Под давлением. Опыт и перспективы измерений цунами северо-западной Пацифики

Под давлением

Опыт и перспективы измерений цунами северо-западной Пацифики

Г. А. Кантаков

© Г. А. Кантаков, 2025

ISBN 978-5-0065-7774-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Реферат

Стр. 218 Рис. 27 Табл. 5 Илл. 13 Библ. 174

Ключевые слова: северо-западная часть Тихого океана, история разработки систем предупреждения цунами, измерители DART, ETD, G4, развертывание, эксплуатация, перспективы продолжения работ по раннему предупреждению цунами северо-западной Пацифики и морях России.

Сохранение опыта разработки и эксплуатации систем для спасения людей от природных катастроф послужило мотивом написания предлагаемой книги. Рассмотрено развитие мониторинга цунами на примере создания кабельных и автономных станций. Часть из них устанавливается в абиссали Тихого океана. Станции способны фиксировать колебания земной коры и уровня океана при землетрясениях, распознавать и измерять волны цунами. Набегая и захлестывая прибрежную территорию, цунами представляют собой неминуемую и неостановимую угрозу жизни людей, жилью, судам у берега, портам и береговым сооружениям. К таким станциям относятся DART, измерители волн в системе предупреждения цунами. Системы предупреждения цунами в большинстве случаев позволяют определить параметры длинных волн в открытом океане до их обрушения на берега, смоделировать время и величину заплесков, снижая риски человеческих потерь и разрушений.

Применение DART показало эффективность и надежность систем раннего предупреждения цунами в разных странах, включая РФ. Книга содержит историю инструментальных наблюдений цунами до эпохи DART в развитии измерений цунами северо-западной части Тихого океана. Описана результативная часть российских работ по предупреждению цунами в период 2010—2017 гг. Рассказано о создании автономных платформ для измерения и передачи данных о цунами, приведших к DART, ETD и G4. Раскрыты технические описания DART и ETD, перспективы развертывания и дальнейшей поддержки океанских станций, включая организацию работ, сложную судьбу исследований и мониторинга цунами Дальневосточных морей РФ и северо-западной части Тихого океана.

Книга развенчивает иллюзии о возможности создания похожих систем в СССР и достаточности устаревшего магнитудно-географического подхода в предупреждении цунами сейчас. Доказывает жизненную необходимость продолжения наблюдений уровня открытого океана станциями на основе гидрофизического метода. Успех DART не являлся случайностью, представляя собой многослойное проявление преемственности пяти поколений океанологов в открытом, свободном обществе. Производство систем предупреждения цунами перспективно для самостоятельных разработок и развития программных продуктов, как показывает эволюция цунамиметров и опыт их применения. Продолжение работ по цунами остается в РФ вызовом. Людям, принявшим его, и посвящается предлагаемая книга.

Светлой памяти ушедших океанологов, светящих нам до сих пор:

Geylord Miller,

Robert Harvey,

Walter Munk,

Сергея Соловьева,

Александра Поплавского,

Олега Сапрыкина,

Евгения Морозова,

Александра Воронина,

Алексея Щербинина,

Евгения Куликова

Благодарности – моим неутомимым коллегам и соратникам, сочувствие – бесполезно яростным, обычно скрытым оппонентам; глубокая признательность – участникам затрагиваемых событий, работ и экспедиций. Обозначенные здесь, так или иначе, способствовали написанию книги (должности указаны в период работы с DART с 2010 по 2014 гг.):

Александр Ломакин, начальник 1-ой экспедиции DART РФ,

океанские миссии 2010, 2012;

Александр Рабинович, исследователь цунами ИО РАН РФ,

IOS Canada;

Александр Сальман, генеральный директор ЭС-ПАС;

Александр Фролов, руководитель Росгидромета;

Василий Соколов, зам. руководителя ФАР;

Василий Титов, отдел цунами PMEL NOAA;

Вячеслав Лобанов, директор ТОИ ДВО РАН;

Вячеслав Шершаков, генеральный директор НПО Тайфун;

