Научные анекдоты: ядерные взрывы спасают от землетрясений?

Предлагаю вниманию читателей следующую картинку, опубликованную в журнале «Успехи физических наук», в статье «О некоторых корреляциях в сейсмодинамике и двух компонентах сейсмической активности Земли». В статье показано, что во время проведения полномасштабных программ подземных ядерных испытаний в США и СССР (1966-1988 года) землетрясений с магнитудой 8.3 балла не наблюдалось (хотя их было довольно много до этого периода и после).

Рис. (а) Ежегодная совокупная энергия подземных ядерных взрывов СССР и США, выраженная по шкале Рихтера в период с 1957 по 1992 год, (б) Сильнейшие землетрясения с магнитудой m > 8.3 с 1900 по 2008 гг.

Хотя сами авторы не особо акцентируют внимание на этом интересном наблюдении, сайт «наука содружество прогресс» наполовину в шутку, наполовину всерьез представил это так: приведенный рисунок – это уникальный пример того, как наука, даже используемая «не по назначению», во зло, может приносить огромную пользу и сохранять человеческие жизни, предотвращая глобальные природные катаклизмы.

Давайте разберемся насколько подобный вывод оправдан на основании имеющихся данных?

Данные, по которым построена картинка, взята из общедоступных баз данных о подземных ядерных взрывах (http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/tests) и крупнейших землетрясениях (http://www.ngdc.noaa.gov/hazard/hazards.shtml).

Если вы хотите попробовать разгадать задачку самостоятельно, то самое время прервать чтение этой статьи, подумать о том, какие гипотезы приходят в голову, а потом вернуться и поделиться своими ответами.

Версия о том, что ядерные взрывы предотвращают землетрясения, мне не показалась правдоподобной. Каким может быть механизм такого воздействия, особенно в масштабах всей планеты? Непонятно! Сами авторы ничего не предлагают, а анализ имеющейся литературы не дает убедительного ответа (хотя я могу чего-то не знать).

Моя первая догадка имела конспирологический характер: а что если в период ядерных испытаний информация о сейсмической активности скрывалась или преуменьшалась? Может быть, кто-то не хотел, чтобы было легко вычислить место ядерных испытаний, которые могли сказаться на сейсмографах. Может быть, ученые, знавшие о том, что возможно проведение ядерных испытаний, были вынуждены более жестко фильтровать данные сейсмографов. Может быть, было опасение, что кто-то обнаружит обратную корреляцию и обвинит в землетрясениях ядерные испытания, что плохо скажется на политической карьере тех, кто эти испытания одобрил? Но сам факт некоторой странной аномалии в данных не доказывает наличие «заговора» – это проблема многих подобных «теорий», авторы которых слишком ленивы, чтобы углубиться в вопрос и предложить альтернативную гипотезу. В конце концов, скрыть крупные землетрясения и одурачить научное сообщество – задача не из легких.

Моя вторая догадка относит нас к моему любимому анекдоту об ошибках мышления. К Карапету пришло 6 человек гостей. Когда он заглянул под стол, он насчитал одиннадцать ног. Как такое могло получиться? Пока вы думаете об этом вопросе, я расскажу о наиболее частных вариантах ответов, которые приходят в голову тем, кому я даю эту задачку. «Кто-то из гостей подогнул ногу». «Кто-то был инвалидом». Мало кто сходу называет самое простое объяснение – Карапет ошибся. Действительно ли данные, выложенные на указанных сайтах, позволяют построить приведенную картинку? Я проверил. В случае с землетрясениями все сошлось. В случае с ядерными испытаниями не совсем (подробнее ниже), но это не противоречило заявленной корреляции.

Моя третья догадка была связана со следующим наблюдением: почему порог силы землетрясений был выбран именно на уровне 8.3 балла по магнитуде? Почему не 8.4, не 8.5 или не 8? Произвольный выбор порога дает определенную свободу экспериментатору подогнать данные под некоторый результат. Если взять землетрясения с магнитудой хотя бы 8 баллов, картинка получается куда менее впечатляющая, без очевидных для невооруженного взгляда «провала» в период активных ядерных испытаний.
Далее, возник вопрос – почему выбран определенный период ядерных испытаний и лишь определенный набор стран (пусть и важнейших в этом вопросе – СССР + США), когда данные имеются по большему числу стран и по большему периоду времени? Ниже представлена картинка, которую получил я, когда взял данные по всем странам.

Если взять временной интервал в 15 лет, то мы заметим, что меньше всего землетрясений было в период с 1978 по 1992 год (5). Наибольшая мощность подземных ядерных взрывов была в период с 1966 по 1980 год. Но это лишь некоторый наглядный намек на то, что не все идеально с обсуждаемой корреляцией.

Если аккуратно посчитать коэффициент корреляции между изучаемыми параметрами, то он получается равным -0.1926, то есть, действительно, отрицательным по значению, хоть и достаточно маленьким по модулю. С другой стороны, вероятность получение такой или более выраженной корреляции по случайным причинам равна 0.037. Кажется, что довольно маловероятно, что такая корреляция получилась случайно. Но представьте себе, что при подбрасывании монеты у вас пять раз подряд выпала решка. Кажется ли это невероятным событием? Думаю, что нет, тем не менее его вероятность равна 0,031. Кроме того, вполне возможно, что землетрясения не являются независимыми друг от друга. Если они возникают «кластерами», то полученная оценка вероятности появления подобной корреляции может быть немного занижена (могло совпасть, что период ядерных испытаний приходится на период сниженной сейсмической активности).

Популяризуя байесовский подход к мышлению, предлагаю каждому читателю самостоятельно подумать и ответить на вопрос: что более вероятно – случайное событие, вероятность которого равна 0.037 (что примерно соответствует тому, чтобы пять раз подряд выкинуть решку на монетке) или, что ядерные взрывы, действительно, каким-то загадочным образом предотвращают крупные землетрясения? Какая из двух гипотез кажется наиболее правдоподобной? В данном случае я стою на стороне случайного события, хотя и могу ошибаться.

Единственное, от чего я хочу предостеречь: даже хорошая корреляция далеко не всегда означает причинно-следственную связь, не говоря уже о плохой.