Самый большой симулятор землетрясений в мире [Veritasium]
[музыка] Это самый большой в мире симулятор землетрясений. Он называется на огромной сейсмо платформе. Можно установить десятиэтажном сейсмо здании. В этом сейсмо симуляторе болеет тест то всё, чтобы понять, как сделать постройки более устойчивыми.
17 января 1995 года в 5:46 утра японский город Коб задрожал от толчков невероятной силы. Этого никто не ожидал. Япония находится в одном из регионов с наибольшей сейсмоактивностью. Под ней располагается стык четырёх тектонических плит. А в таких местах происходит 90% всех землетрясений и почти все из наиболее сильных. Но Коб далеко от опасных локаций. Землетрясение, от которого он пострадал, вызвал древний не ожидал. Мы сообщим подробности, как только они станут известны. Пожалуйста, сохраняйте спокойствие. Магнитуда землетрясения составила 6,9, совсем чуть-чуть не дотянуть по классификации до очень сильного. Тем не менее, в результате погибли более 6000 человек, ещё 300 000 остались без дома. Более 80% погибших лишились жизни из-за обрушения зданий. Общий ущерб от землетрясения оценили в 80 миллиардов долларов США.
Эти события правительство организовало конференцию о предупреждении последствий землетрясений. Там и было принято решение построить самый большой в мире симулятор землетрясений. Наш продюсер Пётр отправился посмотреть на него своими глазами. Итак, мы заходим в здание, где расположен самый большой в мире симулятор землетрясений. Там как раз готовятся провести испытания. На сейсмо платформе установлены восемь бетонных конструкций. Сейчас её запустят, и мы увидим, какие окажутся крепче остальных. Имитировать будут землетрясение, которое произошло 18 мая 1940 года. Его магнитуда составила около семи, это одно из первых землетрясений, о котором сохранились сейсмические данные.
Так начинаем. Вот как очень здорово наблюдать, как быстро и далеко может перемещаться такая огромная конструкция. Первое испытание, за которым я наблюдал, было плановое. Включали белый шум. Белый шум - это получается разные частоты: низкие, высокие, всё что между ними вперемешку. Да, выглядят так серьёзно. Отмечают минуту до старта, потом обратный отсчёт, а потом как будто ничего не происходит. Вот ради чего мы летели в Японию. Будем надеяться, хотя бы одна стена рухнет.
Я очень долго не понимал, почему у всех конструкций есть так называемая собственная частота колебаний. При повреждении эта частота становится ниже. Шум содержит широкий диапазон частот, и мы можем определить собственную частоту здания. Поэтому сначала быстро даём белый шум, а уже потом включаем сигнал землетрясения. После эксперимента снова белый шум и смотрим, у каких зданий изменилась собственная частота.
В центре этого павильона установлена сейсмо платформа 20 на 15 и весом 800 тонн. С каждой стороны у неё по пять гидравлических приводов, которые толкают платформу в нужные стороны. Снизу расположены ещё 14 приводов, которые обеспечивают вертикальные колебания. Всё это находится в гигантском здании. В помещении с сейсмо платформой постоянно идёт работа, поэтому конструкции для испытаний изготавливают по соседству. Двигатели, баки с запасами азота для питания сейсмо платформы хранятся в отдельном помещении.
Ого, двигатель просто гигантский! Всё это позволяет учёным идеально воспроизводить условия землетрясений прошлого и отслеживать, как рушатся разные здания. Сейсмо платформа выдерживает массу до 1 000 тонн и может трясти её в разные стороны с ускорением до 15 м в секунду. За секунду это больше полутажа. Я знаю, что бывает и побольше: в истребителях на поворотах доходит до десяти. Но совсем другое дело, если вы сидите дома, а пол начинает внезапно ускоряться стремительнее, чем падающий предмет.
Итак, на этой платформе воспроизводят землетрясение. Для этого нужны две вещи: способ точно и контролируемой силы, и сейсмические записи настоящих землетрясений. Вот как всё происходит. Нормально, чувствуете себя на высоте? Ну, сейчас узнаем. Этот привод внутри каждого из таких гидравлических приводов - поршень на 30 тонн, который приводится в движение маслом под высоким давлением. Огромная штука, не знаю, сколько, наверное, метр или метра полтора в диаметре.
