обвала, задохнулись от пыли и нехватки воздуха.

Правительство довольно быстро отреагировало на катастрофу. Несмотря на полное разрушение аэропорта и выход из строя всех средств связи, уже через четыре часа после землетрясения самолеты с пострадавшими отправили в близлежащие города — Ташкент и Баку. На второй день восстановили железнодорожное сообщение, в город привезли больше тысячи медиков и спасателей. Предусмотрели возможную эпидемию: из‑за жары тела погибших быстро разлагались, поэтому военные регулярно обеззараживали местность и технику. В течение шести дней в город доставили стандартные готовые дома из фанеры и материалы для строительства прочных зданий. Такая оперативность объясняется тем, что в 1948 году многие отрасли в СССР продолжали работать в режиме военного времени. Специалисты называли спасение Ашхабада уникальным примером крупномасштабных спасательных работ, которые по своей эффективности и организованности практически не имели аналогов в мировой практике.

Опыт ашхабадской катастрофы стал стимулом к началу глобальных исследований сейсмической обстановки в разных регионах СССР. Именно после этого случая в стране всерьез задумались о безопасности городов и начали разработку новых стандартов сейсмоустойчивости. Через год после землетрясения в районе Ашхабада были установлены первые сейсмические станции, к 1970-м годам в Туркменистане их насчитывалось уже более двадцати. В 1960-х здесь также появился полигон для изучения движений земной коры.

Здания в отстроенном заново Ашхабаде в основном были цилиндрической формы и не выше четырех этажей — такие лучше выдерживают колебания земли. Более сложные и протяженные постройки разделяли на простые секции антисейсмическими швами, чтобы стены не разошлись от встряски. При этом комнаты внутри могли быть совсем небольшими, ведь многочисленные перегородки помогают погасить энергию колебаний.

Реже в строительстве использовали каркасные здания. Массивные несущие элементы из армированного бетона можно было изготовить на заводе, привезти на место возведения и уже там собрать из них монолитный скелет будущего дома, который бы стоял на внушительных колоннах. Похожие колонны даже сейчас заметны в мраморных зданиях нового Ашхабада, построенных после развала Советского Союза.

В Японии происходило много крупных катаклизмов, но один из самых разрушительных случился в регионе Канто, в который входит в том числе столица. В 1923 году произошло сильнейшее землетрясение, прибрежные поселения уничтожило цунами, а в крупных городах начался пожар, подпитываемый порывистым ветром. Токио лишился всех каменных зданий и половины мостов, устоял лишь отель «Империал», который был первым сейсмоустойчивым зданием в Японии.

От обрушения отель спасли сейсмические разделительные швы: это особый вид напольных перекрытий, который не дает образовываться щелям в полу, когда постройка начинает колебаться из‑за толчков. По сути, эти швы делят здание на множество отсеков, устойчивых по отдельности, а по линиям перекрытий располагают двойные несущие стены, которые удерживают всю конструкцию. Еще одной особенностью «Империала» были стены конической формы — более толстые на нижних этажах и тонкие на верхних. В сочетании с медной крышей (которая, в отличие от традиционных для Японии черепичных, исключает вероятность падения обломков) получилась устойчивая конструкция, способная выдержать землетрясение. Опыт «Империала» стал отправной точкой для переосмысления безопасности построек: оттолкнувшись от этого примера, японцы начали совершенствовать инфраструктуру с учетом возможных катаклизмов.

Все, что сложно восстановить, здесь стараются держать на виду: например, в отличие от большинства европейских стран, здесь провода инфраструктуры располагают над землей, чтобы не перекапывать город после каждого землетрясения.

С точки зрения технологичности интересны современные сейсмоустойчивые дома: между фундаментом здания и грунтом размещают дополнительную прослойку, которая гасит колебания почвы. Этот эффект достигается благодаря свинцово-резиновым, пружинным или скользящим опорам (то есть всему, что может двигаться). Нижняя часть опоры во время землетрясения перемещается вместе с почвой, верхняя же остается на месте — здание в этот момент покачивается, но не падает. Благодаря такой конструкции выдерживать землетрясения могут даже небоскребы — например, знаменитая телебашня Tokyo Skytree высотой 634 метра. Похожие технологии строительства используют и в Калифорнии.

Сам «Империал» тоже со временем усовершенствовали: во время перестройки отеля под зданием создали специальную рельсовую платформу, по которой оно движется во время землетрясения. Энергия от толчков теперь не уходит в само здание (когда стены движутся относительно друг друга), а остается в месте соприкосновения рельсов и платформы. Это контринтуитивное решение: вместо того чтобы делать здания более крепкими, японцы построили мобильные дома, которые качаются в такт земле и благодаря этому не разрушаются.

Еще одна важная японская разработка — сейсмогасители, работающие по принципу маятника. Так, на верхних этажах башни «Тайбэй 101» прямо внутри здания подвесили шар весом 660 тонн и закрепили его стальными канатами и гидравлическими амортизаторами. При сильных толчках шар перемещается в противоположном направлении и компенсирует сейсмические нагрузки. А в 2020 году здесь запустили первый в мире сейсмоустойчивый поезд, который в случае отключения электричества продолжает движение и обеспечивает эвакуацию жителей.

