Подводные «тормоза» Земли: ученые выяснили, почему некоторые разломы не дают мегаземлетрясениям уничтожить побережья
В восточной части Тихого океана, примерно в полутора тысячах километров от побережья Эквадора, существует необычный подводный разлом. На протяжении как минимум трёх десятилетий он ведет себя почти как часы: каждые пять–шесть лет здесь происходят землетрясения магнитудой около 6. Причём толчки возникают практически в одних и тех же местах и достигают почти одинаковой силы.
Для сейсмологов подобная регулярность — редчайшее явление. Землетрясения считаются крайне хаотичными процессами, а предсказуемость в этой области обычно ограничивается лишь статистическими оценками. Именно поэтому загадка так называемого разлома Гофар долгое время оставалась одной из самых интригующих в современной геофизике.
Теперь международная группа ученых заявила: механизм найден. Исследователи обнаружили внутри океанического разлома особые зоны, которые работают как естественная система торможения и не позволяют подземным толчкам перерастать в разрушительные мегаземлетрясения.
Работа опубликована в журнале Science, а ключевые результаты представила команда под руководством сейсмолога Цзяньхуа Гуна из Индианского университета.
Разлом, который нарушал правила
Разлом Гофар расположен в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия — одной из самых активных тектонических зон планеты. Здесь Тихоокеанская и плита Наска скользят друг относительно друга со скоростью около 14 сантиметров в год.
Для обычного человека эта цифра кажется ничтожной. Однако в масштабах геологии это чрезвычайно быстрое движение. Именно накопление напряжения между плитами и приводит к землетрясениям.
Особенность Гофара заключалась не только в регулярности подземных толчков. Ученые давно заметили, что крупные разрывы словно упираются в невидимую стену: землетрясение начинается, распространяется по разлому, но затем внезапно затухает.
Между участками, где происходят сильные толчки, располагаются сравнительно «тихие» зоны. Они накапливают напряжение, однако не разрушаются катастрофическим образом. Геофизики называли их «барьерами», но не понимали, что именно делает их столь устойчивыми.
Некоторые специалисты предполагали, что дело в составе пород. Другие считали, что роль играет температура или давление. Однако убедительных доказательств не существовало.
Эксперимент на дне океана
Чтобы разгадать природу загадочных барьеров, ученые провели два масштабных подводных эксперимента — первый в 2008 году, второй в период с 2019 по 2022 год.
На океанском дне были установлены десятки высокочувствительных сейсмометров. Эти приборы способны фиксировать даже мельчайшие колебания земной коры.
В результате исследователи получили беспрецедентный массив данных: приборы зарегистрировали десятки тысяч микроземлетрясений, происходивших до и после двух крупных толчков магнитудой 6.
Именно эти наблюдения позволили буквально «заглянуть внутрь» механизма работы разлома.
Ученые обнаружили повторяющийся сценарий.
За несколько дней или недель до крупного землетрясения в барьерных зонах резко возрастала мелкая сейсмическая активность. После основного толчка эти же участки практически полностью затихали.
Поскольку одинаковая картина наблюдалась в разных сегментах разлома и в разные годы, исследователи пришли к выводу: речь идет о фундаментальном физическом процессе.
Как работают подземные «тормоза»
Главное открытие оказалось связано со строением самого разлома.
Ранее считалось, что барьерные зоны относительно однородны. Однако новые данные показали: внутри них разлом раздроблен на множество мелких ответвлений и трещин.
Между этими участками возникают небольшие смещения — от сотни до нескольких сотен метров. Из-за такой геометрии внутри пород образуются своеобразные пустоты и карманы.
Но решающую роль играет вода.
Ученые выяснили, что морская вода проникает глубоко внутрь трещин и насыщает породы жидкостью. Когда происходит сильное землетрясение, давление внутри этих насыщенных зон резко падает.
В этот момент возникает эффект, который геофизики называют «дилатантным упрочнением».
Проще говоря, порода начинает временно заклинивать сама себя.
Разлом словно теряет способность свободно скользить. Распространение разрушения замедляется или полностью останавливается.
Именно поэтому землетрясение не может вырасти в катастрофу значительно большей мощности.
По сути, внутри тектонической системы существуют встроенные природные «тормоза».
Почему это открытие важно
Сам разлом Гофар находится далеко от густонаселенных территорий, поэтому его землетрясения редко представляют непосредственную угрозу людям.
Однако значение открытия выходит далеко за пределы одного района Тихого океана.
Подобные трансформные разломы существуют по всему миру — как на океанском дне, так и рядом с побережьями.
Сейсмологи давно замечали странную закономерность: некоторые разломы словно обладают естественным пределом мощности. Даже при накоплении огромного напряжения они не производят мегаземлетрясений.
Новая работа может объяснить этот феномен.
Если аналогичные барьерные зоны действительно широко распространены, то они способны играть глобальную роль в ограничении силы подземных толчков.
А это уже напрямую связано с прогнозированием рисков.
Может ли это помочь предсказывать землетрясения?
Полноценное предсказание землетрясений по-прежнему остается одной из самых сложных задач современной науки.
Сегодня исследователи способны оценивать вероятность сильных толчков лишь статистически — например, говорить о риске землетрясения в определенном регионе в течение ближайших десятилетий.
Однако новое исследование дает ученым дополнительный инструмент.
Если удастся выявлять и картографировать подобные «тормозные зоны», специалисты смогут гораздо точнее понимать, какие участки разломов способны породить катастрофические события, а какие — ограничивают распространение разрыва.
Это особенно важно для прибрежных регионов, где подводные землетрясения могут вызывать цунами.
Даже небольшое изменение оценки потенциальной мощности толчка может повлиять на строительство инфраструктуры, проектирование портов, атомных электростанций и систем гражданской защиты.
Новый взгляд на природу катастроф
Исследование разлома Гофар меняет не только практические подходы к оценке рисков, но и фундаментальное понимание того, как устроена Земля.
Еще недавно многие геофизики рассматривали разломы как относительно простые поверхности скольжения.
Теперь становится ясно: внутри них существуют чрезвычайно сложные структуры, где геометрия трещин, давление жидкости и механические свойства пород взаимодействуют друг с другом почти как живой организм.
Фактически ученые обнаружили, что сама планета может обладать механизмами саморегуляции, ограничивающими масштаб некоторых катастрофических процессов.
И хотя человечество пока далеко от того, чтобы научиться точно предсказывать землетрясения, подобные открытия постепенно приближают науку к пониманию того, почему одни разломы порождают апокалиптические события, а другие — словно удерживают себя от разрушения.
Что дальше
Следующий этап исследований — поиск аналогичных барьерных зон в других частях мирового океана.
Кроме того, ученые намерены использовать новые методы подводного мониторинга и компьютерного моделирования, чтобы выяснить, насколько устойчив этот механизм в долгосрочной перспективе.
Если теория подтвердится, это может стать одним из важнейших прорывов в сейсмологии последних десятилетий.
Парадоксально, но, возможно, именно морская вода — стихия, которую обычно связывают с разрушительными цунами, — помогает самой Земле сдерживать наиболее опасные землетрясения.
Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что ученые раскрыли шокирующую правду, что скрывается под островами
