Гармония разломов: сейсмологи учатся прогнозировать землетрясения по-новому

Группа американских ученых из Университета Брауна представила результаты исследования, способного изменить наше понимание природы землетрясений и методов их прогнозирования. В статье, опубликованной в научном журнале Nature , геофизики предлагают новый способ оценки сейсмической опасности, основанный на геометрической сложности разломов земной коры.

Традиционно в геологии разломы представлялись как ровные срезы в горных породах, подобные разрезу торта острым ножом. Однако в реальности все гораздо сложнее. Разломы могут извиваться зигзагами, образовывать волнообразные структуры, создавая изгибы и пустоты между породами и оставляя зазубренные края. Более того, множество разломов могут пересекаться и накладываться друг на друга, формируя сложные сети, напоминающие паутину.

Именно они часто становятся эпицентрами землетрясений. Яркий пример — разлом Сан-Андреас, протянувшийся более чем на 1300 километров через Калифорнию и Нижнюю Калифорнию в Мексике. Этот разлом стал причиной ряда разрушительных бедствий, включая катастрофу 1906 года в Сан-Франциско и землетрясение 1989 года, приведшее к обрушению автомагистрали в Окленде.

Долгое время считалось, что ключевую роль в сейсмической активности играет трение между блоками пород вдоль линий разломов. При высоком трении породы сцепляются друг с другом, что приводит к постепенному накоплению напряжения. Когда оно достигает критического уровня, происходит резкое смещение пород, вызывающее подземные толчки. Однако существует и противоположный сценарий: если породы способны плавно и непрерывно скользить относительно друг друга, напряжение рассеивается постепенно. Этот процесс, известный как «крип», препятствует накоплению сейсмической энергии и, соответственно, снижает вероятность возникновения землетрясений.

Новое исследование показывает, что не менее важную роль играет геометрическая сложность самих разломов — то, насколько они извилисты и волнообразны. Виктор Цай, соавтор работы и геофизик из Университета Брауна, поясняет: «Наша цель — научиться предсказывать, где могут произойти крупные землетрясения».

Для оценки геометрической сложности геологических структур Цай и его коллеги измерили их плотность, а также среднюю «выровненность» — насколько близки они к параллельным линиям. Данные были предоставлены Геологической службой США. Проанализирована была определенная территория в Калифорнии.

Затем команда сопоставила полученные сведения с информацией о сейсмической активности и скорости крипа в каждой зоне. Результаты оказались неожиданными: участки с наиболее сложной геометрией, как правило, демонстрируют более низкие показатели крипа и порождают более опасные землетрясения. Более равномерные зоны чаще характеризуются высокими показателями крипа и меньшим количеством сейсмических событий.

Новый подход к оценке сейсмической опасности особенно перспективен для регионов с хорошо изученной геологией, таких как Калифорния. Однако его применение в других частях мира может быть затруднено из-за недостатка детальных карт разломов. Ромен Жоливе, геофизик из Высшей нормальной школы в Париже, не участвовавший в исследовании, отмечает, что создание качественной карты разломов требует десятилетий полевых исследований, которые не всегда возможны из-за сложного рельефа, недостатка финансирования или политической нестабильности.

Эта работа открывает новые горизонты в сейсмологии и может стать важным шагом на пути к более эффективному предсказанию землетрясений. В перспективе это может привести к разработке более точных систем раннего оповещения и улучшению сейсмостойкого строительства, что в конечном итоге поможет спасти множество жизней в сейсмоопасных регионах планеты.