Рекордное бурение океана раскрыло причину смертоносности цунами 2011 года в Японии

Рекордная глубоководная буровая миссия обнаружила скрытый слой скользкой глины под Японским желобом, который сыграл ключевую роль в разрушительном землетрясении и цунами 2011 года. Credit: Shutterstock

Исследователи обнаружили скрытую особенность под Тихим океаном, которая помогает объяснить, почему разрушительное землетрясение и цунами в Японии 2011 года стали такими катастрофическими. Открытие также дает новые подсказки, которые могут улучшить прогнозы будущих мегаземлетрясений и цунами.

Новое исследование показало, что тонкий слой мягких, богатых глиной отложений под Японским желобом сыграл решающую роль в этой катастрофе. Расположенный чуть ниже морского дна, этот необычно слабый слой позволил разрыву распространиться до самого желоба во время «мегавзбросового» землетрясения 2011 года. В результате морское дно сместилось на невероятные 40-60 метров, что способствовало возникновению массивного цунами.

«Это равносильно тому, как если бы вся территория между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско сместилась на 40-60 метров всего за шесть минут», — сказала Кристин Регалла, доцент Школы Земли и Устойчивого развития Университета Северной Аризоны и соавтор исследования. «Мы никогда не видели ничего подобного за все время наблюдения за землетрясениями. Основываясь на том, что мы знали, мы не думали, что такое возможно».

Исследование, проведенное под руководством Регаллы и более дюжины ученых со всего мира, было опубликовано в журнале Science.

Скрытый слой глины под Японским желобом

Большинство крупных землетрясений начинаются гораздо глубже под поверхностью Земли. Регалла объяснила, что когда тектонические плиты смещаются, разрыв, вызывающий землетрясение, обычно происходит глубоко под землей. Например, разрыв, вызвавший землетрясение магнитудой 6,8 в Нисуолли на Тихоокеанском Северо-Западе в 2001 году, начался примерно в 50 километрах ниже морского дна.

Землетрясение в Японии 2011 года было совершенно иным. Разрыв достиг лишь около 24 километров ниже морского дна, что позволило разлому выйти гораздо ближе к океанскому дну. В результате землетрясение магнитудой 9,1 вызвало одно из самых смертоносных стихийных бедствий в современной истории Японии, унеся жизни почти 20 000 человек и причинив ущерб на сумму более 200 миллиардов долларов (около 16 триллионов рублей).

Чтобы понять, почему это произошло, исследователи отправились в западную часть Тихого океана на борту исследовательского судна Chikyu. Они пробурили около 8 километров океанского дна, извлекли образцы отложений и проанализировали материал. Книга рекордов Гиннесса признала эту экспедицию самым глубоким научным бурением океана за всю историю.

Образцы показали слой пелагической глины толщиной 30 метров — чрезвычайно мягкого, скользкого осадка, образовавшегося за миллионы лет, когда микроскопические частицы медленно оседали на морское дно. Зажатый между гораздо более прочными слоями породы, этот слой глины действовал как естественная «линия отрыва», концентрируя разрыв вдоль узкого пути.

«В Японском желобе геологическое наслоение, по сути, предопределяет, где сформируется разлом», — сказал соавтор исследования Патрик Фултон, доцент кафедры наук о Земле и атмосфере Корнелльского университета. «Он становится чрезвычайно сфокусированной, чрезвычайно слабой поверхностью, что облегчает распространение разрывов до самого морского дна».

Почему это открытие важно

Поскольку этот слой пелагической глины простирается на сотни километров вдоль Японского желоба, исследователи полагают, что регион может быть более уязвим для мелкофокусных землетрясений, чем считалось ранее. Регалла сказала, что понимание того, где существуют эти слабые слои, может улучшить способность ученых выявлять области, способные производить самые сильные землетрясения и цунами.

«Землетрясение и цунами в Японии затрагивают не только местных жителей — они также влияют на людей в портах и тех, кто живет через океан», — сказала Регалла. «Вспомните Гавайи: их самые разрушительные цунами приходят из Японии и Аляски. Это поистине глобальные события».

Улучшение прогнозов землетрясений и цунами

Исследователи надеются, что полученные результаты помогут ученым лучше понять, где наиболее вероятны мощные землетрясения и цунами. Эти знания могут помочь политикам укрепить строительные нормы, улучшить сейсмостойкую инфраструктуру, обновить планы эвакуации и лучше подготовить сообщества к будущим бедствиям.

«Япония — один из мировых лидеров в области подготовки к землетрясениям и цунами, но даже они не были готовы к тому, что произошло в 2011 году», — сказала Регалла. «Всем нам необходимо лучше понимать, где в будущем могут произойти такие события. Только тогда мы сможем разработать планы действий в чрезвычайных ситуациях, которые обеспечат безопасность каждого».

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Северной Аризоны.

J. D. Kirkpatrick, H. M. Savage, C. Regalla, S. Shreedharan, C. Ross, H. Okuda, U. Nicholson, K. Ujiie, R. Hackney, M. Conin, P. Pei, S. Satolli, J. Zhang, P. Fulton, M. Ikari, S. Kodaira, L. Maeda, N. Okutsu, S. Toczko, N. Eguchi, P. Bellanova, C. Brown, M. Brunet, M. R. Castillo, Y.-C. Chang, M.-L. Doan, J. Everard, A. Fintel, J. Ford, R. Fukuchi, A. Gough, H. Guo, D. Gürer, M. Hagino, Y. Hamada, H. Hosono, M.J. Jurado, A. Ijiri, T. Ishikawa, M. Iwai, T. Jeppson, N. Kamiya, T. Kanamatsu, A. LaPlante, W. Lin, A. Miyakawa, Y. Morono, Y. Nakamura, C. Pizer, T. Rasbury, R. Robertson, K. Schaible, H. Sone, C. Sun, T. Uchida, P. Vannucchi, A. Yamaguchi, Y. Yamamoto, T. Yoshimoto. Extreme plate boundary localization promotes shallow earthquake slip at the Japan Trench. Science, 2026; 391 (6784): 489 DOI: 10.1126/science.ady0234