Поверхностная оболочка Земли (литосфера) условно разделяется на литосферные плиты, на границах которых происходят наиболее активные тектонические процессы, обусловленные конвекцией в нижележащей мантии. На границе Тихоокеанской литосферной плиты, которая занимает большую часть Тихого океана, располагается знаменитое Тихоокеанское огненное кольцо.
Фото: Глеб Щелкунов, Коммерсантъ
Фото: Глеб Щелкунов, Коммерсантъ
Здесь происходят наиболее сильные землетрясения, а число действующих наземных вулканов достигает 328. В своей северо-западной части Тихоокеанская плита погружается под Курило-Камчатскую островную дугу и движется параллельно западной части Алеутской дуги. В этом районе происходят многочисленные землетрясения, иногда очень большой магнитуды, как, например, землетрясение 4 ноября 1952 года магнитудой 9.0, вызвавшее катастрофическое цунами и многочисленные жертвы.
Некоторые землетрясения этого района вызывают особый интерес. Например, Ближне-Алеутское землетрясение (БАЗ), которое произошло 17 июля 2017 года в районе Командорских островов Алеутской островной дуги. Эпицентр землетрясения находился к юго-востоку от острова Медный, у подножия склона шельфа в 200 км от поселка Никольское (остров Беринга). Это сейсмическое событие имело, по данным Геологической службы США, магнитуду Mw=7.6.
БАЗ произошло в зоне сейсмической бреши — области, где длительное время не наблюдалось сильных сейсмических событий, несмотря на большие скорости относительного смещения плит. В этом землетрясении реализовался весь накопленный дефицит смещений со времени последних землетрясений 1849 и 1858 годов. Кроме того, землетрясение произошло не на контакте плит, а севернее, в Беринговом море, вдоль разлома Беринга.
Построить модель очага этого землетрясения трудно, поскольку его разрыв располагается под уровнем моря и в непосредственной близости мало пунктов глобальных навигационных спутниковых сетей и сейсмических станций. Построенные по имеющимся данным модели очага не дают однозначного ответа на вопрос: какую длину имел сейсмический разрыв и мог ли он состоять из нескольких не связанных между собой разрывов?
Сотрудники ИФЗ РАН построили новую модель с использованием полей смещений, полученных по радарным снимкам спутника «Сентинель-1В» для островов Беринга и Медный, которые расположены близко к очаговой области. Также в процесс построения модели были включены данные о смещениях на пунктах GPS сети Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН.
Область Ближне-Алеутского землетрясения. Красный прямоугольник — модель поверхности разрыва О1. Красная звезда — эпицентр главного события, пурпурный цвет — афтершоки с магнитудой более 5
Область Ближне-Алеутского землетрясения. Красный прямоугольник — модель поверхности разрыва О1. Красная звезда — эпицентр главного события, пурпурный цвет — афтершоки с магнитудой более 5
На рисунке ниже цветом показаны поля смещений, полученные по данным спутниковой радарной интерферометрии. Цветом показано поле смещений по спутниковым данным, изолиниями — смещения, рассчитанные по модели очага.
На рисунке ниже показана модель поверхности разрыва БАЗ. Разрыв длиной в 370 км разделен нами на четыре равных элемента по простиранию и два — по глубине. Красные стрелки — смещения на глубоких элементах, черные — на более мелких. Справа показано сравнение смещений на пунктах GPS (красные стрелки — расчетные, черные — измеренные). Кругами показаны эпицентры сейсмических событий после землетрясения (афтершоки).
Полученные результаты демонстрируют эффективность применения радиолокационных данных спутников при изучении катастрофических геодинамических явлений и процессов. Построенная модель не только позволила определить геометрию разрыва и амплитуду смещений в очаговой зоне, но и показала, что в целом смещения произошли по всей очаговой области. Хотя в некоторых областях поверхности разрыва смещения, возможно, были несколько меньше средних величин, но землетрясение вскрыло весь 370-километровый участок зоны сейсмического затишья. Модель геометрии сейсмического разрыва и распределения смещений на нем дает информацию об изменении в результате землетрясения напряжений в литосфере. Это важно для оценки сейсмической опасности в регионе.
Валентин Михайлов, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией комплексной геодинамической интерпретации наземных и спутниковых данных ИФЗ РАН, доктор физико-математических наук, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:
— Почему происходят землетрясения?
— Как известно, поверхностная оболочка Земли (литосфера) условно разделяется на литосферные плиты, на границах которых происходят наиболее активные тектонические процессы. Движение плит обусловлено конвекцией в нижележащей мантии. Если на некотором участке границы плит плиты движутся навстречу друг другу, то в этой области возникают напряжения сжатия и формируются горные системы, или зоны субдукции (это области, где одна океаническая плита погружается под другую океаническую или континентальную плиту). Если в некоторой области плиты расходятся, образуются зоны растяжения — рифты. Напряжения, возникающие на границах плиты, передаются внутри плиты на большие расстояния, и могут возникать области деформации внутри плиты. Так формируются Алтайские горы, озеро Байкал, Великие Африканские озера.
Литосфера может выдерживать значительные напряжения, но из-за постоянного движения плит напряжения в ней все время возрастают и наконец достигают предела прочности разломов, которые в ней имеются. В этот момент начинается движение по разлому. Если движение происходит очень быстро (секунды), то происходит землетрясение. Бывают случаи, когда смещения происходят медленно, без резких скачков и землетрясение не происходит, хотя напряжения снимаются.
Если бы не было трения на разломах, то на границах плит происходили бы непрерывные смещения, напряжения бы не накапливались и не было бы землетрясений. Но трение на разломах довольно велико. Поэтому, пока не достигнут предел прочности разлома, напряжения и деформации вокруг разлома возрастают, а движений по разломам нет. Можно сказать, что накапливается дефицит смещений. По достижении предела прочности происходит смещение по разлому, напряжения в значительной мере снимаются и цикл накопления — разгрузки напряжений — начинается снова.
— Зачем ученым строить модель очага землетрясения?
— Модель очага дает информацию о том, на каком участке внутри литосферы произошел разрыв и уменьшились напряжения. В линейных разломных зонах (например, в зонах субдукции) сопоставление областей разрыва соседних землетрясений позволяет заключить, остались ли между ними запертые участки, где напряжения не снялись, то есть где сохраняется сейсмическая опасность.
— Что такое афтершоки?
— Перед сильным землетрясением иногда происходят более слабые землетрясения. Они называются форшоки. После землетрясения обычно происходит большое количество более слабых событий вокруг очаговой зоны главного события. Они и называются афтершоки.
— Можно ли с помощью радиолокационных данных спутников предсказывать будущие землетрясения?
— Пока не получается. Точность спутниковых данных не позволяет пока зафиксировать предвестниковые изменения деформации, они слишком малы. И станции глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), например ГЛОНАС или GPS, редко фиксируют заметные смещения до землетрясения, только если они оказываются непосредственно в очаговой зоне будущего землетрясения. Поэтому предсказанием (прогнозом) землетрясений мы не занимаемся. Заметим, что существуют методы среднесрочного прогноза, но они основаны на других принципах и этим занимаются другие ученые.
Статья опубликована в журнале.