Сдвинулась ли для вас Земля? Как GPS отслеживает медленные движения мира в движении

Если вы чувствуете, что земля под вашими ногами движется, то так оно и есть.

С конца 1980-х годов геофизики, включая автора статьи, создают сеть передовых приборов GPS (Глобальной системы позиционирования) для мониторинга Земли. Эти приборы, более совершенные, чем в смартфонах, позволяют определять положение скального основания или зданий с точностью до миллиметров.

Сейчас по всему миру установлено более 10 000 таких инструментов, и стало ясно: поверхность Земли постоянно меняет направление своего движения. Причина — землетрясения. В отличие от Австралии, большая часть мира регулярно испытывает подземные толчки. Землетрясения не только сотрясают Землю, но и меняют её форму.

Однако изменения формы Земли не прекращаются, когда стихают толчки. Землетрясения происходят из-за быстрого высвобождения напряжения в земной коре, после чего следует релаксация в более глубоких слоях — астеносфере и мантии. Сеть GPS позволяет отслеживать движение Земли до, во время и после землетрясений.

Большую часть времени движение обусловлено смещением тектонических плит. Например, данные GPS показывают, что Австралия движется на северо-восток со скоростью 6 см в год. Но при детальном рассмотрении видно, что это движение часто не является идеально прямолинейным.

Так, в 2013 году австралийские коллеги с помощью GPS показали, что скорость и направление движения юго-восточной Австралии изменились сразу после землетрясения магнитудой 8,1 в декабре 2004 года возле острова Маккуори, более чем в 1500 км к югу от Тасмании. Это небольшое смещение сохраняется до сих пор и было зафиксировано даже в Канберре. В недавнем исследовании показано, что Антарктида, также свободная от крупных землетрясений, изменила направление в 1998 году после землетрясения магнитудой 8,2 примерно в 500 км к северу от неё.

Эти примеры взяты из двух наименее сейсмически активных регионов Земли. В более сейсмически активных частях мира такие изменения происходят гораздо чаще и имеют большую амплитуду. Изучение старых геодезических данных, например, из Южной Калифорнии, показывает, что эти изменения могут продолжаться десятилетиями или дольше. Земля может "расслабляться" после землетрясений, но она никогда не находится в покое.

Почему такие малые изменения важны? Миллиметры имеют значение для всех нас, потому что наша жизнь всё больше зависит от GPS. Мы определяем своё местоположение с его помощью, им управляют сельскохозяйственной техникой и дорожными машинами, с его помощью проводят межевание. Если обычный пользователь хочет надёжно нанести что-то на карту с точностью даже до 10 см, то опорная сеть, лежащая в основе позиционирования, должна быть значительно точнее и стабильнее — на уровне нескольких миллиметров в течение десятилетий. Чтобы удовлетворить этот спрос, Австралия готовится обновить геодезическую основу для всего позиционирования в стране к 2020 году.

Понимание того, что происходит после землетрясения, даёт больше, чем просто улучшение навигации. Это позволяет заглянуть в процессы, происходящие в недрах под нашими ногами. Из 6370 км от поверхности до центра Земли самая глубокая из когда-либо пробурённых скважин покрывает лишь 12,26 км. Поэтому наше понимание более глубоких недр зависит от выводов, сделанных на основе поверхностных измерений и теоретических достижений в таких областях, как сейсмология и геодезия.

По сути, землетрясения "тычут" Землю большой палкой, а мы измеряем её отклик. GPS-измерения такого рода добавляют crucial information к формирующейся картине недр Земли. Хотя прогнозирование землетрясений остаётся невозможным, понимание того, как работает Земля, необходимо для любого будущего прогресса. В то же время быстрое GPS-позиционирование теперь является частью систем раннего предупреждения о землетрясениях и цунами, помогая людям в таких регионах укрыться в безопасном месте.