Тихі землетруси для науки
Відсутність шуму не означає, що землетрус безпечний. Нечутні землетруси сповіщають про сильний поштовх чи руйнівний цунамі.
Гігантське зсув, спричинене тихим землетрусом, може спричинити руйнівне цунамі висотою кілька сотень метрів.
На початку листопада 2000 р. Великий Гавайський острів пережив найсильніший землетрус за останні десять років. Близько 2000 кубічних кілометрів південного схилу вулкана Кілауеа впали до океану і випустили енергію тремтіння величиною 5,7. Частина цієї гірки проходила трохи нижче району, куди щодня тисячі відвідувачів приходять помилуватися одним із найвидовищніших потоків лави на острові. Однак коли землетрус стався, ніхто не помітив. Навіть сейсмологи.
Як така подія могла залишитися непоміченою? Дивно, що землетрус не є невід’ємною рисою… землетрусів. "Тремтіння" Кілауеї - один із перших так званих тихих землетрусів, що зафіксовано, - тип масивного зсуву, який досі невідомий. Ми б ніколи про це не знали, не маючи мережі надзвичайно чутливих датчиків, створених Гавайською обсерваторією для моніторингу вулканів для аналізу активності вулкана. За 36 годин південний фланг Кілауеї змістився на десять сантиметрів: швидкість черепахи для землетрусу. Під час звичайного землетрусу протилежні сторони розлому ковзають одна проти одної за лічені секунди, досить швидко, щоб генерувати сейсмічні хвилі, які струшують землю і змушують її гуркітати.
Однак те, що землетрус відбувається повільно і плавно, не означає, що він нешкідливий. Тихий землетрус у Кілауеа міг стати прелюдією до катастрофи. Якби така маса уламків відокремилася від решти вулкана і набрала швидкості, це могло б перетворитися на гігантський зсув. Впавши в море, величезна кількість матеріалу створить цунамі, що загрожує усім прибережним містам Тихоокеанського краю. Загроза такої катастрофи нависла над багатьма вулканічними островами по всьому світу.
На щастя, дослідження тихих землетрусів показує, що ймовірність розриву гірських схилів є низькою, і що запис настроїв Землі відкриє початок такої події, щоб ми могли запобігти її руйнівним наслідкам. Крім того, нові дані про умови запуску тихих зсувів дозволяють розглянути стратегії запобігання обвалення гірських схилів, однак тихі землетруси не відбуваються виключно в місцях, де існує ризик розриву. Нарешті, вивчення цих землетрусів допомагає нам покращити прогнози щодо їх громових колег.
Швидке та стримане ковзання
Відкриття тихих землетрусів та їх можливе відношення до катастрофічних руйнувань флангу є результатом спроб дослідити інші сейсмічні небезпеки. Землетруси та руйнівні вулкани постійно турбують країни уздовж Тихого океану, де тектонічні плити заглиблюються в глибину Землі, в зонах субдукції. З початку 1990-х геологи розгортають величезні мережі GPS-приймачів, зокрема на схилах вулканів, таких як Кілауеа. Отримуючи сигнали приблизно з тридцяти супутників, ці прилади постійно вимірюють своє власне положення на поверхні земної кулі з точністю до декількох міліметрів.
За допомогою цієї системи GPS-приймачів геологи очікували спостерігати, з одного боку, повільні та безперервні рухи тектонічних плит, що складають земну оболонку, а, з іншого боку, відносно швидкі рухи, спричинені землетрусами на суші та вулканами . Потім вони були здивовані, побачивши, що прилади також виявляють невеликі рухи, які не пов'язані із землетрусом або виверженням.
На карті сюжет рухів землі, пов’язаний з такою подією, дивним чином нагадує характерний характер розривного руху. У цій ситуації всі приймачі GPS з одного боку несправності рухаються на кілька сантиметрів в одному напрямку. Якби це сталося за рік і більше, цей рух не став би несподіванкою, і ми б віднесли це до повільного, стабільного процесу, відомого як землетрус. Однак із швидкістю в кілька сантиметрів на день це дивовижне явище значно швидше. Окрім відносної стислості, тихий землетрус відрізняється від сейсмічних зсувів ще однією характеристикою, яку він поділяє зі своїми галасливими колегами: це не регулярний процес, а подія, яка починається і закінчується раптово.