Георгий Шевченко, зав. лабораторией цунами ИМГиГ

ДВО РАН;

David Graham, главный инженер комплектования DART, SAIC;

Derek Norberg, РАТОП;

Jack MacGregor, океанские миссии 2010, 2012 SAIC;

James Wrightsman, океанские миссии 2012, 2014, SAIC;

Евгений Орешков, ген. директор Трансфрахт;

Eddie Bernard, один из создателей DART, PMEL NOAA;

Игорь Титов, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Chris Zirkle, океанская миссия 2010, SAIC;

Лев Рыжков, океанская миссия 2014, Росгидромет;

Mike Gibbs, океанская миссия 2012, SAIC;

Михаил Каптюг, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Олег Кусайло, океанская миссия 2010, СахНИРО;

Олег Соколов, зам. директора по науке ДВНИГМИ;

Петр Дущенко, руководитель отдела СахУГМС;

Robert Lawson, руководитель работ по цунами,

вице-президент SAIC;

Сергей Николаенко, океанская миссия 2014, ДВНИГМИ;

Татьяна Ивельская, руководитель Центра цунами Сахалин;

Shawn Stoeсkley, океанская миссия 2014, SAIC;

Юрий Волков, директор ДВНИГМИ;

Юрий Никонов, IT СахУГМС.

Признательности энтузиазму и героической работе капитанов и экипажей: НИСП «Валериан Урываев» (СахУГМС, Комитет по гидрометеорологии СССР) 1975, 1978 гг., ПС «Дозорный» (ФГБУ Сахалинрыбвод, Росрыболовство), 2010 г.; НИС «Академик Шокальский» (ФГБУ ДВНИГМИ, Росгидромет) 2012, 2014 гг.

Моей Alma Mater – ЛГМИ (РГГМУ, Санкт-Петербург). Всем без исключения одногруппникам О-30 и О-31 (1981—1986 гг.) океанологического факультета (океанфака), добровольно выбравшим море и искавшим в нем свое призвание. Коллизия моего выпуска состояла в жестком советском армейском призыве вместо работы в океане, кроме нескольких счастливчиков, включая меня. Дальнейшие судьбы каждого – индивидуальные истории выживания и смены профессии, в целом успешные.

НИСП «Валериан Урываев»

Фото из архива Евгения Куликова©

ПС «Дозорный»

Источник: marinetraffic©

НИС «Академик Шокальский»

Источник: marinetraffic, Jeff Jackson©

Преподавателям ЛГМИ. Их большая часть поощряла наши дальние океанские практики за пределами СССР, в свободном мире. Тема моего диплома Исследование волны в очаге цунами (1986) *, окажется профессионально востребованной повседневной практикой спустя ~25+ лет после выпуска. В 2010 г. моя компания стала первым в РФ оператором DART океанской системы раннего предупреждения цунами. Что можно отнести к профессиональным совпадениям и, наверное, провидению.

Аплодисменты последователям команд лидеров Geylord Miller и Сергея Соловьева в теме длинных волн океана, участвовавших в подготовке, работе, дискуссиях, статьях с материалами DART в северо-западной части Тихого океана – всем, кого знаю лично в проекте по цунами из ДВНИГМИ, ИО РАН им. П. П. Ширшова, ИМГиГ ДВО РАН, ТОИ ДВО РАН им В. И. Ильичева, PMEL, SAIC. Работа по тематике цунами продолжается и дальше.

Моей семье: Татьяне, Юле и Роме. Они в курсе отрывочных и часто неполных рассказов о проекте цунами в череде моих поездок, экспедиций, переговоров, нервотрепок, разочарований, бесполезно-кафкианских переписок и таких же общений с чиновниками разного калибра. И наоборот, моя семья – свидетель особого вдохновения после успешных постановок и развертывания систем предупреждения цунами. Прочтение книги родными приведет к лучшему пониманию, где и зачем я пропадал в открытом океане и не только.

