Разрушения от землетрясений распространяются гораздо дальше, чем считалось

Фото из открытых источников

Происходит землетрясение, земля разрывается вдоль разлома, и самые серьезные разрушения происходят именно в этом разорванном пласте породы. Так считалось на протяжении десятилетий.

Спасатели смогли составить карту раздробленной породы, прилегающей к разлому, и пришли к выводу, что повреждения исчезают примерно в полутора километрах от места происшествия.

Новые измерения рассказывают более масштабную историю. Ослабление распространяется далеко за пределы видимой трещины – на десятки километров за нее – и незаметно определяет скорость разрушения целых ландшафтов. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Глобальное исследование теперь позволяет оценить масштабы этой проблемы. Основываясь на более чем 1700 измерениях скорости разрушения горных пород в речных бассейнах по всему миру, исследователи обнаружили, что эрозия резко ускоряется вблизи активных разломов и замедляется с расстоянием.

Эффект распространяется примерно на 100 километров от крупнейших систем разломов.

Наибольший ущерб наносится в пределах примерно 15 километрах от разлома, а затем практически исчезает вблизи его 100-километровой границы. До сих пор большинство свидетельств указывало на то, что обломки находятся в пределах мили от самого разлома. Никто не мог отследить их распространение на такое расстояние.

Подсказку нашли в реках. По мере разрушения горных пород и их вымывания вниз по течению, осадки несут в себе информацию о том, как быстро происходит эрозия почвы выше по течению.

В этих отложениях скрыта редкая, природная форма бериллия, которая накапливается в породах, оставшихся на поверхности. Чем дольше порода находится под открытым небом, тем больше в ней накапливается материала, поэтому её уровень показывает, насколько быстро размылась поверхность.

Если сложить эти данные по более чем 1700 бассейнам, наложить их на карты разломов и прошлых колебаний грунта, то закономерность станет очевидной. Горные породы вблизи разломов размывались гораздо быстрее, потому что грунт был наиболее слабым вблизи разлома.

Множество факторов разрушают ландшафт. Дожди разрыхляют склоны; мягкие породы крошятся быстрее, чем твердые. Чтобы определить, какая сила доминировала, команда загрузила все данные в модели машинного обучения и попросила их ранжировать претендентов.

Расстояние до разлома оказалось наиболее значимым фактором, опередив количество осадков и тип горных пород на большей части неспокойного, сейсмоопасного мира. Добавление показателя силы тряски земли позволило еще больше улучшить точность моделей.

Такой порядок событий удивил исследователей. Климат и тип горных пород долгое время считались основными факторами, влияющими на эрозию. Наблюдая, как один разлом превосходит другой по размерам, бассейн за бассейном, стало ясно, что землетрясения, скорее всего, являются причиной произошедшего.

Механизм ослабления породы разломом на таком большом расстоянии от его края определить сложнее. Команда не может наблюдать за этим процессом под землей, поэтому механизм можно определить на основе имеющихся данных, а не непосредственно наблюдая его.

Наиболее вероятное объяснение — это сотрясения. Каждое землетрясение сотрясает окружающую породу. За тысячи лет эти повторяющиеся удары, вероятно, приводят к образованию крошечных трещин, называемых микротрещинами.

«Повторяющиеся встряхивания могут приводить к образованию микротрещин, ослаблению контактов между минеральными зернами и снижению прочности приповерхностных горных пород», — сказала соавтор исследования Каролина Литгоу-Бертеллони из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. 

Как только порода становится рыхлой, она превращается в лёгкую мишень. Реки размывают склоны быстрее, происходит оползень, а выветривание разрушает камень.

Глобальная закономерность убедительна, но команда хотела проверить её на знакомой территории. Исследователи сосредоточили внимание на Южной Калифорнии, где разлом Сан-Андреас и многочисленные соседние разломы поддерживают постоянное движение земной коры.

Там горные породы вблизи разломов вели себя именно так, как предсказывали глобальные данные. Сейсмические волны замедлялись, проходя через трещиноватые породы вблизи разломов, что указывало на обширные повреждения.

Эти же участки также подвергались эрозии быстрее, что подтверждает связь между повторяющимися землетрясениями и ослаблением горных пород. Трудно объяснить совпадение медленных волн и быстрой эрозии чем-либо еще. Здесь разломы одновременно поднимали рельеф и ослабляли горные породы под ним.

Долгое время разломы заслужили свою репутацию главным образом как сооружения гор. Это исследование показывает, что они также определяют скорость разрушения окружающей местности на расстояниях, которые никто ранее не измерял.

«Это дает физическое объяснение тому, почему эрозия более эффективна в тектонически активных регионах», — написала группа исследователей.

Это меняет подход ученых к изучению сейсмоопасных районов. Ландшафты вблизи разломов могли быть сформированы не столько дождем или типом горных пород, сколько многовековыми сотрясениями. 

Результат проявляется в планировании мер по предотвращению стихийных бедствий. Если ослабленные породы распространяются на десятки километров за пределы разлома, то зоны оползней, водохранилища, заполняющиеся осадочными породами, и медленное формирование гор простираются шире, чем предполагают существующие карты.

Как показал анализ оползней, вызванных землетрясениями, землетрясения уже перемещают огромные объемы горных пород вниз по склонам. Ничто из этого не стирает влияние дождя или типа горных пород. Они по-прежнему формируют ландшафт. Но это исследование предполагает, что землетрясения внесли гораздо больший вклад, чем кто-либо предполагал.

Влияние разлома распространяется далеко за пределы видимой трещины, оставляя более слабые породы и ускоряя эрозию на гораздо большей территории.