Морозные землетрясения: новая сейсмическая угроза на севере?

Новое исследование выявило потенциально растущую природную опасность в северных регионах — морозные землетрясения (frostquakes). С изменением климата, способствующим экстремальным погодным явлениям, таким как сильные осадки и холодные волны, эти сейсмические события могут участиться. Ученые были удивлены ролью водно-болотных угодий и дренажных каналов в их возникновении.

Морозные землетрясения — это сейсмические события, вызванные быстрым замерзанием воды в грунте. Они характерны для экстремальных зимних условий, когда влажная, лишенная снега почва быстро промерзает. Их регистрировали в северной Финляндии в 2016, 2019 и 2022 годах, а также в Чикаго в 2019 году и Оттаве в 2022 году. Особенно уязвимы дороги и другие расчищенные от снега площади. Исследование, доступное в виде препринта и готовящееся к публикации в журнале EGUsphere, впервые детально изучило такие события на болотах и в заболоченных местностях.

Быстрое замерзание и расширение воды, накопившейся в грунте после осенних дождей или зимних оттепелей, вызывает растрескивание земли, сопровождающееся толчками и гулом. Сейсмические колебания при этом сопоставимы с удаленными землетрясениями, взрывами при горных работах или вибрациями от грузовых поездов. Ученые из Университета Оулу и Геологической службы Финляндии (GTK) показали, что растрескивание в верхнем промерзшем слое может начаться уже при его толщине около 5 см. Разрывы способны распространяться глубже и повреждать инфраструктуру: здания, подвалы, трубопроводы и дороги.

«Ранее считалось, что основные очаги морозных землетрясений находятся на дорогах. Неожиданным в нашем новом исследовании стала важность водно-болотных угодий и дренажных каналов. Мы обнаружили, что зимой 2022–2023 годов главными источниками морозных землетрясений в Оулу, Финляндия, были на самом деле болота, wetlands и области с высоким уровнем грунтовых вод», — говорит Елена Козловская, профессор прикладной геофизики в Горной школе Университета Оулу.

Для наблюдений зимой 2022–2023 годов исследователи развернули в Северной Финляндии две сети сейсмических станций (в Оулу и Соданкюля). Условия для морозного землетрясения благоприятны, когда температура воздуха падает до –20 °C и ниже со скоростью около одного градуса в час. «Трещины при морозных землетрясениях, судя по всему, распространяются вдоль дренажных каналов возле дорог и на орошаемых заболоченных территориях», — отмечает Козловская.

Дальнейшие исследования помогут определить районы риска, что позволит лучше защитить инфраструктуру. Ученые из Университета Оулу и GTK планируют создать систему прогнозирования морозных землетрясений на основе анализа грунта и спутниковых данных.