Це непомітне явище, якщо воно відбувається на схилах вулканічного острова, може призвести до катастрофічної події. Більшість звичайних землетрусів відбуваються вздовж розломів, які мають "інтегровані гальма": рух зупиняється природним чином, як тільки обмеження між двома блоками, які намагаються ковзати, зникає. У випадку вулкана активність продовжується, оскільки сила тяжіння стає головним двигуном. У найгіршому варіанті сценарію частина вулкана над розломом стає настільки нестійкою, що, починаючи сповзання, гравітація тягне всю сторону гори вниз, доки вона не розпадеться на купу сміття на дні океану. Схили вулкана, такого як Кілауеа, стають вразливими до цього типу обвалення, коли лава, що осідає внаслідок послідовних вивержень, змушує їх набухати швидше, ніж вони розмиваються. Тихий землетрус Кілауеа говорить про те, що південний схил вулкана рухається і що він може повністю зруйнуватися.
На даний момент тертя вздовж несправності діє як аварійне гальмо, але гравітація часто останній раз сміялася в минулому. Геологи давно спостерігали сліди давніх обвалів на гідроакустичних зображеннях гігантських полів уламків на мілководді, що оточує різні вулканічні острови. Можна згадати, наприклад, Майорку в Середземному морі та Канарські острови в Атлантичному океані. На самих Гавайських островах геологи виявили понад 25 колапсів, які сталися за останні п’ять мільйонів років - кивок у геологічний масштаб. Під час типового зсуву об’єм залученого матеріалу в тисячі разів перевищує обсяг частини гори Сент-Еленс, яка зруйнувалася під час виверження 1980 року; цього більш ніж достатньо, щоб викликати величезні цунамі. Наприклад, на узбережжі гавайського острова Ланай геологи виявили купи осколків коралів на висоті вище 300 метрів. Цілком ймовірно, що ці корали були перевезені туди хвилями цунамі, які досягли цієї неймовірної висоти. Найвищі хвилі, зафіксовані сьогодні, не перевищують 30 метрів.
Переміщення гір
Як би це не було лячно, подія така, мабуть, надзвичайно рідкісна. Катастрофічний розрив схилів вулкана є винятковим у людському масштабі (хоча він залишається набагато більш імовірним, ніж катаклізмічне зіткнення Землі з великим астероїдом або кометою). На Гавайських островах частота провалу флангу, який може спричинити цунамі, оцінюється в 1 раз на 100 000 років. За підрахунками, такий тип подій відбувається кожні 10 000 років у всьому світі. Однак, коли вони трапляються, ці явища спричиняють достатньо руйнів, що багато фахівців вважають корисним підготуватися до них.
Для виявлення деформацій нестабільних вулканічних островів мережі постійних приймачів GPS будуть розгорнуті на острові Реюньйон, в Індійському океані, на Фого на островах Кабо-Верде та на всьому архіпелазі Галапагос. Наприклад, на Кілауеа мережа з понад 20 станцій вже показала, що вулкан є місцем зсувів, тихих землетрусів та класичних землетрусів. Однак в даний час Кілауея буде в безпеці від катастрофічних обвалів завдяки підводним купам грязі та гірських порід, ймовірно, уламків старих розривів флангу, які підкріплять його південний схил.
Якою б не була специфіка вулканічного острова, перехід від тихого ковзання до жорстокого колапсу зажадав би раптового прискорення рухомого схилу. Швидкість була б настільки швидкою, що будь-яке раннє виявлення та попередження стали б неможливими. У "найкращому" випадку прискорення відбуватиметься стрибками, каскадом землетрусів, які спочатку мовчали, потім поступово переростали в класичні землетруси, потім в катастрофу. Завдяки постійному моніторингу мережею GPS-датчиків ми змогли б виявити це поступове та нерегулярне прискорення задовго до того, як перший землетрус змусив землю затремтіти. Тоді ми встигли б оголосити попередження про цунамі. Однак, якби очікуваний колапс був особливо великим, кількох годин або навіть кількох днів було б недостатньо для повної евакуації загрожуваних районів. Тому чи існують превентивні рішення, які влада може реалізувати? ?
Чи могли б ми стабілізувати коливальні сторони океанічних вулканів? В принципі, так: достатньо видалити достатню кількість гірських порід на вершині нестійкого вулканічного флангу, щоб потенційна гравітаційна енергія, яка може призвести до колапсу вулкана, була усунена на кілька сотень тисяч років. Практично це вимагало б величезних зусиль. Другий можливий спосіб полягає у повільному опусканні нестабільного флангу, викликаючи серію невеликих землетрусів: цей метод буде набагато дешевшим, але буде більш небезпечним, оскільки ми запобігаємо колапсам, використовуючи механізми, що викликають поточні землетруси. Кілауеа.
Можливо, потрібно взяти до уваги деякі попереджувальні знаки. За дев'ять днів до останнього з тихих землетрусів Кілауеї на вулкан спустилися проливні дощі, які скинули в нього більше метра води менш ніж за 36 годин. Геологи давно знають, що проникнення води в розломах може спричинити землетруси. Крім того, дев'ять днів - це приблизно той час, коли вода просочується крізь щілини та пористий, тріщинистий базальтовий камінь Кілауеа та сягає глибини п'яти кілометрів, де впав тихий землетрус. Ми вважаємо, що вага гірських порід стискав дощову воду до такої міри, що вона відштовхувала обидві сторони розлому та полегшувала ковзання відносно один одного.