Станции DART РФ устанавливались нами в северо-западной Пацифике в 2010—2014 гг. для сохранения тысяч и тысяч жизней. Затраты бюджета измерялись десятками миллионов рублей. Стоимость госконтрактов привлекала также и разного рода мошенников, стремившихся угнать контракты ради авансовых выплат. Тем не менее DARTы приобретались строго по законодательству и развертывались нами в океане. DART #21401 РФ сыграл свою выдающуюся роль при землетрясении Тохоку и последующих афтершоках, измерив и передав параметры цунами до прихода их на берег. Как и в других 21 эпизодах автоматического выявления цунами за годы экспозиции российских станций в океане. Конечно, не все события обнаружения цунами открытого океана приводили к тревогам, что и доказывает эффективность технологии. Просто закупка DART и его установка в океане не позволит рассчитывать заплески волн, опережая пока не наступившие события без специализированного ПО. Возможно, это основной урок работы с DART в 2010—2017 годах, к которому вернемся в книге далее.

Затрону вопрос сохранения жизней и затрат. Система предупреждения DART проактивна и точна в прогнозах цунами. В идеале каждая жизнь, спасенная от цунами, оправдывает усилия и финансы. Позвольте считать такой подход верным и безусловным постулатом системы раннего предупреждения. В период 2010—2017 гг. DART показал себя очевидно лучше магнитудно-географического метода (далее) определения цунами. Каждый случай автоматического распознавания волн цунами доказывает верность и, если хотите, великолепную красоту гидрофизической теории академика Сергея Леонидовича Соловьева и его последователей при каждом верном предупреждении населения о наводнениях с моря.

Как увидим далее, приоритетом и конечной целью создания новых систем раннего предупреждения цунами является их идентификация в океане, расчет прихода волн и площади заплесков. Чтобы рассказать обо всем полно, включая историю создания технологии раннего предупреждения цунами, потребовалась целая книга.

Наконец она перед вами, уважаемый Читатель.

I’ve seen things you people wouldn’t believe…

All those moments will be lost in time,

like tears… in… rain…

Blade Runner© by Ridley Scott

Roy Batty monologue fragment,

modified by Rutger Hauer, 1982

* моему научному руководителю диплома Николаю Плинку и, отдельно, Ефиму Пелиновскому, после лекции которого февральским вечером 1986 года в РГО Ленинграда, шагая по переулку Гривцова, решил – все, моя специализация в океанологии – цунами и, конечно, Тихий океан. Этот момент осознания важности моей профессии для жизни других людей останется со мной навсегда.

Геннадий Кантаков (GK), автор, инженер-океанолог, к.г.н, MBA HR, учредитель НПО «ДЭКО» – первого оператора DART РФ, Москва, 2025 год.

Введение

Книга завершает этап усилий моей компании по защите населения от природных катастроф на Дальнем Востоке, в особенности на Сахалине, Курилах и Камчатке. До и после 2010-х гг. мы интенсивно трудились в проектах по предвестникам землетрясений (Роскосмос, Администрация Сахалинской области) и по цунами (МЧС-Росгидромет-РАН). Здесь речь пойдет о явлении цунами и людях, создавших DART® (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). DART – измеритель и океанская часть глобальной системы раннего предупреждения цунами. Цунами – волны, соизмеримые по длине с приливными. Они малозаметны в глубоком океане, резко увеличивают свою высоту при подходе к мелководью. Знания о внезапном появлении волн цунами способствуют выживанию на побережьях Дальнего Востока России и стран Тихоокеанского вулканического «огненного пояса» и зон субдукций Alaska, Cascadia, Japan-Kuril-Kamchatka, Marianas, Tonga, Peru-Chilean. Как будет показано дальше, цунами затрагивает не только тихоокеанское побережье, но и практически все окраинные моря как России, так и других стран.

