Загадочные барьеры в океанском разломе оказались активными тормозами, не дающими землетрясениям разрастаться
Ученые разгадали десятилетиями хранившуюся загадку серии необычно предсказуемых землетрясений, происходящих глубоко под Тихим океаном. Исследователи обнаружили природные «зоны торможения», которые неоднократно останавливают рост разрывов земной коры и не дают подземным толчкам разрастаться до более крупных масштабов. Это открытие было сделано на разломе Гофар, расположенном примерно в 1600 километрах к западу от Эквадора вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия. По меньшей мере 30 лет этот разлом производил землетрясения магнитудой 6 каждые пять-шесть лет практически в одних и тех же местах, что представляет собой редкую закономерность в сейсмологии, где большинство сильных землетрясений остаются крайне непредсказуемыми.
Исследователи теперь утверждают, что структурно сложные области внутри разлома действуют как барьеры, ограничивающие расстояние, на которое могут распространяться разрывы при землетрясениях. Эти зоны неоднократно останавливают подземные толчки практически в одних и тех же точках на протяжении каждого сейсмического цикла. «Мы знали об этих барьерах уже давно, но вопрос всегда заключался в том, из чего они сделаны и почему они так надежно останавливают землетрясения, цикл за циклом», — пояснила сейсмолог Цзяньхуа Гун, ведущий автор исследования и доцент кафедры наук о Земле и атмосфере Университета Индианы в Блумингтоне.
Чтобы понять этот механизм, исследователи проанализировали данные двух крупных экспериментов по мониторингу океанского дна, проведенных в 2008 году и в период с 2019 по 2022 год. Ученые разместили океанские донные сейсмометры на разных сегментах разлома Гофар, зафиксировав десятки тысяч крошечных землетрясений до и после двух событий магнитудой 6. Полученные данные выявили поразительно последовательную картину. В дни, предшествовавшие сильным землетрясениям, в зонах барьеров происходили всплески мелкой сейсмической активности. Сразу после того, как происходил более крупный разрыв, те же самые области внезапно становились тихими.
Исследователи пришли к выводу, что барьеры представляют собой не пассивные участки горных пород, а активные области разлома со сложной геометрией. В этих зонах разлом разделяется на множество ответвлений с боковыми смещениями между ними, создавая небольшие промежутки растяжения внутри системы разлома. Команда также нашла доказательства того, что морская вода проникает глубоко в эти трещиноватые зоны. Вместе геометрия разлома и захваченные жидкости создают процесс, называемый «дилатансионным упрочнением». Когда крупный разрыв достигает барьера, быстрое движение резко снижает поровое давление внутри водонасыщенной породы. Это временное падение давления эффективно блокирует зону разлома и замедляет разрыв прежде, чем он сможет продолжить распространяться дальше.
«Эти барьеры — не просто пассивные элементы ландшафта, — объяснила Гун. — Они являются активными, динамичными частями системы разлома, и понимание того, как они работают, меняет наше представление о пределах распространения землетрясений на этих разломах». Это открытие может помочь объяснить давнюю загадку в мировых записях о землетрясениях: почему многие крупные подводные землетрясения не достигают таких масштабов, какие позволяют геологические условия. Подобные разломы, такие как Гофар, существуют по всему океанскому дну, где тектонические плиты скользят горизонтально друг относительно друга. Ученые теперь полагают, что аналогичные зоны барьеров могут действовать как естественные системы ограничения разрывов на многих из этих подводных разломов.
Это, в свою очередь, может улучшить модели землетрясений, используемые для оценки сейсмической опасности вблизи прибрежных регионов и в системах подводных разломов по всему миру. Исследователи также отмечают, что данная работа подчеркивает, как жидкости внутри разломов могут сильно влиять на поведение землетрясений, что ученые все чаще признают ключевым фактором сейсмической активности. Сам разлом Гофар не представляет прямой опасности, поскольку находится далеко от населенных береговых линий. Однако открытый на нем механизм может применяться ко многим другим подводным системам разломов по всему миру.
Исследование в журнале Science.