Климат влияет на землетрясения: исследование озера Туркана подчеркивает связь между тектоникой и эволюцией человека

Озеро Туркана в северной Кении называют колыбелью человечества. Его богатый окаменелостями бассейн помог ученым восстановить историю эволюции человека. Теперь исследователи из Сиракузского университета и Оклендского университета показывают, что геологическая история озера может быть не менее значимой, чем антропологическая.

Их выводы, опубликованные в Scientific Reports, демонстрируют, что изменения уровня озера, вызванные климатом, влияли на активность разломов и производство магмы в Восточно-Африканской рифтовой долине. Это бросает вызов давнему убеждению, что континентальный рифтогенез управляется исключительно процессами в твердой Земле.

«Континентальный рифтогенез обычно считается процессом, коренящимся в тектонике плит, — объясняет Крис Шольц, соавтор исследования. — Наша работа показывает, что рифтогенез также формируется поверхностными процессами, включая региональный климат». Ведущий автор Джеймс Мьюирхед подчеркивает значение исследования для понимания эволюции человека, раскрывая сложный экологический фон ландшафта, который занимали ранние гоминиды.

Климат и земная кора

Около 2,2–2,0 млн лет назад вулканическая активность заблокировала естественный сток бассейна, сформировав озеро Туркана. За тысячелетия колебания климата вызывали резкие изменения уровня озера — иногда оно поднималось более чем на 100 метров выше, чем сегодня. Эти изменения оказали глубокое влияние на земную кору.

«Уровень воды в озере Туркана отражает региональный "гидроклимат". Во время более влажных периодов, примерно 9600–5300 лет назад, озеро было на сотни футов выше, чем сегодня, — говорит Шольц. — Мы обнаружили, что разломы скользили быстрее и производилось больше магмы под региональными вулканами, когда озеро было ниже». По словам Мьюирхеда, это связано с тем, что в более засушливые периоды с низким уровнем озера меньший вес воды давит на поверхность Земли, снижая давление в коре. Эти изменения давления приводят к увеличению плавления в горячих регионах на глубине и делают разломы или землетрясения более вероятными.

Полевые работы в рифте

Исследователи провели полевые работы в Туркане — чрезвычайно сложной среде. Команда перевезла свои исследовательские суда по суше и провела съемку и отбор проб, несмотря на отсутствие службы береговой охраны или спасательных операций. Им удалось собрать данные о 27 разломах под озером. Эти высокоразрешающие сканы разломов, по словам Мьюирхеда, предоставляют «возможно, лучшие оценки скорости активности разломов за последние 10 000 лет для любого рифтового бассейна в Восточно-Африканской рифтовой системе».

Данные показали, что линии разломов двигались быстрее и производилось больше магмы в более засушливые периоды при низком уровне озера. «Удивительно, насколько может измениться скорость разлома из-за всего лишь нескольких сотен метров изменения уровня озера, — говорит Мьюирхед. — Вероятно, это связано с тем, что плавление пород и генерация магмы под рифтом дополнительно усиливают тектонический отклик на эти изменения уровня озера».

Последствия для ранних людей и для нас

Исследование предлагает яркое представление об экологических давлениях, с которыми сталкивались ранние предки человека. Во время засушливых климатических фаз они, вероятно, переживали усиленную вулканическую и сейсмическую активность, которая изменяла ландшафты и влияла на доступ к жизненно важным ресурсам.

Сегодня последствия выходят далеко за рамки антропологии. Поскольку изменение климата продолжает изменять гидрологические системы, исследование предполагает, что тектоническая и вулканическая активность также может быть подвержена влиянию — хотя такие изменения будут разворачиваться в геологических масштабах времени.

«Изменение климата, вызванное ли деятельностью человека или нет, вероятно, повлияет на вероятность будущей вулканической и тектонической активности в Восточной Африке, — объясняет Мьюирхед. — Однако эти изменения происходят в геологических, а не в человеческих временных масштабах, поэтому их эффекты будут subtle и в значительной степени незаметны в течение одной жизни или даже поколений».

В ближайшей перспективе климатические прогнозы для озера Туркана показывают резкий сдвиг: вместо сокращения модели теперь предполагают, что озеро может подняться в следующие два десятилетия из-за увеличения осадков в его притоках, повышая риск наводнений. Эти изменения уровня воды, будь то из-за естественных событий или антропогенного освоения водных ресурсов, также могут влиять на динамику давления в коре.

Новые рамки для оценки опасностей

Результаты способствуют растущему массиву доказательств, поддерживающих системный взгляд на тектонику плит, который интегрирует влияние атмосферы и гидросферы, а не только процессов под поверхностью.

«Мы движемся к более целостному пониманию процессов, которые управляют тектоникой плит, — говорит Мьюирхед, — а также признаем роль тектоники плит в контроле долгосрочного климата и его влиянии на эволюционную траекторию жизни на нашей планете».

Этот сдвиг в перспективе имеет практические последствия для оценки опасностей и политики. Линии разломов в континентальных рифтовых зонах могут вести себя по-разному в зависимости от климатического состояния. Мьюирхед считает, что будущие оценки должны учитывать эти переменные: при оценке опасности для разлома в континентальном рифте, подобном Туркане, необходимо учитывать, как на его активность и вероятность землетрясения влияет текущее климатическое состояние и связанные с ним объемы озерной воды.