Повествование основано на устремлениях, результатах исследований и деятельности людей, которых автор посчитал значимыми в создании технологии DART – критически важной части современной системы предупреждения цунами. Научная составляющая и технические данные важны и также приводятся здесь, но они для книги вторичны. Мне любопытны и профессионально интересны лидеры, особенно в морских технологиях. Прогресс двигается носителями знаний и создателями нового оборудования. Оно позволяет измерять и приблизиться к пониманию явлений, доступных ранее в лучшем случае теоретически. Созданные измерители, как правило, только один из первых шагов в изучении геофизических и обычно комплексных явлений. Которые можно моделировать, чтобы знать, что будет дальше и как они могут повлиять на судьбы людей. В создании DART разрабатываемые теория, техника и в итоге системы предупреждений стали следствиями совпадений устремлений ученых, инженеров, политиков, экипажей исследовательских судов и только лишь в последнюю очередь – удачного стечения обстоятельств.

История создания измерителей длинных волн начинается с периода разрозненных и импульсивных усилий в инструментарии цунами открытого океана 1960—70-х гг. разными командами. Тем не менее ниже показано, что за DART стоят не только удача, но и преемственность пяти (!) поколений океанологов в открытом, свободном обществе, упорный и осознанный труд в исследованиях на основе теорий длинных волн и мелкой воды в комплексных по научным задачам, технически насыщенных и сложных по подбору персонала проектах. Возникновение DART показывается как развитие систем геофизических измерений, включая, конечно, применение и для цунами. Надеюсь, выбранный формат подачи специализированного материала упростит его восприятие для читателя и не скроет за теоретическими и техническими подробностями главное в содержании книги.

Несколько фактов по основной локации – месту, где мы работали по проблеме цунами. Речь пойдет о сейсмо- и цунамиопасных Сахалине, десятом по крупности острове северо-западной Пацифики, Курилах и юго-восточной Камчатке, расположенных в субарктическом сегменте Тихого океана. Удивительном социуме бесконечного потока переселенцев и их потомков (начиная с дореволюционной эпохи Чехова!) с несомненным влиянием Китая, Южной Кореи, Северной Кореи, США, Канады и близлежащей Японии (1). Остров являлся закрытой пограничной советской территорией прошлого столетия, до того – просто местом каторги, политического торга и столкновений интересов рыбной, лесо-, угольной и нефтегазодобывающих отраслей. В 1970-х, в застойное время СССР, на Сахалине неожиданно дается старт международному сотрудничеству по морской разведке шельфовых нефтегазовых месторождений. Менее известным фактом является запуск исследований цунами между СССР и США. На шельфе острова начинается разведочное бурение иностранными компаниями с позитивными результатами через десять лет и ратификацией соглашения о разделе продукции в 1994 г. (2). Здесь же начался и первый совместный анализ материалов экспедиций СССР – США в северной части Тихого океана командами Geylord Miller и Cергея Соловьева по исследованиям грозного явления. Который не привел к немедленным и видимым достижениям по предупреждению цунами. Но именно часть команды Geylord Miller, отделившись в NOAA, Seattle, и создаст DART спустя ~ 20 лет.

Отчасти представляемая книга возникла из вопроса: являлось ли взаимодействие команд Miller – Соловьева (о нем и них дальше) в Тихом океане в 1970-е годы началом создания DART. Cобрав материалы для книги, ответ можно обозначить сразу: напрямую, конечно, нет. Кроме того, командам обеих экспедиций 1975 и 1978 гг. тогда не посчастливилось измерить цунами в океане автономными приборами. Но так или иначе общая работа инженеров и ученых, возникшие персональные коммуникации и результаты способствовали созданию системы раннего предупреждения цунами реального времени в 1990-х.

Так что же явилось первым прообразом того, что станет DART? И кто и когда продумал системы технически и воплотил в электронике, чертежах и материально?

