Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет
Шрифт:
Одной из самых активно изучаемых сейсмических зон в мире является Паркфилд, штат Калифорния, располагающийся вдоль разлома Сан-Андреас (в районе, ограниченном Фресно и Бейкерсфилдом). В течение довольно длительного времени с интервалами примерно в 22 года, то есть в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 гг., в Паркфилде возникали землетрясения. В одном из научных исследований, профинансированном USGS {341} , был описан тренд и дан прогноз, что с вероятностью в 95 % в период между 1983 и 1993 гг. (а скорее всего, в 1988 г.) в этом районе произойдет очередное землетрясение. Однако в реальности более-менее заметное землетрясение произошло в Паркфилде лишь в 2004 г., что явно не соответствовало предсказанию.
341
W. H. Bakun and A. G. Lindh, «The Parkfield, California, Earthquake Prediction Experiment», Science 229, no. 4714 (August 16, 1985). http://earthquake.usgs.gov/research/parkfield/bakunLindh85.html.
Помимо того что предсказание землетрясений в Паркфилде было ошибочным, оно усилило популярное
Однако система разломов довольно сложна – регионы, подобные Калифорнии, имеют множество разломов, и каждый из них обладает собственными особенностями и спецификой. В результате землетрясения может произойти частичное снижение напряжения на одном участке разлома, но оно может передаться соседним или даже отдаленным уголкам того же разлома {342} . Более того, напряжение на разломе сложно зафиксировать напрямую до тех пор, пока не произойдет землетрясение.
То есть если в Сан-Франциско в соответствии с прогнозом значительное землетрясение происходит каждые 35 лет, из этого вовсе не следует, что такие события распределяются равномерно (например, в 1900, 1935, 1970 гг.). Правильнее предположить, что вероятность ежегодных землетрясений составляет 1 из 35, и что это соотношение не будет особенно сильно меняться со временем вне зависимости от того, сколько времени прошло с предыдущего.
342
Hough, «Predicting the Unpredictable», Kindle locations 488–491.
Пустыня Мохаве, штат Калифорния
Казалось, что после фиаско Брэди и Паркфилда интерес к попыткам предсказывать землетрясения утихнет. Однако он вернулся в 2000-х гг. с удвоенной силой, и произошло это благодаря появлению методов прогнозирования, основанных на статистике.
Один из таких методов активно выдвигался Владимиром Кейлисом-Бороком, родившимся в России, математиком и геофизиком, который, несмотря на то, что ему уже далеко за 80, до сих пор преподает в Калифорнийском университете. Кейлис-Борок многое сделал для развития теории формирования землетрясений. Впервые его взгляды стали известны широкой публике после того, как в 1986 г., во время встречи на высшем уровне в Рейкьявике с Михаилом Горбачевым, президенту Рейгану передали лист бумаги с предсказанием сильного землетрясения, которое должно будет произойти в течение ближайших пяти лет в Соединенных Штатах. Позднее многие согласились с тем, что речь шла о землетрясении в Лома-Приета, обрушившемся на Сан-Франциско в 1989 г. {343} .
343
Интервью с Джоном Рандлом.
В 2004 г. Кейлис-Борок со своей командой заявил о том, что им удалось достичь «значительного прогресса» в предсказании землетрясений {344} . Выявляя закономерности при изучении слабых землетрясений в заданном регионе, исследователи могли, по их собственным словам, предсказывать более значительные. Для этого Кейлис-Борок использовал достаточно сложные и туманные методы {345} . Каждое из землетрясений, имевших место в прошлом, описывалось серией из восьми уравнений, применявшихся для различных комбинаций времени и пространства. Однако, по словам команды, этот метод позволил достаточно точно предсказать землетрясения 2003 г. в Сан-Симеоне, штат Калифорния, и на острове Хоккайдо в Японии.
344
«UCLA Geophysicist Warns 6.4 Quake to Hit LA by Sept. 5», Agence France-Presse via SpaceDaily.com, April 15, 2004. http://www.spacedaily.com/news/tectonics-04d.html.
345
P. Shebalin, V. Keilis-Borok, A. Gabrielov, I. Zaliapin, and D. Turcotte, «Short-term Earthquake Prediction by Reverse Analysis of Lithosphere Dynamics», Tectonophysics 413 (December 13, 2005). http://www.math.purdue.edu/~agabriel/RTP_Tect.pdf.
Остается не до конца понятным, действительно ли исследователи выступили с публичными и заблаговременными заявлениями о землетрясениях в Сан-Симеоне и на Хоккайдо {346} ; поиск по текстам газетных статей за 2003 г. через систему Lexis-Nexis не привел к каким-либо результатам {347} . При оценке успеха того или иного метода прогнозирования крайне важно разделять сами предсказания и последующие рассказы о них; предсказание прошлого представляет собой явный оксюморон, и очевидно, что его не стоит относить к примерам успеха {348} .
346
J. Douglas Zechar and Jiancang Zhuang, «Risk and Return: Evaluating Reverse Tracing of Precursors Earthquake Predictions», Geophysical Journal International (May 17, 2010). http://bemlar.ism.ac.jp/zhuang/pubs/zechar10.pdf.
347
Аналогичным образом, поиск по Google News не позволяет найти следов прогноза Кейлиса-Борока, сделанного в 2003 г.