Чтобы создать необходимое для работы сейсмо платформы давление и поддерживать его непрерывно несколько минут, необходимо запастись тем, что будет его создавать. Поэтому здесь есть целый склад гигантских баков с азотом. У нас тут 20 свинцовых аккумуляторов. Они обеспечивают давление. Внутрь этих баков заливают жидкий азот из хранилищ, расположенного снаружи, нагревая жидкость, переходит в газообразное состояние и расширяется в 694 раза. Азот позволяет относительно легко обеспечивать высокое давление во время работы. Поршни передают его маслу, которое в ходе эксперимента закачивается в приводы при помощи двигателей. Но даже они способны поддерживать достаточное давление не так уж долго. На всё время эксперимента давление всё же могут сохранять равномерным, потому что азот хранится в огромных количествах. Его поток к каждому приводу регулируется электронным серволаб.
Для имитации землетрясений идеально отмерено время и сила воздействия. Приводы движутся только в одном измерении, поэтому крепление напрямую к платформе не дало бы нужной гибкости, и они бы сломались. Чтобы этого избежать, инженеры разработали специальные семиметровые муфты, через которые сила от приводов передаётся на сейсмо платформу. Если мы хотим воспроизвести землетрясение, нельзя просто случайным образом раскачивать платформу. Каждое такое событие имеет определённый паттерн толчков, который записывают при помощи сейсмометров.
Первые аппараты по сути представляли собой закреплённую на пружинах ручку, которая выводила линии на раскручивающийся рулон бумаги. Когда начиналось землетрясение, ручка тряслась, и линия на бумаге отражала интенсивность толчков. В результате получалась так называемая сейсмограмма. В наши дни пользуются геофонди, катушки индуктивности, которая закреплена на пружинах. Стоит случиться землетрясению, как пружина начинает колебаться, катушка опускается и поднимается вдоль магнита, от чего появляется съем тока, и записывается сейсмограмма. Чтобы получить трёхмерное представление о сейсмических волнах, используют три катушки, каждая из которых ориентирована по одному из направлений.
Мощное землетрясение измеряют по шкале магнитуд. Для человека ощутимы землетрясения примерно в миллиард раз слабее, чем самые мощные зафиксированные за историю наблюдений. По этой причине шкала магнитуд логарифмическая. Увеличением на единицу обозначают изменение мощности землетрясения. Толчки магнитудой меньше 2,5 для человека не ощутимы. Таких за год происходят миллионы, и фиксируют их только геофонды. Выше шести могут пострадать здания. Но таких гораздо меньше, всего несколько сотен в год по всей планете.
Великое чилийское землетрясение 1960 года - самое мощное из зафиксированных. Его магнитуда составила 9,5. Из-за него погибли от 1 до 6000 человек, а общий ущерб оценили больше чем в 400 миллионов долларов США. Однако разрушительная сила землетрясения зависит не только от магнитуды, но и от расположения его гипоцентра. У меня за спиной Акаши какю, который до 2022 года считался самым длинным подвесным мостом в мире. Он соединяет Хонсю, крупнейший остров Японии, с Авадзи. Длина расстояния почти 4 км между вершинами центральных опор 1990 м и 80 см.
Я приехал сюда, потому что всего в нескольких километрах в ту сторону и в 16 километрах под проливом находился гипоцентр сильнейшего землетрясения в Кобе, произошедшего в девяносто пятом году. На тот момент мост был ещё не достроен. И хотя гипоцентр располагался прямо под ним, он, можно сказать, почти не пострадал. Но породы под мостом сместились, и старый проект потерял актуальность. Его надо было дорабатывать. В результате мост удлинили на 80 см и открыли в 2005 году.
На одном из первых испытаний сравнивали устойчивость двух традиционных для Японии домов из дерева. Дома привезли из города Акаси, который находится неподалёку. На платформе их собрали заново, а затем раскачали той же магнитудой, что и у землетрясения 1995 года. Устойчивые скобы, балки и металлические крепления, и благодаря им он не рухнул. В другом таких усовершенствований не было. Это испытание показало, что более старые японские дома не переживут мощное землетрясение, а также указало на возможное решение проблемы.
