Ученые обнаружили скрытые «тормоза», останавливающие мощные землетрясения

Ученые наконец разгадали тайну разлома в Тихом океане, который генерирует почти идеально повторяющиеся землетрясения. Скрытые «тормозные зоны» глубоко внутри разлома, по-видимому, не дают разрывам перерасти в гораздо более крупные и разрушительные толчки. Credit: AI/ScienceDaily.com

Глубоко под восточной частью Тихого океана, примерно в 1600 км к западу от Эквадора, подводный разлом на протяжении как минимум 30 лет с поразительной регулярностью производит землетрясения магнитудой 6. Толчки происходят примерно каждые пять-шесть лет, снова и снова разрывая почти одни и те же участки разлома и достигая почти одинаковой магнитуды.

Такая стабильность крайне редка в науке о землетрясениях, и исследователи долго не могли объяснить, как этот процесс может повторяться столь надежно.

Теперь ученые заявляют, что наконец нашли причину. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что особые области внутри самого разлома действуют как естественные тормозные системы, которые раз за разом останавливают рост землетрясений.

«Мы знали о существовании этих барьеров давно, но вопрос всегда заключался в том, из чего они состоят и почему они так надежно останавливают землетрясения, цикл за циклом», — сказал сейсмолог Цзяньхуа Гун, ведущий автор исследования и доцент кафедры наук о Земле и атмосфере в Колледже искусств и наук Университета Индианы в Блумингтоне.

Гун работал вместе с исследователями из Океанографического института Вудс-Хоул, Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего, Геологической службы США, Бостонского колледжа, Университета Делавэра, Западно-Вашингтонского университета, Университета Нью-Гэмпшира и Университета Макгилла. Вместе они сосредоточились на трансформном разломе Гофар, расположенном вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия у западного побережья Эквадора, в попытке разгадать многолетнюю тайну этих повторяющихся подводных землетрясений.

Разлом Гофар и его повторяющиеся землетрясения

Разлом Гофар — это глубокий подводный разрыв, где Тихоокеанская и плита Наска скользят друг относительно друга со скоростью примерно 140 миллиметров в год, что примерно равно скорости роста ногтей. Трансформные разломы — это области, где тектонические плиты движутся горизонтально друг относительно друга, и Гофар стал одним из наиболее изученных примеров на океанском дне.

Что делает этот разлом особенно необычным, так это то, что его крупные землетрясения постоянно начинаются и заканчиваются почти в одних и тех же местах. Между участками, где происходят крупные землетрясения, находятся более тихие отрезки разлома, которые, по-видимому, поглощают напряжение, не производя крупных разрывов. Ученые называют эти области «барьерами», но до сих пор их точная роль оставалась неясной.

Чтобы разобраться, исследователи использовали данные, собранные в ходе двух крупных экспедиций на морское дно: одной, проведенной в 2008 году, и другой — в период с 2019 по 2022 год. Во время этих миссий ученые разместили донные сейсмометры — приборы для обнаружения землетрясений непосредственно на морском дне — вдоль двух участков разлома Гофар.

Приборы зафиксировали десятки тысяч крошечных землетрясений, произошедших до и после двух крупных событий магнитудой 6. Это дало исследователям исключительно детальный взгляд на то, как ведет себя разлом до, во время и после крупных разрывов.

Скрытые «барьерные зоны» глубоко под океаном

Команда обнаружила поразительно схожую картину в обеих барьерных зонах. За дни и недели до крупного землетрясения в барьерных зонах наблюдались всплески небольшой сейсмической активности. Сразу после того, как происходил более сильный толчок, те же самые области становились почти полностью спокойными.

Поскольку такое поведение наблюдалось на двух разных сегментах разлома, изученных с интервалом в 12 лет, исследователи пришли к выводу, что в обоих случаях ответственен один и тот же физический процесс.

Согласно исследованию, барьеры — это не пассивные участки породы. Вместо этого они представляют собой чрезвычайно сложные области, где разлом распадается на множество ответвлений. Небольшие боковые смещения между этими ответвлениями, от 100 до 400 метров, создают локальные разрывы в структуре разлома, похожие на небольшие зазоры внутри трещины.

Исследователи также нашли доказательства того, что морская вода просачивается глубоко в эти раздробленные зоны. Вместе необычная геометрия и запертые флюиды создают условия для процесса, называемого «дилатансионным упрочнением».

Как работают естественные «тормоза» землетрясений

Во время крупного землетрясения внезапное движение вдоль разлома вызывает быстрое падение давления внутри заполненной жидкостью породы. При этом пористая порода временно блокируется, замедляя или останавливая разрыв, прежде чем он сможет продолжить распространяться и стать больше.

По сути, барьерные зоны действуют как встроенные тормоза внутри разлома.

«Эти барьеры — не просто пассивные элементы ландшафта, — объяснил Гун. — Это активные, динамичные части разломной системы, и понимание того, как они работают, меняет наши представления о пределах землетрясений на этих разломах».

Разлом Гофар находится далеко от густонаселенных побережий, поэтому сами землетрясения представляют небольшую прямую угрозу для людей. Однако полученные результаты могут иметь гораздо более широкое значение для науки о землетрясениях по всему миру.

Последствия для прогнозирования землетрясений

Трансформные разломы, подобные Гофару, встречаются по всему Мировому океану. Ученые давно заметили, что подводные землетрясения вдоль этих разломов часто остаются меньше, чем могли бы позволить геологические условия, как будто какой-то естественный механизм ограничивает их максимальную силу.

Новое исследование предполагает, что барьерные зоны, подобные обнаруженным на Гофаре, могут быть распространены по всему океанскому дну. Если это так, то они могут функционировать как широко распространенная система естественных тормозов землетрясений, которая не дает некоторым разрывам перерасти в еще более крупные события.

Исследователи говорят, что это открытие может улучшить модели землетрясений, используемые для оценки сейсмических опасностей вдоль подводных разломов по всему миру, включая регионы, расположенные ближе к крупным прибрежным населенным пунктам.

Исследование было профинансировано Национальным научным фондом США и Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Индианы.

Jianhua Gong, Wenyuan Fan, Jeffrey J. McGuire, Mark D. Behn, Jessica M. Warren, Emily Roland, Margaret S. Boettcher, John A. Collins, Yajing Liu, Christopher R. German. Predictable seismic cycles result from structural rupture barriers on oceanic transform faults. Science, 2026; 392 (6799): 718 DOI: 10.1126/science.ady6190