Подземные эффекты землетрясений и вулканов

Большая часть наших знаний о землетрясениях и вулканах основана на наблюдениях на поверхности Земли. Однако основные процессы, особенно ранняя активность, которая может помочь в прогнозировании и подготовке к катастрофам, происходят глубоко под землей. Более четкая картина изменений подповерхностных условий вместе с непрерывным мониторингом может обеспечить жизненно важную информацию перед будущими бедствиями. В сейсмоопасной Японии особенно актуальна потребность в эффективных средствах прогнозирования сейсмической активности.

Сеть Hi-net Национального научно-исследовательского института наук о Земле и предотвращения стихийных бедствий Японии (NIED), состоящая из сотен высокочувствительных сейсмографов, предоставляет данные о процессах глубоко под поверхностью. Ключевой источник информации — скорость сейсмических волн между станциями, на которую влияют разломы, трещины и флюиды. Изменения скорости могут сигнализировать о подземных изменениях, еще не проявившихся на поверхности. До апреля 2016 года в центральной части Кюсю регистрировалось мало вариаций скорости. Однако затем регион поразило разрушительное землетрясение Кумамото магнитудой M_W 7.0, за которым последовали извержения крупнейшего активного вулкана Японии, Асо, в апреле, мае и октябре того же года.

Исследователи из Университета Кюсю и его Международного института исследований в области энергетики с нулевым выбросом углерода (I2CNER) проанализировали данные Hi-net за период с декабря 2015 по ноябрь 2016 года, чтобы понять подповерхностные условия, связанные с этими катастрофами. Результаты опубликованы в Science Advances. «Мы применили сейсмическую интерферометрию к фоновому шуму, записанному на 36 станциях Hi-net», — поясняет Тацунори Икеда. «Мы обнаружили, что во время землетрясения скорость значительно замедлилась, что могло быть связано с повреждениями и изменениями давления вокруг глубокого разлома. За этим последовало постепенное «заживление» разлома в последующие месяцы, хотя разные области восстановились в разной степени».

Землетрясения, вероятно, также привели в движение флюиды вокруг магматического тела Асо. Скорость под кальдерой снизилась при ударе землетрясения, но восстановилась относительно быстро после извержений, что могло снять давление. «Более высокое пространственное разрешение, достигнутое нами на большой площади, позволило выявить пространственное распределение зоны повреждения или напряженного состояния», — говорит автор-корреспондент Такеши Цудзи. «Более плотное размещение станций позволяет точнее определять локальные аномалии. Выявленные изменения скорости могут быть полезны для оценки будущей сейсмической и вулканической активности».