11 марта 2011 года землетрясение магнитудой 9, 0 потрясло Японию в течение почти шести минут, вызвав цунами и ядерную катастрофу, в результате которой погибли почти 20 000 человек. Но под поверхностью тектонические плиты у восточного побережья Японии незаметно начали сдвигаться задолго до того, как началось сотрясение. В феврале 2011 года два тихих землетрясения начали медленно ползти вдоль Японской впадины к точке, где через месяц начнется мощное мегаперспективное землетрясение.
Связанный контент
- Геология позади Катастрофического Землетрясения Италии
- Сейсмические замедления могут предупредить надвигающиеся землетрясения
Эти странные, тихие землетрясения называются событиями медленного проскальзывания или медленными землетрясениями - зонтичными терминами спектра сдержанного движения и тряски, которые происходят на границе между тектоническими плитами. Обнаруженные только в последние 20 лет, медленные землетрясения все еще являются сейсмической головоломкой. Они могут сдвигать тектонические плиты столько же или больше, чем землетрясение магнитудой 7 баллов. Но в то время как регулярное землетрясение внезапно высвобождает сейсмические волны, которые могут опрокинуть здания, медленное землетрясение длится дни, месяцы, иногда даже годы - и люди поблизости никогда ничего не чувствуют.
Считается, что эти незаметные грохоты предшествовали мощным землетрясениям, разразившимся в Японии, Мексике и Чили, но мы не знаем, вызвали ли медленные землетрясения массивные толчки или даже как они связаны с их более быстрыми, более опасными коллегами. Расшифровка, когда, где и почему медленные землетрясения могут помочь нам понять наиболее опасные зоны разломов на нашей планете - и, возможно, даже помочь нам прогнозировать разрушительные землетрясения и цунами, прежде чем они нанесут свой ущерб.
«Это настоящая загадка», - говорит Хайди Хьюстон, геофизик из Вашингтонского университета в Сиэтле. «Мы изучали регулярные землетрясения в течение десятилетий, и мы понимаем некоторые вещи о них - и затем этот процесс идет, и он одинаков в некоторых аспектах, и так сильно отличается в некоторых других аспектах».
Установка датчиков для контроля тонких движений земли. (Предоставлено Херб Драгерт) До конца 1990-х годов ученые-геологи думали, что понимают, как мозаика тектонических плит, покрывающих поверхность Земли, движется и соединяется. Они предположили, что, когда одна плита земной коры скользит мимо другой, плиты либо неуклонно проползают мимо друг друга, либо застревают, накапливая напряжение, пока они взрывно не выскальзывают в результате землетрясения, которое колеблется в зоне разлома.
Но начиная примерно с нового тысячелетия, поток научных публикаций описал новый класс повторяющихся и широко распространенных медленных землетрясений, наблюдаемых на противоположных краях Тихоокеанского кольца.
Первое сообщение о четко определенном событии медленного проскальзывания пришло из зоны субдукции Каскадия, которая образована платформой Хуан-де-Фука, проталкивающейся под плитой Северной Америки из северной Калифорнии на остров Ванкувер. Там области примерно в 20 милях от поверхности смягчаются глубинами и высокими температурами и плавно скользят мимо друг друга. Но более мелкие, хрупкие части скользящих тектонических плит могут слипаться, пока застрявшая область не разорвется в гигантском мегатерсии. Cascadia не спровоцировала гигантское землетрясение с 1700-х годов, но грохочущие в сейсмическом сообществе предполагают, что приближается следующее сильное землетрясение.
В 1999 году геофизик Херб Драгерт из Геологической службы Канады заметил, что некоторые станции непрерывного GPS-мониторинга на южном острове Ванкувер и на Олимпийском полуострове ведут себя странно. Семеро из них прыгнули примерно на четверть дюйма за несколько недель в направлении, противоположном обычному движению плиты. Этот вид обратного прыжка - это то, что вы ожидаете увидеть при землетрясении, но не было никакого заметного сотрясения.
