Ученые выяснили, почему периодически происходят загадочные землетрясения

Фото из открытых источников

Более трех десятилетий эксперты пытаются разгадать тайну того, почему определенный тип подводных разломов вызывает землетрясения гораздо более предсказуемо, чем другие. Эти землетрясения происходят практически с завидной регулярностью и почти всегда имеют одинаковую силу.

Новое исследование предлагает возможный ответ. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Эти океанические трансформные разломы, как их называют, окружены барьерными зонами, которые, как показали исследования ученых из США и Канады, действуют как естественные «тормоза» для сейсмической активности.

Как сообщают исследователи, процесс, известный как дилатантическое упрочнение, происходящий, когда морская вода проникает глубоко в породу, является тем, что смягчает воздействие сильных землетрясений на эти участки разломов.

Предполагается, что, раскрыв секреты этих необычайно предсказуемых разломов, можно будет в целом усовершенствовать модели землетрясений.

«Мы давно знаем о существовании этих барьеров, но всегда оставался вопрос: из чего они сделаны и почему они так надежно предотвращают землетрясения цикл за циклом?» — говорит сейсмолог Цзяньхуа Гун из Университета Индианы в Блумингтоне, США.

Исследователи изучили данные с двух участков вдоль трансформного разлома Гофар, протяженной подводной впадины, обозначающей границу между Тихоокеанской и Насканской тектоническими плитами, к западу от Эквадора и глубоко под Тихим океаном.

Эти тектонические плиты трутся друг о друга со скоростью около 140 миллиметров в год, и с момента начала полного учета данных в 1995 году разлом регулярно генерирует землетрясения магнитудой шесть каждые пять-шесть лет.

В двух отдельных экспериментах, проведенных в 2008 и 2019-2022 годах, донные сейсмометры (OBS) были размещены непосредственно на морском дне для отслеживания движения. Эти приборы зафиксировали детали десятков тысяч мельчайших землетрясений вокруг двух крупных.

Анализ данных показал, что два участка разлома Гофар, каждый со своей барьерной зоной, сотрясались схожим образом. Измерения показали, что барьерные зоны представляют собой сложные сети мелких разломов, поглощающих многочисленные незначительные толчки, предшествующие крупным землетрясениям.

Когда происходят основные землетрясения, заполненные жидкостью породы вокруг этих буферных зон смещаются и расширяются, и больше воды устремляется в образовавшиеся щели. Это создает изменения давления, которые приводят к «блокировке» породы и предотвращают дальнейшее скольжение, эффективно останавливая усиление землетрясения.

«Эти барьеры — не просто пассивные элементы ландшафта», — говорит Гонг. «Они являются активными, динамичными частями системы разломов, и понимание того, как они работают, меняет наше представление о пределах землетрясений на этих разломах».

Сейсмологи заметили схожие сценарии на трансформных разломах в океане по всему миру: землетрясения на этих разломах оказываются слабее, чем ожидалось, учитывая геологическое давление и их расположение.

Хотя в данном исследовании до сих пор был проанализирован только один конкретный разлом, барьерные зоны, подобные тем, что окружают разлом Гофар, могут охватывать и другие разломы.

Для этого потребуется тот же сложный процесс гидроразрыва пласта и проникновения морской воды, что и в данном исследовании. Исследователи предполагают, что в будущих исследованиях можно было бы изучить этот вопрос, возможно, используя такие методы, как бурение морского дна.

Учитывая расположение разлома Гофар, реальной опасности того, что землетрясения здесь причинят ущерб застроенным территориям или приведут к человеческим жертвам, нет. Однако эти данные могут дать новое представление о потенциально более опасных зонах землетрясений.

Землетрясения, вызванные большинством разломов, за исключением океанических трансформных разломов – будь то под водой или на суше – как правило, непредсказуемы, но каждый шаг вперед в научном понимании приближает нас к пониманию того, когда и где произойдут землетрясения.

«Предсказуемые сейсмические циклы и пространственно ограниченные зоны разрыва, задокументированные в ходе экспериментов с использованием донных сейсмографов в 2008 и 2020 годах, демонстрируют, что целенаправленные многолетние развертывания имеют важное значение для получения подробной информации о сейсмичности, связанной с крупными землетрясениями на трансформных разломах океана, и для определения лежащих в их основе механизмов», — пишут исследователи. «Подобные наблюдения позволяют получить новые данные о физике землетрясений и предоставляют надежные ограничения для численных моделей».