Подтверждено существование редкого типа землетрясения, считавшегося невозможным

Фото из открытых источников

Ранним утром 24 февраля 1979 года сейсмографы Университета Юты зафиксировали землетрясение под небольшим городком Рэндольф, расположенным недалеко от границ штатов Айдахо и Вайоминг. 

Землетрясение имело магнитуду 3,8 — достаточно сильное, чтобы люди его почувствовали. Но никто его не почувствовал.  А когда Джордж Зандт, внимательнее изучил данные, он выяснил причину: землетрясение произошло на глубине 90 километров ниже уровня моря. Оно возникло не в земной коре, а глубоко в верхней мантии, где землетрясения просто не должны происходить.

«Большая глубина объясняет, почему люди на поверхности не ощущали этого», — сказал Зандт. «Я провел еще несколько анализов, которые убедили меня в реальности глубокого залегания земной коры, но убедить других в существовании крайне аномального мантийного землетрясения в регионе, где его быть не должно».

Зандт изложил свои выводы, и они оставались практически незамеченными почти полвека. 

Теперь новые исследования Университета Юты подтвердили, что землетрясение в Рэндольфе 1979 года было реальным и произошло именно на такой глубине, как утверждал Зандт. Результаты исследования опубликованы в журнале The Seismic Record.

Кроме того, это был первый задокументированный пример редкого и малоизученного класса событий, которые с тех пор происходят на севере штата Юта и юго-западе штата Вайоминг.

Новое исследование возглавил профессор Кит Копер. Команда повторно проанализировала данные сейсмических волновых форм землетрясения 1979 года и восьми других предполагаемых глубинных землетрясений. Было подтверждено, что все девять организмов возникли глубоко под земной корой, в верхней мантии.

В настоящее время эти события официально классифицируются как «континентальные мантийные землетрясения» (КВЗ). Это обозначение имеет значение, потому что мантия на глубинах, где возникают эти землетрясения, ведет себя совсем не так, как хрупкая земная кора, где зарождаются обычные землетрясения. 

В условиях экстремальной жары и давления, характерных для глубины 70-90 километров, горные породы не раскалываются — они текут. В геологических масштабах времени они ведут себя скорее как очень медленно текучая жидкость, чем как твердое тело.

«Это больше похоже на ириску, — сказал Копер. — Это ириска в долгосрочном масштабе, например, в течение миллионов лет».

Затем 10 сентября 2025 года произошло еще одно землетрясение: магнитуда 4,1 недалеко от Маэсера, в бассейне Уинта в штате Юта, с глубиной очага 68 километров. Это находится более чем в 20 километрах ниже границы Мохоровичича (известной как Мохо), границы между земной корой и нижележащей мантией. 

Для определения мест возникновения землетрясений необходимо проанализировать хронологию распространения различных типов сейсмических волн, достигающих наземных приборов. Разница во времени прибытия – доли секунды, тщательно измеренные – позволяет получить информацию о глубине. 

Сейсмографические станции Университета Юты хранят эти данные на протяжении десятилетий. В результате был создан архив, который аспирант Копера, Шон Хатчингс, использовал для повторного изучения известных глубинных событий и выявления нескольких других, которые ранее были ошибочно классифицированы как обычные землетрясения в земной коре.

Выявленная закономерность подтвержденных событий весьма своеобразна. В отличие от обычных землетрясений, эти глубинные события происходят изолированно – без форшоков и афтершоков. 

Подобные землетрясения сосредоточены вблизи западной окраины Вайомингского кратона, древнего блока литосферы Земли, расположенного под частью Вайоминга и соседних штатов. Они возникают в условиях чрезвычайно высоких температур, часто превышающих 700 градусов Цельсия.

Чтобы понять, почему эти землетрясения происходят именно там, где они происходят, необходимо углубиться в глубинные структуры североамериканского континента.

Кратоны — это древние, стабильные блоки литосферы — жесткого внешнего слоя Земли, включающего в себя земную кору и верхнюю мантию. Копер описывает их как айсберги: вместо того чтобы плавать в воде, они располагаются в земной мантии, подобно килю лодки, углубляясь глубоко под поверхность, в то время как более подвижный материал мантии обтекает их.

Вайомингский кратон расположен на границе между тектонически активной западной частью Соединенных Штатов и стабильной континентальной частью страны. За геологические годы она подверглась сильной эрозии, что привело к неоднородной, неравномерной структуре и общему истончению литосферы в западном направлении, через Айдахо и Юту. 

По всей видимости, именно это истончение, а также контраст между жестким основанием кратона и текучей мантией вокруг него, порождают напряжение, вызывающее эти необычные землетрясения.

«В масштабе миллионов лет мантия сталкивается с кратоном, а затем обтекает его», — пояснил Копер. «Именно это взаимодействие, при котором поток мантии отклоняется вокруг этого твердого кратонного корня, вызывает увеличение скорости деформации, усиление деформаций, а также создает дополнительные напряжения. Мы считаем, что именно это взаимодействие между килем айсберга и окружающей средой приводит к этим землетрясениям».

В этих исследованиях есть практический аспект, выходящий за рамки геологического любопытства. Традиционная оценка сейсмической опасности основана на картировании разломов вблизи поверхности, измерении их длины и оценке максимальной магнитуды землетрясения, которое они могут вызвать.

Землетрясения в континентальной мантии не подчиняются этим правилам. На поверхности нет разломов, которые можно было бы картировать, и нет установленного предела их возможного размера.

«Это своего рода загадка с точки зрения фундаментальной физики. Как вообще такое может происходить?» — сказал Копер. «Еще одна причина, почему это так важно, заключается в том, что мы понятия не имеем, насколько сильными они могут быть. В случае с землетрясениями в земной коре мы можем измерить их максимальную, по нашему мнению, силу. Мы измеряем разломы, которые можем отобразить на карте вблизи поверхности. Мы можем измерить длину сегмента разлома, и это дает нам представление о его размерах, что помогает нам оценить сейсмическую опасность».

Землетрясение в Рэндольфе 1979 года не причинило никакого ущерба и осталось незамеченным жителями, проживающими над ним. Вопрос в том, будет ли так всегда.