Почему Земля трясется: Взгляд на процессы под землей

Землетрясения, большие и малые, происходят ежедневно вдоль зон, которые опоясывают мир, как швы на бейсбольном мяче. Большинство никого не беспокоят и не попадают в новости. Но время от времени катастрофические землетрясения обрушиваются на людей в разных частях света, принося ужасные разрушения и страдания.

8 сентября 2023 года землетрясение магнитудой 6,8 в горах Атлас в Марокко разрушило древние деревни, оставив тысячи людей под завалами. В феврале 2023 года обширная территория Турции и Сирии была опустошена двумя крупными землетрясениями, произошедшими одно за другим.

Как геолог, я изучаю силы, вызывающие землетрясения. Вот почему одни сейсмические зоны очень активны, а другие могут оставаться спокойными поколениями, пока напряжение не выльется в катастрофическое событие.

Земная кора сталкивается и расходится

Землетрясения — часть нормального поведения Земли. Они происходят при движении тектонических плит, образующих внешний слой планеты. Эти плиты несут континенты и океаны и находятся в постоянном медленном столкновении друг с другом. Холодные и плотные океанические плиты погружаются под континентальные и возвращаются в мантию Земли в процессе, известном как субдукция. При этом где-то образуется разлом, заполняемый поднимающимся горячим материалом из мантии. Эти разломы — длинные цепи подводных вулканов, известные как срединно-океанические хребты.

Землетрясения сопровождают как субдукцию, так и рифтинг. В 1950-х годах, когда была создана глобальная сейсмическая сеть для мониторинга ядерных испытаний, геофизики заметили, что большинство землетрясений происходят вдоль относительно узких зон, которые либо окаймляют края океанических бассейнов (как в Тихом океане), либо проходят прямо посередине бассейнов (как в Атлантике).

Как работает землетрясение: Эксперимент

Чтобы понять, что происходит во время землетрясения, сложите ладони вместе и с силой надавите. Вы моделируете разлом на границе плит. Каждая ладонь — это плита, а поверхность ваших рук — разлом. Ваши мышцы — это тектоническая система. Теперь приложите усилие, чтобы сдвинуть правую руку вперед. В итоге она рывком продвинется вперед, когда усилие преодолеет трение между ладонями. Этот внезапный рывок и есть землетрясение.

Ученые объясняют землетрясения с помощью теории упругой отдачи. Быстрые плиты движутся со скоростью до 20 сантиметров в год. Со временем они сцепляются друг с другом трением на границе. Попытка движения упруго деформирует пограничную зону, как сжатую пружину. В какой-то момент накопленная упругая энергия преодолевает трение, и плита рывком продвигается вперед, вызывая землетрясение. Но движущие силы не останавливаются, поэтому граница плит снова начинает накапливать упругую энергию для следующего землетрясения — возможно, скоро, а возможно, в далеком будущем.

Землетрясения быстрые и медленные

Циклическое поведение разломов позволяет сейсмологам статистически оценивать риски землетрясений. Границы плит с быстрым движением, например, вдоль Тихоокеанского огненного кольца, быстро накапливают упругую энергию и имеют потенциал для частых сильных землетрясений. На разломах с медленным движением критическое состояние достигается дольше. Между крупными землетрясениями на некоторых разломах могут проходить сотни или даже тысячи лет. Это позволяет городам расти, а людям — забывать о прошлых землетрясениях.

Землетрясение в Марокко — пример такого сценария. Марокко расположено на границе Африканской и Евразийской плит, которые медленно сталкиваются. Огромный горный пояс от Атласа в Северной Африке до Пиренеев, Альп и гор южной Европы и Ближнего Востока — продукт этого столкновения. Однако из-за медленных движений плит в районе Марокко сильные землетрясения там не так часты.

Подготовка к "большому" землетрясению

Важный факт о катастрофических землетрясениях: в большинстве случаев убивают не они сами, а обрушивающиеся здания. Последнее крупное землетрясение на разломе Сан-Андреас произошло в Лома-Приета в районе залива Сан-Франциско в 1989 году. Его магнитуда (6,9) была сопоставима с землетрясением в Марокко, но погибло 63 человека против тысяч. Это во многом связано со строительными нормами в сейсмоопасных городах США, которые теперь разработаны так, чтобы сооружения выдерживали толчки.

Исключением являются цунами — огромные волны, возникающие при смещении морского дна во время землетрясения и вытеснении воды над ним. Цунами, обрушившееся на Японию в 2011 году, имело ужасные последствия независимо от качества инженерных сооружений в прибрежных городах. К сожалению, ученые не могут точно предсказать, когда произойдет землетрясение; они могут только оценить опасность.