Будущий измеритель цунами, скорее всего, начинался с разработок Frank Snodgrass, Martin Vitouсek и др. (Pararas-Carayannis, персональное сообщение). Так Frank Snodgrass выполнил постановки нескольких измерителей уровня глубокой воды в поисках амфидромии северной части Тихого океана (ссылка в пояснениях к рис. 1) как решение задач приливов открытой воды, поставленных Walter Munk. Martin Vitousek создал и устанавливал донную станцию измерения уровня открытого океана для исследований длинных волн севернее Гавайев в конце 1960-х для команды Geylord Miller. Исследования уровня открытого океана, конечно, проводили не только Скриппс или Гавайский институт геофизики в США, такая работа шла и по другую сторону Тихого океана (3). Развиваясь технически и программно, именно начальные технические разработки Frank Snodgrass и Martin Vitousek постепенно воплотятся в прототип DART через три десятилетия. Успех принадлежит преемникам, продолжившими тему Walter Munk и Geylord Miller, группе Eddie Bernard.

До того, как прототип воплотился в электронике и металле, цельно и впервые технология, в точности по основным функциональным моментам соответствующая DART, гениально и буднично набросана в документах SCOR. Концептуальным автором является Walter Munk, который лично описал станцию в 1971—1972 гг. за тридцать с лишним лет (!) до ее создания, испытаний и запуска в полноценную эксплуатацию. Несколько простых и ясных формулировок предложений Walter Munk, без схем и чертежей, дают адекватное восприятие, что это должно быть, для чего и как работать. Виртуальное описание Walter Munk станции настолько наглядно, что напоминает эскизы летательной машины Леонардо Да Винчи, немыслимой в свое время. Наверное, также воспринимались прототипы автономных океанских капсул-измерителей в конце 1960-х, разработанных Frank Snodgrass (рис. 1). Они измеряли параметры океана многие месяцы и годы (4) и, скорее всего, также привели к DART. Любопытно, что, сравнивая время от первого наброска великого Леонардо до самолета братьев Райт с периодом от описания измерителя цунами до работающей системы предупреждения, мы увидим, что оно сократилось в десять раз. Возможно, приведенное сравнение не корректно, но оно отражает быстроту изменений, в которых мы живем. Соответственно, дается право на жизнь самым фантастическим, но верным научной теории и практике идеям, которые через короткий период могут оказаться реальными в воплощении, принося несомненную пользу.

Рисунок 1. Набросок летательной машины (1504 г.) Leonardo Da Vinci и схематический рисунок океанской капсулы-измерителя приливов открытого океана (1968 г.). Источники: https://www.leonardodavinci.net/flyingmachine.jsp (с), (8).

Повсеместное признание только что созданной технологии предупреждения на основе DART состоялось после ужасающего по жертвам – 229 866 человеческих жизней! – цунами 2004 года в Индийском океане на Суматре (5), перейдя в другое качество – от технического совершенства к гуманитарному уровню успешности. Именно страшная катастрофа Суматры снимает вопросы затрат по стоимости и поддержке систем предупреждений цунами, поскольку они ничтожны относительно потерь, прежде всего человеческих жизней.

Сами авторы и разработчики DART определяют 1970-е и 1980-е годы как время колыбели и младенчества, 90-е – первые шаги и с 2000-х начинается уверенный бег (6) (фото 1).

За тридцать лет до триумфа DART, в начале 1970-х стартовала программа сотрудничества по охране окружающей среды между США и СССР (7). Один из ее подразделов вели Geylord Miller (последователь Walter Munk в области исследований длинных океанских волн) и Сергей Соловьев (СахКНИИ, ДВО РАН СССР). Признанные мировым сообществом теоретики длинноволновых процессов в океане взяли на себя подготовку, выполнение и анализ собранного материала двух тихоокеанских экспедиций по цунами в 1975 и 1978 гг. с борта НИСП «Валериан Урываев».

Фото 1. Слева направо: Walter Munk, Frank Snodgrass, Сергей Соловьев, Geylord Miller, Martin Vitousek, Eddie Bernard – лидеры, теоретики и практики разработки систем раннего предупреждения цунами открытого океана, приведших к DART.

Источники: интернет

К середине 1970-х Geylord Miller пополняет свою команду Eddie Bernard. Шаг оказался продуктивным и удачным для создания цельного продукта – системы предупреждения цунами открытого океана. Именно Eddie Bernard, как руководитель команды PMEL (Seattle) по направлению цунами, уже в другом ведомстве – NOAA доведет DART до прототипа, успешных испытаний и серийного выпуска на рубеже 2000-х. Но, как увидим далее, техника была только частью системы предупреждения цунами.