В 1988 году произошло землетрясение, которое охватило 40% территории Армении. За полминуты оно разрушило город Спитак до основания. Эпицентр находился на глубине всего 10 км, поэтому толчки магнитудой в 6,9 оказались летальными для 25 тысяч человек, а около полумиллиона оказались без крова.

Из‑за гористой местности и тяжелых погодных условий эвакуация осложнилась: пострадавших свозили в палатки с подогревом, а раненых людей доставляли на городской стадион, потому что все больницы в округе были разрушены. Масштабы разрушения и сильные морозы оставили очень мало шансов на выживание тем, кто оставался под завалами. На помощь пострадавшим отправили врачей из Москвы и военных, но они не знали, как работать в подобных условиях. Очевидцы вспоминают: «Мы героически рванули туда, чтобы помочь, но мы же мешали остальным! Мы устраивали пробки на дорогах и раненые умирали в машинах! Мы даже не знали, что такое синдром сдавливания: не знали, что нельзя сразу доставать человека из завалов, если у него раздавлена конечность, надо наложить жгут, иначе он погибнет. Мы не знали таких простых вещей!»

События не только показали уязвимость системы сейсмической безопасности, на которой явно экономили, но и неготовность спасательных служб к последствиям катастрофы. Ведущий ученый-сейсмолог Н.Шебалин признавался: «Рухнуло все, что прогнило: неоправданно оптимистическая схема сейсмического районирования Армении и намеренно удешевленные конструкции многоэтажных зданий, зарегулированная система гражданской обороны и беспомощная система местной администрации». После спитакского землетрясения власти задумались о создании специального ведомства по ликвидации катастроф: стране нужны были обученные спасатели и отработанная схема действий на случай подобных ситуаций. Так в 1989 году появилась Государственная комиссия по чрезвычайным ситуациям, из которой позже образовалось МЧС Армении.

В восстановлении Армении большую роль сыграла поддержка других государств: на момент землетрясения ​​Михаил Горбачев находился с визитом в США и призвал мировое сообщество помочь Армянской ССР. Гуманитарную помощь республике оказали 111 стран: они отправили врачей и спасателей с медикаментами, донорской кровью и продовольствием. А внутри СССР развернули масштабную программу восстановительных работ (которая, правда, остановилась сразу после распада Советского Союза). На время реконструкции Спитака людей перевозили в Москву, их размещали в пустующих квартирах, общежитиях, а некоторые москвичи даже подселяли пострадавших к себе.

И все же жизнь в Спитаке затихла: здесь восстановили жилой фонд, но не успели отстроить заводы, которые обеспечивали рабочие места. Многие жители, уехавшие в другие города сразу после катастрофы, так и не вернулась. Если до землетрясения здесь жили 20 тысяч человек, то сейчас — 12 тысяч, большинство из которых пенсионеры.

Утром 26 декабря 2004 года на северо-западе от острова Суматра в Индийском океане произошло подводное землетрясение магнитудой 9,3 балла по шкале Рихтера. Ученые подсчитали, что высвободившаяся энергия по своей силе была сопоставима с энергией всего мирового запаса ядерного оружия.

Землетрясение спровоцировало мощнейшее цунами — волны достигали 15 метров и дошли даже до ЮАР, находящейся в 6900 км от эпицентра. Погибло по разным оценкам от 225 до 300 тысяч человек, точное число погибших так и не удалось установить: многих просто унесло в океан. Масштабы катастрофы усугубились тем, что на рождественские каникулы в Суматру приехало много иностранцев, отели были переполнены.

На тот момент в Индонезии не было ни системы оповещения в прибрежных районах, ни шанса предугадать случившееся. Природная катастрофа в Индийском океане стала стимулом к развитию системы предупреждения о цунами. В 2013 году Межправительственная океанографическая группа запустила сеть буев, которые фиксируют скорость волны и колебания уровня воды и передают предупреждающий сигнал на сушу.

После событий 2004 года в Индонезии появилась программа доступного жилья «Миллион домов», которая позволила заново отстроить часть пострадавших городов. Сейчас при поддержке Японии и Всемирного банка ее планируют дополнить и построить устойчивые к цунами дома на прибрежных территориях. Технические характеристики продумали с учетом небольшого бюджета (хотя программу финансируют извне, у Индонезии все равно недостаточно средств, чтобы возвести высокотехнологичные здания, как в Японии): несущие колонны стен укрепят арматурными стержнями, которые предотвратят разлом и обрушение, а кольцевые балки сверху и снизу домов будут удерживать общий баланс каркаса. В другой вариации устойчивых домов планируют сделать высокую конструкцию с минимальным весом и опорой на колонны, чтобы поток воды мог выбить стену первого этажа, не обвалив дом.

Но для небольших деревень — а их в Индонезии около 43% от всех поселений — проблема жилья по-прежнему остается острой. После цунами жители разрушенных прибрежных поселков остались в красной зоне во временных укрытиях, которые предоставило государство. Уехать от моря они не могут, поскольку для них важно продолжать рыболовный промысел. В качестве альтернативного варианта было решено перенести домохозяйства за пределы красной зоны, но остаться в доступности к воде. А чтобы снизить силу удара волны по строениям, вдоль берега высадили природный волнорез из мангровых зарослей.