«Сначала Херб очень волновался - он думал, что с данными что-то не так», - говорит Келин Ван, ученый из Геологической службы Канады, который работал с Драгертом и геологом Томасом Джеймсом, чтобы расшифровать эту головоломку. «Он попробовал все, чтобы доказать свою неправоту, и все не получилось».
Это потому, что с данными все в порядке. Вскоре команда поняла, что они видят табличку с изображением Северной Америки и табличку Хуана де Фука, осторожно скользящую, когда участки, где они были склеены, расстегнуты. На расстоянии от 18 до 24 миль под поверхностью эти застрявшие участки находились выше высокотемпературной области высокого давления, где пластины плавно скользят, но ниже заблокированных сейсмических участков зоны субдукции. И получается, что липкая промежуточная зона проскальзывает по графику примерно каждые 14 месяцев.
Примерно в то же время в Тихом океане сейсмолог из Национального исследовательского института наук о Земле и предотвращения стихийных бедствий заметил низкочастотные колебания, которые периодически распространяются от сейсмометра к сейсмометру через зону субдукции Нанкайского прогиба на юго-западе Японии. Казушиге Обара, который в настоящее время находится в Токийском исследовательском институте по исследованию землетрясений, отмечает, что эти грохоты начинались в 21 миле от поверхности и могли продолжаться в течение нескольких дней, напоминая тремор, сопровождающий извержения вулканов, но это не вулканическая зона.
Когда Обара и Драгерт встретились на конференции, они поняли, что события медленного скольжения, обнаруженные Драгертом с помощью GPS, и не вулканический тремор, обнаруженный Обарой на сейсмометрах, могут быть признаками одного и того же типа незаметного движения плит в зонах субдукции.
«Я был поражен их одинаковым временем продолжительности, одинаковым выравниванием с ударом по соответствующим зонам субдукции, одинаковой глубиной залегания», - говорит Драгерт в электронном письме.
Поэтому, когда Драгерт вернулся в Канаду, его коллега Гарри Роджерс, ныне вышедший на пенсию сейсмолог, работавший с Драгертом в Геологической службе Канады, охотился через коробки со старыми сейсмограммами, чтобы попытаться определить характерную волну тремора. Они находили его каждый раз, когда устройства GPS записывали событие медленного скольжения.
«Волосы стояли у меня на затылке, - говорит Роджерс. «Это был очень волнующий день».
Вскоре после Обара подтвердила дрожь, которую он видел в Японии. Теперь мы знаем, что существуют различные виды медленных землетрясений, которые могут происходить с тремором или без него, на разных глубинах и в течение разных периодов времени. Они незаметно проскользнули через зоны субдукции у берегов Аляски, Коста-Рики, Мексики, Новой Зеландии и даже через интерфейс вертикальной плиты разлома Сан-Андреас, и все без обнаружения (если вы не спутник или сейсмометр).
«Мы действительно понятия не имели, что существует весь этот богатый спектр и семейство событий, связанных с ошибками», - говорит Лаура Уоллес, геофизик из Техасского университета в Остине, которая изучает медленные землетрясения у побережья Новой Зеландии. «Это действительно изменило наше понимание того, как ошибки ведут себя на границах плит и как учитывается движение плит. Это довольно большое дело.
Новая Зеландия и морское дно. Траншея Хикуранги находится к югу от темно-синей траншеи (траншеи Кермадек) в верхней средней части этого изображения. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Но исследование этого богатого спектра событий медленного скольжения является проблемой - отчасти потому, что они такие тонкие, а отчасти потому, что они в основном недоступны.
«Просто чертовски трудно смотреть на то, что так глубоко в Земле», - говорит Роджерс. Особенно, если это что-то глубоко в море, например, события медленного проскальзывания, которые сдвигают траншею Хикуранги с восточного побережья Северного острова Новой Зеландии на несколько дюймов каждые несколько лет.