Выяснилось, что конструкцию можно значительно укрепить с помощью относительно простых и недорогих средств. В 1981 году правительство Японии утвердило новые требования к строительству домов от землетрясений. Надо вот такие меры принимать и вот такую изоляцию использовать, такие-то балки поставить. Из тех зданий, которые строились в Кобе после 1981 года, во время землетрясений обрушились всего 28%. Среди остальных рухнули 84%. Разница между старыми и новыми домами почти в 30 раз.
Ещё интересный момент: когда мы первый раз пришли смотреть на испытания, я разглядывал всё вокруг и вдруг заметил, что немало в стране есть целая секция с мебелью. Как из Икеи. Расскажите, для чего это? Это чтобы проверить, насколько безопасно будет в комнате. В модель здания мы ставим много разной мебели. Часто во время землетрясения люди получают травмы от предметов, которые на них падают. Шкаф может на голову опрокинуться или холодильник придавит. В общем, что-нибудь такое.
Половина травм, которые люди получили, находясь в домах, - из-за того, что на них упала какая-то мебель. Поэтому проверяют не только устойчивость зданий, но и придумывают, как обеспечить безопасность внутри домов. Сейчас будут воспроизводить землетрясение в Кобе, его ещё называют Великое землетрясение НН Авадзи. Оно длилось всего около 20 секунд, то магнитуда была 6,9, а максимальное ускорение 9g. Что для землетрясения совсем немало. О-хо-хо, этот гул, что же будет? Ого, вся конструкция! О Боже, всё так быстро! Но зато какая мощь!
Да уж, землетрясение - это не шутки. Довольно приятный способ посмотреть на землетрясение, как не понаблюдать так, чтобы тебя не трясло. Не было такого, чтобы кому-то повезло посмотреть на землетрясение в Кобе своими глазами. Но со стороны, во время землетрясения в Коб, мы зафиксировали очень интенсивные, но кратковременные колебания. А в 2011 году в Японии было землетрясение, которое продолжалось около целых 6 минут.
Внизу прогнозируемое землетрясение предполагается, что оно произойдёт в районах Такай, и мы ожидаем, что оно будет достаточно долгим. А как вы прогнозируете землетрясения? Спросите устойчиво. Хорошо, спрошу. Извините меня, ничего страшного. По прогнозам сейсмологов, процентная вероятность в следующие 30 лет стоит ждать землетрясения магнитудой 8 где-то около района Такай, где живут больше 15 миллионов человек.
В районе Нанкайского жолоба, юговосточного побережья Японии, проходит грани евразийской и филлипинской плит, где происходит сильнейшее землетрясение. Но в районе Такай подобного не случалось больше 160 лет. Власти считают, что погибнуть могут более 320 тысяч человек, большинство из-за тридцати. 300 из-за цунами, а четверть, около 82 тысяч человек, вполне возможно, под обломками зданий. Вот почему так важно готовиться к землетрясениям.
Здания очень-очень безопасные, у них очень хорошая сейсмостойкость. Они могут выдержать даже очень-очень мощное землетрясение. В целом большинство новых зданий в Японии способны выдержать довольно сильные землетрясения. Следующая задача - сохранить инженерные коммуникации. Даже если само здание не рушится, обычно лопаются трубы, дома остаются без воды и электричества. Поэтому людям всё равно приходится решать эту проблему, стараются решить.
Мы научились предупреждать критические разрушения. Настало время подумать, как сохранить в целости снабжение зданий. Получается, вы на целый шаг впереди того, что я себе представлял. Я-то думал только, как бы сделать так, чтобы дома не падали. А с этим вы, оказывается, уже разобрались. Добиваться того, чтобы здание выжило, вы уже более или менее научились. Вы занимаетесь очень важной работой, делаете, обеспечиваете безопасность Японии, обновляете требования к зданиям, чтобы люди не гибли.
Вот что меня приятно удивляет в истории: японцы не стали ждать новых землетрясений и надеяться, что пронесёт. Они вложили миллиарды в исследования и испытания, которые помогут защитить людей от стихии. Они поняли, что пусть и нельзя точно сказать, когда случится следующее мощное землетрясение, к нему можно подготовиться.
Переведено и озвучено студией Верт Дайдер L.