Вода, спусковий гачок
Це відкриття підтверджує суперечливу ідею про те, що вода або пара можуть впорскуватися в розломи біля основи нестабільного флангу, щоб викликати контрольовані землетруси. Люди вже викликають зсув цього типу в дуже малих масштабах, на геотермальних заводах і в місцях, де вода впорскується в землю. Однак у випадку з вулканами завдання було б надзвичайно складним: потрібно було б мати можливість точно визначити кількість води, яку потрібно закачувати, та місце, куди її вводити, щоб ненавмисно не викликати колапс, який хтось прагне. уникати. Геологи розглядали цю стратегію для зменшення напружень вздовж розлому Сан-Андреас у Каліфорнії; але вони нарешті відмовились від цього, побоюючись, що ліки будуть гіршими від нездужання.
Відкриття тихих землетрусів пролило світло на катастрофічне явище обвалу вулканічних флангів. Це також змушує геологів переглянути різні аспекти руху розломів і, зокрема, оцінку сейсмічних ризиків. На північному заході Тихого океану вони спостерігали кілька тихих землетрусів вздовж величезної зони субдукції Каскадії, де океанічна плита Хуана де Фука занурюється нижче Північноамериканської плити. Ці тихі землетруси мають дивовижну особливість: вони відбуваються через рівні проміжки часу, аж до того, що сейсмологи можуть передбачити їх виникнення.
Ця властивість, мабуть, походить від того, що вода, яка циркулює в цих зонах субдукції, визначає, коли і де несправності мовчки ковзають. Коли субдукційна плита заглиблюється глибше в Землю, вона стикається з все вищими та вищими температурами і тиском, що призводить до викиду великої кількості води, яка потрапила в мінерали. Тоді під час підйому на поверхню певної кількості води із піддону літосфери можуть статися тихі землетруси: при її проходженні рідина трохи збільшує зону розлому і робить можливим повільне ковзання.
У червні 2003 року Гаррі Роджерс та Герб Драгерт з Геологічної служби Канади повідомили, що ці мовчазні явища були попередниками сильних поштовхів. Оскільки повільні зсуви відбуваються на глибині та через рівні проміжки часу, вони контролюють швидкість нарощування напружень у неглибокій ділянці зони розлому, що зміщується. У цьому неглибокому та заблокованому сегменті розлому зазвичай накопичується напруга, необхідна для спричинення сильного землетрусу. Г. Роджерс та Г. Драгерт припускають, що безшумні слайди можуть скоротити цей час до одного-двох тижнів: сильні землетруси відбуватимуться за їхніми тихими колегами протягом декількох тижнів або навіть місяців.
Нові показники для кращих сейсмічних прогнозів
Тихі землетруси змушують геологів переглядати сейсмічні прогнози і в інших частинах світу. Виявлені сейсмічні "порожнечі", тобто області, розташовані в регіоні з високою сейсмічною активністю, але там, де класичних землетрусів менше, ніж можна було б очікувати. Однак у частинах Японії, недалеко від цих сейсмічних пустот, деструктивний шок повинен був статися деякий час тому. Якби мовчазні зсуви випустили напруження вздовж цих розломів, без того, щоб сейсмологи помітили, тоді ризик був би меншим, ніж побоювались. Подібним чином, якщо виявлено безшумне ковзання вздовж розломів, які до цього часу вважалися неактивними, ці споруди слід ретельно оцінити, щоб визначити, чи не становлять вони ризик руйнівного землетрусу.
Якщо майбутні дослідження виявлять, що тихі землетруси є загальною рисою більшості великих розломів, то сейсмологам доведеться переглянути свої сейсмічні теорії. Спостереження багатьох швидкостей ковзання несправностей представляє справжню складність для теоретиків, які намагаються пояснити роботу несправностей за допомогою законів фундаментальної фізики. Загальноприйнято вважати, що кількість і розмір спостережуваних землетрусів можна пояснити відносно простим законом тертя, але чи застосовується цей закон і до тихих землетрусів ?
Тихі землетруси обіцяють збільшити наші знання про механізми, що приводять у рух слайди. Будь-яка інформація, що вказує на ці механізми, цінна, оскільки, коли несправність раптово ковзає, це може завдати величезної шкоди, іноді на великій відстані від джерела. Існування тихих землетрусів пропонує геологам абсолютно новий спосіб вивчення цих зсувів, дозволяючи детальний аналіз зон розломів на кожному етапі їх руху.