Жидкость уменьшает толчки

Землетрясения, извержения вулканов и цунами – стихийные бедствия, от которых не застрахован, строго говоря, никто. Жители сейсмически неспокойных зон постоянно живут на «пороховой бочке». Несмотря на то что сейсмически опасные зоны хорошо известны и на них работает масса сейсмических станций, фактически механизма предсказания землетрясений не существует. В последние дни на Суматру обрушилось мощное землетрясение, на Самоа – цунами. Весной произошло землетрясение в Центральной Италии, а больше года назад мощные подземные толчки сотрясли китайскую провинцию Сычуань. Все эти происшествия имели место в хорошо известных сейсмически опасных зонах, но, строго говоря, и жители центральных частей мощных литосферных плит ни от чего не застрахованы: где возникнет новый разлом – сказать невозможно.

И вот ученые, живущие в городе Сан-Андреас, в области одного из разломов, на границе Североамериканской и Тихоокеанской литосферных плит на территории США,

предложили метод предсказания землетрясений, который они считают прорывом в сейсмологии.

Работа, опубликованная в Nature, обобщает результаты 20-летних наблюдений сейсмической активности в зоне разлома. Высокоточные оборудование, которое использовалось для мониторинга, позволило регистрировать в том числе очень слабые сейсмические волны, которые доходили до зоны наблюдений в результате мощных отдаленных подземных толчков.

Разлом Сан-Андреас относится к типу активных континентальных окраин: в этой зоне океаническая литосферная плита подползает под материковую, тем самым вызывая сейсмическую активность как в глубинных зонах на дне океана недалеко от берега, так и в горах на материке. Движение плит происходит непрерывно, а не толчками, это постоянный процесс. Однако на поверхности Земли это движение чаще всего остается незамеченным, так как ему препятствует сила трения, поэтому энергия накапливается в виде потенциальной энергии упруго деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных пород земных недр. В момент превышения предела прочности пород возникает очаг землетрясения: накопленная потенциальная энергия переходит в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны) и в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения.

Правда, активность разлома не постоянна. Она может разгораться и затухать, однако этот процесс происходит глубоко под поверхностью Земли, и наблюдать его сложно из-за все того же перехода энергии движения плит в потенциальную энергию деформации. Фактически активный разлом какое-то время выглядит так же, как и затухающий, пока не произойдет землетрясение.

По этой причине затруднена и оценка сейсмических рисков на конкретной территории.

Изученная учеными область разлома Сан-Андреас недалеко от Паркфилда оснащена многочисленной цепью сейсмометров, находящихся в скважинах глубоко под Землей. Эта группа приборов носит название «Сейсмическая сеть высокого разрешения». Это и другое геофизическое оборудование составляет вкупе с движениями земной коры природную лабораторию для изучения физики землетрясений, так как на этой территории постоянно происходят малозначительные подземные толчки.

Сейсмограммы, полученные во время таких толчков, показали, что в зоне разлома под землей находятся области, заполненные жидкостью. Исследователи обратили внимание, что их местоположение не постоянно, а меняется раз за разом. Кроме того, в период наблюдений повторные землетрясения в этой области становились более слабыми и более частыми, а это считается сигналом дезактивации разлома.

Ученые предположили, что именно движение текучей среды снизило активность разлома.

Гигантские массы жидкости действуют как своего рода смазка в месте соприкосновения литосферных плит. Это снижает трение, предотвращает накопление энергии в толщах пород и последующие землетрясения и ведет к дезактивации разлома.

Отмечается, что смещение масс жидкостей на глубине 3 км отмечалось в диапазоне лишь около 10 м, поэтому эффект действительно является очень тонким и для его регистрации пригодно лишь самое точное оборудование.

Оставалось выяснить, что вызывает сдвиги жидкостей. Ученые считают, что ответили и на этот вопрос. Два заметных перемещения произошли после того, как через наблюдаемую зону прошли слабые остаточные сейсмические волны очень мощных и очень отдаленных подземных толчков, таких как землетрясение на Суматре 2004 года. Небольшое давление, вызванное этими волнами, может быть вполне достаточным, чтобы жидкости начали перемещаться.

Таким образом, активность тектонического разлома, а также риск землетрясений обусловлены сейсмическими событиями на другой стороне Земли.

Сложно сказать, какова будет предсказательная сила этого метода, ведь интерпретировать уже произошедшие события всегда легче. Кроме того, вряд ли аналогичный мониторинг возможен на серьезных активных границах литосферных плит, коей является Тихоокеанское огненное кольцо, куда входят Индонезия, Япония, Сахалин и Курильские острова. Здесь сохранность дорогостоящего оборудования в буровых скважинах кажется весьма и весьма сомнительной: очередного землетрясения станция вполне может не пережить. Но нет сомнений, что нынешнее открытие станет вехой в изучении причин и механизмов возникновения землетрясений.