Фото 2. Научные руководители (PI) экспедиций CCCР – США по цунами в северной части Тихого океана 1975, 1978 гг.

Слева направо: Cергей Лаппо, Евгений Куликов, Robert Harvey

Источники: интернет

Научные руководители экспедиций на борту или PI (Principal Investigators, англ., – прим. GK): Сергей Лаппо, Евгений Куликов, Robert Harvey (фото 2) сделали много для инструментальных измерений уровня глубокого океана, еще не зная в то время, что собранный материал и опыт будут привлечены в созидание будущего DART.

Немного истории американо-советских (российских) исследований цунами открытого океана в двух фотографиях. Первое фото (фото 3) – поколение океанологов 1970-х с комплексной донной станцией уровня океана и АЦИТТ; второе (фото 4) – спустя тридцать с лишним лет следующее поколение океанологов после смены DART ETD 21402 у Северных Курил в 2014 гг.

Фото 3. Слева направо: Steve Poole, Александр Рабинович, Robert Harvey, Евгений Куликов, неизвестный, Борис Бобровский. Борт НИСП «Валериан Урываев» (1978 г.)

Фото: Дмитрий Москаленко

Фото 4. Слева направо: Николай Величко (старпом), Shawn Stoeсkley (SAIC), James Wrigtsman (SAIC), GK, Игорь Титов (ДВНИГМИ). Борт НИС «Академик Шокальский» (2014 г.)

Фото: Лев Рыжков (Росгидромет)

Для погружения в тему создания систем предупреждений цунами в открытом океане в 1970-е гг. привожу воспоминания Александра Борисовича Рабиновича, главного научного сотрудника лаборатории цунами ИО РАН, доктора ф.-м. н. Александр Борисович участвовал в экспедициях по цунами в 1975, 1978 гг., входил в команду академика Соловьева, продолжает исследования цунами и сейчас. По глубине влияния на исследования и результативности в области цунами отдел С. Л. Соловьева достиг своего пика в 1970-х и угас в 1980-х (ИМГиГ ДВО РАН, тогда СахКНИИ).

(1) После катастрофического цунами 1960 года в Чили стала очевидной необходимость интенсивного международного сотрудничества как в области науки о цунами, так и в области раннего предупреждения о цунами. Огромное количество людей погибло не только на побережье Чили, но и на Гавайских островах, на Филиппинах и в Японии; в районе Магадана (Россия) высота волны цунами составила больше четырех метров. В ответ на это событие в 1965 году была организована Международная система предупреждения о цунами в Тихом океане (ITSU), создана Международная комиссия по цунами IUGG и каждые два года стали проводиться Международные симпозиумы по цунами, собирающие ученых по цунами со всего мира. Эти симпозиумы способствовали международным контактам и даже дружбе между учеными из разных стран, в частности, между Сергеем Соловьевым и Гейлордом Миллером.

(2) Сергей Соловьев был настоящим лидером не только советских учёных по цунами, но и общепризнанным международным авторитетом в мире цунами: в те годы он был председателем Международной комиссии по цунами, активно участвовал в многочисленных совещаниях по цунами, был частым гостем на Гавайских островах.

(3) Повезло, что в то время и в СССР, и в США наука и оперативная служба работали в тесном сотрудничестве. Сергей Соловьев (Академия наук) всячески способствовал такому сотрудничеству с Гидрометслужбой: одним из руководителей Гидромета в то время был Вадим Попов, сильный и влиятельный человек, активно поддерживавший советско-американское сотрудничество по цунами. Аналогичным образом в США Гавайский университет (JTRE – Joint Tsunami Research Effort, позднее JIMAR) работал с Тихоокеанским центром предупреждения цунами (NOAA). Это позволило обеим странам одновременно работать над научными и прикладными проблемами цунами.