348
Из разговора с доктором Кейлисом-Бороком я понял, что он руководствовался добрыми намерениями,
однако многие прогнозисты ведут себя не так. Иногда, особенно при составлении экономических прогнозов, они сознательно манипулируют и меняют свой метод после того, как определенный факт свершился, и заявляют, что новая модель предсказывает события (которые они не смогли предсказать в реальности). Поэтому для подобных случаев нет никаких более эффективных доказательств, чем ясное и публичное заявление о прогнозе, сделанное до наступления события.Однако к январю 2004 г. Кейлис-Борок довольно громко заявил о другом своем предсказании: в течение следующих девяти месяцев землетрясение магнитудой не менее 6,4 балла должно было произойти в пустыне Мохаве в Южной Калифорнии {349} . Это заявление привлекло всеобщее внимание: Кейлису-Бороку были посвящены статьи в журнале Discover, газете Los Angeles Times и примерно в десятке других значимых изданий. Ему позвонили из офиса губернатора Шварценеггера; власти собрали чрезвычайное заседание. Даже знаменитые своим скепсисом сотрудники USGS были готовы уделить этой информации внимание; на сайте института было написано, что «работа команды Кейлиса-Борока основывается на вполне разумном подходе к исследованиям в области предсказания землетрясений» {350} .
349
Andrew Bridges, «Decade After Northridge, Earthquake Predictions Remain Elusive», Associated Press State & Local Wire, January 12, 2004.
350
«Information About the Keilis-Borok California Earthquake Prediction», United States Geological Survey. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2004/KB_prediction.php.
Однако крупного землетрясения в пустыне Мохаве не произошло ни в тот год, ни в последующее десятилетие. Команда Кейлиса-Борока продолжала выступать со своими предсказаниями землетрясений в Калифорнии, Италии и Японии, но без особого успеха: проведенный в 2010 г. анализ показал, что прогнозы оказались точными лишь в трех случаях, а в 23 были ошибочными {351} .
Суматра, Индонезия
Но в предсказаниях землетрясений встречаются ошибки и иного рода: прогнозируется, что в каком-то регионе землетрясение заданной магнитуды маловероятно или невозможно, – а затем оно вдруг происходит. Дэвид Боумэн, бывший ученик Кейлиса-Борока, возглавляющий в настоящее время департамент геологических наук в Университете штата Калифорния в Фуллертоне, удвоил свои усилия по предсказанию землетрясений после землетрясения 2004 г. на Суматре – ужасающего бедствия с магнитудой 9,2 балла, приведшего к возникновению цунами и гибели 230 тыс. человек.
351
Zechar and Zhuang, «Risk and Return: Evaluating Reverse Tracing of Precursors Earthquake Predictions».
Методика Боумэна (как и Кейлиса-Борока) базировалась на серьезном математическом аппарате и использовала землетрясения средней силы для предсказаний более значительных {352} . Однако это был более элегантный и амбициозный подход. Боумэн предложил теорию, в рамках которой попытался дать количественную оценку величине напряжения в различных точках в системе разломов. В отличие от подхода Кейлиса-Борока, метод Боумэна позволял предсказывать вероятность землетрясения в любой части разлома. Таким образом, он мог предсказать не только где может произойти землетрясение, но и те участки земной поверхности, где его возникновение было бы маловероятным.
352
Arnaud Mignan, Geoffrey King, and David Bowman, «A Mathematical Formulation of Accelerating Moment Release Based on the Stress Accumulation Model», Journal of Geophysical Research 112, BO7308 (July 10, 2007). http://geology.fullerton.edu/dbowman/Site/Publications_files/Mignan_etal_JGR2007_1.pdf.
Поначалу Боумэн и его команда достигли определенного успеха; его метод позволил выявить зону риска на Суматре, в эпицентре которой в марте 2005 г. произошел серьезный афтершок с измеренной магнитудой 8,6 балла. Однако в научной работе, которую он опубликовал в 2006 г., было высказано предположение, что риск землетрясений в другой части разлома, в Индийском океане недалеко от индонезийской провинции Бенкулу особенно мал {353} . Но уже через год, в сентябре 2007 г., целый ряд землетрясений произошел именно в этой области, причем магнитуда самого сильного из них достигала 8,5 балла. К счастью, землетрясения произошли достаточно далеко от берега и привели к незначительным жертвам. Однако они оказались разрушительными для теории Боумэна.
353
Arnaud Mignan, Geoffrey King, David Bowman, Robin Lacassin, and Renata Dmowska, «Seismic Activity in the Sumatra-Java Region Prior to the December 26, 2004 (Mw=9.0–9.3) and March 28, 2005 (Mw=8.7) Earthquakes», Earth and Planetary Science Letters 244 (March 13, 2006). http://esag.harvard.edu/dmowska/MignanKingBoLaDm_SumatAMR_EPSL06.pdf.
Между молотом и наковальней
После того как его модель потерпела фиаско, в 2007 г. Боумэн поступил так, как редко делают прогнозисты. Вместо того чтобы возложить всю вину на неудачу (его модель допускала некоторую возможность землетрясения около Бенкулу, однако незначительную), он еще раз изучил ее и решил, что его подход к предсказанию землетрясений был фундаментально ошибочным, – после чего сдался.
«Я – несостоявшийся прогнозист, – рассказывал мне Боумэн в 2010 г. – Я совершил смелый и глупый поступок – выступил с предсказанием, которое можно проверить. Именно это, в принципе, мы и должны делать, но, когда предсказания оказываются ошибочными, это приносит боль».