Ученые выяснили, как именно Солнце и Луна могут вызывать землетрясения

Фото из открытых источников

В космическом плане Землю можно сравнить с планетарной марионеткой, «дергаемой» за гравитационные нити Солнца и Луны. И, конечно же, вся остальная Вселенная, но лунно-солнечное влияние способствует возникновению океанских приливов. Оно также вызывает приливы на суше и в скалах.

Было замечено, что Солнце и Луна, оказывая небольшое, но постоянное приливное воздействие на земную кору, вызывают медленные, постепенно нарастающие землетрясения, которые высвобождают свою энергию гораздо медленнее, чем обычные землетрясения, и незаметны для нас, обитателей поверхности.

Однако то, как именно они это делают, остается относительно загадочным.

До сих пор, как показывают новые модели, это могло происходить за счет резонанса: подобно тому, как если бы вы провели мокрым пальцем по краю бокала с вином, чтобы вызвать гармоничный (или раздражающий) звон – только в планетарных масштабах.

В исследовании, опубликованном в журнале JGR Solid Earth, группа геопланетных ученых смоделировала эти приливные возмущения и обнаружила, что даже небольшие изменения могут иметь значительные последствия:

«Хотя эти напряжения очень малы, обычно порядка нескольких килопаскалей и сопоставимы с давлением от легкого ручного нажатия, было замечено, что они могут вызывать медленные землетрясения на некоторых разломах», — говорят исследователи. 

Они проанализировали скольжение, перемещение и трение, происходящие на границах тектонических плит, используя моделирование с помощью пружинно-блочной модели и трения, зависящего от скорости и состояния.

Говоря простым языком, это упрощенная модель отдельного участка разлома. Она также учитывает постоянно меняющееся сопротивление трения на границе разлома, основанное на двух факторах: их скорости (интенсивности) и способе контакта друг с другом (состоянии).

Тот факт, что похлопывание по плечу может спровоцировать сейсмические события, также зависит от типа смоделированного разлома: от разлома, скользящего со стабильной скоростью, но легко выходящего за пределы своей «зоны комфорта».

Увеличение скорости приводит к уменьшению трения на границе разлома, что может усилить скольжение — в модели достаточно, чтобы вызвать как «быстрые», так и «медленные» события скольжения.

В целом, тип вызываемого землетрясения зависит от относительных фрикционных свойств разлома, поскольку, как предполагают исследователи, он реагирует на два основных фактора: амплитуду (силу) и период (длительность) приливного возмущения.

Эти факторы могут привести к различным результатам. Если амплитуда приливных сил невелика, разлом может продолжать медленно и спокойно смещаться.

Но когда амплитуда превышает пороговое значение, а период попадает в нужный диапазон, это может привести к смещению и вибрации разлома.

Продолжительность приливных возмущений может вызывать сейсмическую активность, если она совпадает с «естественной шкалой времени отклика» разлома, то есть временем, необходимым для реакции на стрессовые факторы на границе разлома и изменения его свойств, таких как трение (т.е., скорость и состояние). 

Этот резонанс может вызвать медленное событие, даже если возмущение незначительно, «подобно тому, как если бы вы качали качели в правильном ритме, они бы поднимались выше», — говорят исследователи.

Последствия могут быть предсказуемыми, что соответствует наблюдениям в реальных условиях, например, землетрясения на юго-западе Японии и в Каскадии (Тихоокеанский Северо-Запад), которые часто достигают пика с интервалами примерно в 12 и 24 часа во время приливов.

Однако возмущения также могут вызывать сейсмическую активность сложной во времени формы, которая носит более хаотичный и непредсказуемый характер. 

Наконец, исследователи изучили три возможных варианта времени возникновения сейсмических событий, вызванных приливами.

Во-первых, вызываются ли сейсмические события максимумом приливного напряжения, когда сила прилива достигает своего пика? 

Во-вторых, срабатывают ли они вблизи максимальной скорости приливного напряжения, когда давление от приливной силы возрастает быстрее всего?

Или же, возможно, они возникают случайным образом, без какой-либо конкретной приливной закономерности. 

Модель предполагает, что оба сценария применимы, но это зависит от времени приливного цикла и свойств линии разлома.

В данной работе, путем моделирования влияния приливных возмущений на земную кору, предлагается основа для интерпретации приливных закономерностей в медленных землетрясениях, что в конечном итоге может быть использовано в усилиях по прогнозированию землетрясений.

Например, сейсмологи могли бы «обратно проектировать» обнаруженные землетрясения, чтобы определить свойства разломов, такие как их прочность на трение и то, насколько они должны сместиться, прежде чем ослабнут, сопоставляя измеренную сейсмическую активность с приливной активностью, которую легко определить, поскольку довольно сложно потерять из виду Солнце и Луну.

Поскольку в данном исследовании моделируется отдельный участок зоны разлома в изоляции, оно может лучше подходить для моделирования повторяющихся локальных низкочастотных землетрясений (НЧЗ), а не сейсмических событий, таких как треморы, которые затрагивают множество участков и имеют более обширную территорию.

Наконец, поскольку исследователи обнаружили медленные землетрясения в исключительно активных зонах субдукции Тихоокеанского региона, команда утверждает, что они «предоставляют ценную информацию о накоплении и высвобождении напряжений вдоль границы плит и, следовательно, имеют большое значение для оценки потенциала разрыва и пространственного распространения будущих мегаземлетрясений».

Мегаземлетрясения — это самые мощные в мире виды сейсмических потрясений, способные вызывать разрушительные цунами и даже оживлять вулканы.