Так что в 2014 году Уоллес стал креативным. Она руководила развертыванием сети подводных манометров для обнаружения любого вертикального движения морского дна, которое может сигнализировать о медленном скольжении. Она точно рассчитала время: манометры обнаружили, что дно океана под ними вздымалось вверх и вниз, что, как рассчитали Уоллес и ее команда, означало, что пластины проскальзывали на 4–8 дюймов в течение нескольких недель. В отличие от медленных оползней, которые происходят глубоко под поверхностью в Каскадии и Японии, эти оползни произошли всего в 2, 5-4 милях от морского дна - это означает, что медленные землетрясения могут происходить на глубинах и в условиях, значительно отличающихся от тех, в которых они были первоначально обнаружен в.
Более того, участок траншеи, в котором скользили манометры Уоллеса, был тем же самым, что вызвало два цунами в 1947 году, которые разрушили коттедж, бросили двух человек на внутренней дороге и каким-то образом никого не убили.
«Если мы сможем понять эту взаимосвязь между событиями медленного проскальзывания и разрушительными землетрясениями в зонах субдукции, в конечном итоге мы сможем использовать эти вещи в прогнозной манере», - говорит она.
Но сначала нам нужно лучше выявлять и отслеживать их, что и пытается сделать Демиан Саффер из Университета штата Пенсильвания. В течение последних шести лет он работал с учеными из Японии и Германии над созданием двух обсерваторий для скважин - в основном, наборов инструментов, запечатанных в буровые скважины глубоко под морским дном возле Нанкайской впадины на юго-западе Японии - месте, где Обара впервые обнаружил тремор,
Из этих скважинных обсерваторий, а также из данных, собранных сетью датчиков морского дна, его команда собрала предварительные доказательства медленных проскальзываний, которые совпадают с роями небольших низкочастотных землетрясений. Сэффер подозревает, что эти медленные медленные проскальзывания могут ослаблять растягивающее напряжение на границе плиты, которое в противном случае могло бы разорваться в результате катастрофического землетрясения.
Он сравнивает это явление с проскальзыванием сцепления, которое создает небольшое напряжение, но затем выходит из строя каждые несколько месяцев или лет. «То, что мы видим, является очень предварительным, но мы видим признаки довольно распространенных медленных событий, которые, по-видимому, снимают напряжение на границе плиты, что отчасти круто», - говорит он. Он представит эти результаты на заседании Американского геофизического союза осенью этого года.
Исследователи обнаружили набор подводных датчиков, которые отслеживали медленное скольжение у берегов Новой Зеландии. (Предоставлено Эрин Тодд из Калифорнийского университета в Санта-Круз) Уоллес, Саффер и большая международная команда ученых в настоящее время планируют экспедицию на 2018 год для бурения в траншею Хикуранги для создания аналогичных обсерваторий. И поскольку они бурили спины в океаническую кору, они планируют собрать образцы горных пород, которые составляют тектонические плиты, чтобы понять, что такое минералы и флюиды в зоне субдукции, которая позволяет медленному проскальзыванию происходить.
«Существует множество теорий о том, какие физические условия могут привести к такому медленному поведению, - объясняет Уоллес. Она говорит, что одним из самых популярных является то, что избыток жидкости в зоне разлома ослабляет ее и позволяет ей легче скользить. «Но мы до сих пор не понимаем этого», - добавляет она.
Там, где все это началось, в зоне субдукции Каскадия, Хайди Хьюстон из Вашингтонского университета также работает над пониманием основных механизмов, лежащих в основе медленных землетрясений. «Какие процессы замедляют их?» - говорит Хьюстон. «Это главная тайна их».
Хьюстон недавно обнаружил, что, когда подземные толчки грохочут под зонами разломов, их усиливают такие обыденные силы, как приливы. Она продолжает исследовать, как глубина, давление жидкости и минералы, осаждаемые на границе между тектоническими плитами, изменяют свойства медленных землетрясений.
Как и другие сейсмологи, геофизики и геофизики, которые тяготеют к медленным землетрясениям с момента их открытия, ощущения от того, что остается неизвестным, мотивируют Хьюстон, а также возможность того, что понимание медленных землетрясений однажды может дать нам представление о смертельных землетрясениях.
«Я провожу время, изучая этот процесс», - говорит она.
