Эффект ряби: небольшие землетрясения могут нарушать естественные тектонические паттерны глубоко под землей и менять картину напряжений
Когда мы думаем о землетрясениях, мы представляем внезапную сильную тряску. Однако глубоко под поверхностью Земли некоторые разломы движутся почти бесшумно. Эти медленные смещения и сопровождающий их гул — так называемые треморы — не разрушают здания и не попадают в заголовки. Но ученые полагают, что они могут служить полезной моделью для понимания зарождения и поведения крупных землетрясений.
Новое исследование геофизиков из Калифорнийского университета в Санта-Крузе объясняет, как наблюдения за тремором могут пролить свет на накопление напряжения на опасных разломах выше по разрезу, где происходят сильные землетрясения.
Исследование, опубликованное в Science Advances, возглавили постдокторант Сейсмо-лаборатории университета Гаспар Фарж и профессор наук о Земле и планетах Эмили Бродски, руководитель лаборатории.
Треморы возникают, когда разломы в зонах встречи тектонических плит медленно проскальзывают друг относительно друга, обычно на глубине в десятки миль — часто в зонах субдукции, где одна плита погружается под другую. Треморы не представляют непосредственной опасности, но их не стоит игнорировать, поскольку они часто происходят вблизи мест, где в конечном итоге случаются крупнейшие в мире землетрясения.
«Мы обнаружили, что разломы, порождающие треморы, более чувствительны и связаны со своим окружением, чем считалось ранее, — сказал Фарж. — Даже небольшие, частые землетрясения могут влиять на поведение крупного разлома».
Фарж и Бродски обнаружили, что небольшие землетрясения, даже те, что происходят в десятках километров от основного разлома, могут нарушить естественный ритм тремора. Когда участок разлома начинает проскальзывать, он обычно вовлекает в движение соседние участки — что приводит к крупным, синхронизированным эпизодам тремора. Но когда сейсмические волны от небольших землетрясений проходят через зону, они могут нарушить эту координацию.
Эти внешние возмущения могут либо ускорить, либо задержать активность тремора, в зависимости от времени и места. И поскольку небольшие землетрясения происходят гораздо чаще, чем крупные, они могут постоянно выводить систему из синхронности.
Этот паттерн хорошо виден в зоне субдукции Каскадия, которая протянулась от Северной Калифорнии через Орегон и Вашингтон до Британской Колумбии. Зона производит обширную треморную активность и очень крупные землетрясения с периодичностью примерно в 400 лет.
В Орегоне субдукция почти бесшумна — и без возмущений от землетрясений — плита проскальзывает, как часы, каждые полтора года на участке длиной в сотни километров, порождая треморные события.
Однако в Северной Калифорнии активность небольших землетрясений в районе мыса Мендосино нарушает регулярность разлома, и тремор возникает небольшими, неорганизованными эпизодами.
Ученым было известно, что форма и состав зоны разлома — типы пород, температура, содержание воды и даже наклон погружающейся плиты — помогают определить, как и где возникает тремор. Это так называемые структурные факторы, влияющие на «липкость» разлома и легкость его проскальзывания.
Но новое исследование добавляет важный нюанс: динамические факторы, такие как волны напряжения от небольших близлежащих землетрясений, также могут формировать время и место возникновения тремора — и то, происходит ли он плавным, предсказуемым образом или разрозненно и хаотично.
«Эти результаты выходят за рамки изучения треморов. Показывая, как небольшие землетрясения могут влиять на время и поведение медленных движений разлома, это открытие открывает новые пути для понимания подготовки к крупным, разрушительным землетрясениям», — сказала Бродски.
«Если мы сможем отслеживать, как тремор реагирует на эти небольшие воздействия напряжения, возможно, станет реальным "прочитать" картину напряжений на разломе — что даст подсказки о том, где и когда он может разорваться по-крупному».
Это исследование меняет наше понимание распространенного предположения о том, что только большие силы формируют поведение крупных сейсмических разломов. На самом деле, крошечные близлежащие землетрясения — обычно считающиеся слишком незначительными — могут играть непропорционально большую роль в определении того, где и как плиты Земли скользят друг относительно друга.
«В конечном счете, это исследование предлагает способ измерить неуловимые динамические факторы, влияющие на проскальзывание разломов — картину напряжений, которая информирует о том, как напряжение накапливается на этих опасных разломах», — сказала Бродски.
«Тот факт, что мы можем измерить и понять эффекты возмущений от землетрясений на медленные разрывы разломов, дает нам надежду, что мы могли бы использовать ту же логику, чтобы понять, где землетрясения должны быть регулярными, а где — нет», — заключает Фарж.