Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Во время землетрясения на Суматре в 2004 г., вызвавшего разрушительное цунами, активизировался участок на стыке плит протяженностью 1100 км [45] Stein, S., and Okal, E., 2005. Speed and size of the Sumatra earthquake. Nature , 434, 581–582. doi:10.1038/434581a . Подводный разрыв распространялся от очага на север в течение 10 адских минут со скоростью более 1,6 км/с, или 6900 км/ч. На всем этом расстоянии Зондская плита (обычно рассматривается как часть Евразийской плиты), на которой находится Индонезия, пододвинулась под соседнюю плиту в западном направлении в среднем на 20 м, на что при нормальной скорости движения плиты потребовалось бы примерно 1000 лет. Сдвигание каждого последующего сегмента границы плиты порождало мощные сейсмические волны — подлинную причину сотрясения поверхности земли, которые распространялись концентрическими кругами, подобно ряби от брошенного в воду камня, со скоростью от 3 до 5 км/с. Измерение этих скоростей представляет не только чисто научный интерес. Несмотря на высокую скорость распространения фронта разрыва и сейсмических волн, электромагнитные волны, передающие цифровую информацию, движутся еще быстрее. В Индонезии, Японии и других сейсмоопасных регионах были созданы системы оповещения о землетрясениях и цунами по мобильным телефонам — в надежде на то, что даже несколько секунд в критических обстоятельствах помогут спасти человеческие жизни.

Хотя пока мы не научились точно предсказывать, где и когда произойдут сильные землетрясения, одно можно сказать наверняка: они будут продолжаться. Глобальные инструментальные сейсмические данные, собранные почти за столетие, показывают, что мегаземлетрясение с магнитудой около 9 следует ожидать вдоль одной из планетарных зон субдукции в среднем каждые несколько десятилетий. По всему миру на всех типах разломов каждый год происходит одно-два 8-балльных и несколько десятков 7-балльных землетрясений [46] Ben-Naim, E., Daub, E., and Johnson, P., 2013. Recurrence statistics of great earthquakes. Geophysical Research Letters , 40, 3021–3025. doi:10.1002/grl.50605 . Таким образом, строительство сейсмостойких зданий в сейсмически активных регионах должно стать одним из ключевых гуманитарных приоритетов во всем мире. В XXI в. нам должно быть стыдно со средневековым ужасом и удивлением взирать на развалины городов и тысячи жертв, как это случилось в январе 2010 года на Гаити, когда 7-балльное землетрясение унесло более ста тысяч человеческих жизней.

На протяжении десятилетий геологи считали, что деформация земной коры в зонах разломов происходит в двух радикально разных режимах: быстро и бурно (со скоростью несколько метров в секунду) во время землетрясений и медленно и спокойно (со скоростью несколько сантиметров в год) в остальное время. Поскольку считалось, что между этими физическими явлениями в зонах разломов, столь различающимися по своим временны́м характеристикам, мало общего, сейсмологи — ученые, изучающие землетрясения, — и геологи-«структурщики» (такие как я), изучающие постепенные горообразующие тектонические процессы, традиционно относились к двум разным академическим кланам. Однако позднее эти две области геологической науки начали сближаться. В конце 1980-х гг. было установлено, что характерная стекловатая порода с труднопроизносимым названием псевдотахилит , иногда встречающаяся в древних зонах разломов, является продуктом локализованного фрикционного плавления, которое могло возникнуть только при смещении пород вдоль плоскости разлома со скоростью в несколько метров в секунду, т. е. при землетрясениях. Таким образом, ученые впервые смогли непосредственно наблюдать физические последствия воздействия сейсмического сдвига на породы, находившиеся в очаге землетрясения. А в начале XXI в. появление сейсмических «антенн» нового поколения в сочетании с высокоточным GPS-мониторингом движений земной коры и развитие вычислительных мощностей для обработки данных привели к удивительному открытию, что разломы в действительности демонстрируют более широкий спектр поведения, чем считалось раньше.

Между «ползучими» тектоническими движениями, происходящими медленно и долго, на фоновых тектонических скоростях, и обычными землетрясениями, длящимися считаные секунды или минуты, геологи зарегистрировали промежуточные события, называемые медленными землетрясениями . Эти события длятся от нескольких дней до нескольких недель и сопровождаются генерацией очень низкочастотных подземных толчков (тремора), которые прежде считались шумом и игнорировались. В отличие от обычных землетрясений, при которых разрыв разрастается со скоростью нескольких километров в секунду, медленные землетрясения распространяются вдоль зоны разлома со скоростью пешехода— на 16–32 км в день. Еще одна странность состоит в том, что некоторые из них затем разворачиваются и распространяются в обратном направлении с чуть более высокой скоростью [47] Houston, H., et al., 2011. Rapid tremor reversals in Cascadia generated by a weakened plate interface. Nature Geoscience , 4, 404–408. doi:10.1038/NGEO1157 , подобно туристу, который торопливо возвращается по своим следам, чтобы подобрать потерянную рукавицу. Что еще более странно, в некоторых зонах разлома такие медленные сдвиговые события повторяются с регулярными, но необъяснимыми интервалами. Например, в зоне субдукции Каскадия, проходящей вдоль побережья штата Вашингтон и Британской Колумбии, медленные землетрясения в среднем повторяются каждые 14 месяцев [48] Brudzinksi M. and Allen R., Segmentation in episodic tremor and slipall along Cascadia, Geology , 35, 2007. 907–910; doi:10.1130/G23740A.1 .