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

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 .

Причины и следствия такой замедленной сейсмичности пока не ясны. Многие геологи считают, что эти события могут быть связаны с флюидами, просачивающимися через деформирующиеся породы, и в таком случае трещины в древних породах, заполненные минеральными массами, называемые жилами , — источники многих металлических руд — в действительности могут быть следами древних медленных землетрясений. Это весьма интригующая гипотеза, однако гораздо важнее вопрос о том, как могут быть связаны между собой эти медленные сейсмические процессы и внезапные, разрушительные землетрясения. Помогают ли медленные землетрясения понемногу снижать накапливающееся напряжение в зонах разлома путем мелких приращений или же они предвосхищают более мощные, потенциально катастрофические события? [49] Yamashita, Y., et al., 2015. Migrating tremor off southern Kyushu as evidence for slow slip of a shallow subduction interface. Science , 348, 676–679. doi:10.1126/science.aaa4242 Исследования зон разломов по всему миру — на западе США, в Новой Зеландии, Японии, Центральной Америке — приводят к неутешительному выводу, что для разных зон разломов и разных глубин ответ может различаться. Представляется также, что во временны́х масштабах от нескольких столетий до тысячелетий в поведении разломов могут обнаруживаться тайные особенности, которые на сегодняшний день находятся за пределами наших возможностей наблюдения.

Подобно тому как неспешно происходит процесс образования гор, иногда перемежаясь бурными импульсами, их разрушение представляет собой комбинацию непрерывного процесса с дискретным. Мы, люди, привыкли считать, что, глядя на горные массивы, смотрим в лицо самой вечности, тогда как в действительности видим перед собой великий символ бренности. Величественные вершины и исполинские скалы — это всего лишь плоды незаконченного труда бригады одержимых скульпторов: воды, льда и ветра, вступающих в творческий союз с силой тяжести. Введенные в заблуждение кажущейся незыблемостью, мы бываем потрясены, когда очередной обвал оставляет шрам на склоне нашей любимой горы в Йосемитском национальном парке или уродует «лицо» знаменитого утеса Старик в Нью-Гэмпшире. Исследования в области геоморфологии (изучающей эволюцию ландшафтов) говорят о том, что эпизодические оползни и другие типы масштабного обрушения склонов могут быть наиболее важным механизмом эрозии в горной местности, тогда как реки (ранее считавшиеся основными агентами эрозии) просто убирают за ними мусор на протяжении последующих десятилетий и столетий [50] Booth, A., Roering, J., and Rempel, A., 2013. Topographic signatures and a general transport law for deep-seated landslides in a landscape evolution model. Journal of Geophysical Research: Earth Surface , 118, 603–624. doi:10.1002/jgrf.20051 .