Землетрясения — это одно из самых разрушительных явлений нашей планеты. Изучая их с разных точек зрения, ученые пытаются найти способы защитить людей от страшных последствий. Сегодня в нашем дайджесте описываются 3 статьи, посвященные различным аспектам изучения сейсмоактивности.
Одним из важных вопросов, имеющим огромное практическое значение, является проблема связи землетрясений и вулканических извержений. Известно, что вулканические извержения в некоторых случаях следуют за землетрясениями, причем начать извергаться могут вулканы, находящиеся на значительных расстояниях от очагов сейсмособытий, а срок своеобразного запаздывания может составлять до месяца. Вулканологи из Университета Хиросимы решили проверить вероятность такой связи и ее механизм экспериментальным путем. Они предположили, что извержение может вызываться расплескиванием магмы в результате сотрясения земной коры. Результаты своих экспериментов исследователи опубликовали 13 апреля 2016 года в Journal of Vocanology and Geothermal Research.
В качестве заместителя магмы они использовали густой сахарный сироп, в который были добавлены кусочки пластика неправильной формы, имитирующие взвешенные в магме кристаллы. Магматическую камеру заменил прямоугольный резервуар, прикрепленный к вибростолу. В ходе экспериментов изучались 3 возможных варианта. В первом случае в открытом резервуаре находился однослойный «расплав», во втором — слой пенящейся «магмы» тоже в открытом резервуаре, а в третьем — два слоя, один из которых был пенящимся, в закрытом резервуаре. Эксперименты показали, что при сотрясении с частотой, близкой к собственной вибрации резервуара, в пенящемся слое происходит слипание пузырьков, вплоть до полного опадания пены. В результате увеличивается теплоперенос в окружающие породы и повышается давление магмы, что и может стать причиной извержения. В двухслойной системе остатки «схлопнувшейся» пены перемешиваются с нижележащим слоем жидкости. Это может вызвать усиление кипения и давления магмы, что в свою очередь приводит к увеличению магматической активности. Именно этот эффект может объяснить запаздывание извержения относительно землетрясения.
По результатам экспериментов ученые выяснили, что большое значение имеет и диаметр жерла вулкана. Так, при размере жерла больше 0,5 м для начала извержения необходимо присутствие низкочастотных колебаний. А землетрясение магнитудой 7,5 может вызвать извержение вулкана с жерлом около 3 м на расстоянии до 100 км. Кроме того, исследователи предположили, что большие магматические камеры (до 1 км размером), находящиеся на средних глубинах, могут резонировать с сейсмическими волнами до тех пор, пока плотная магма поднимется в резервуаре до значительного уровня. Предположения, высказанные учеными, требуют дальнейшей проверки, но дают пищу для размышлений и новых гипотез.
22 апреля 2016 года в журнале Science Advanced появилась статья международной группы ученых, посвященная связи так называемых «медленных землетрясений» и низкочастотных сейсмособытий. В работе принимали участие специалисты из Массачусетского технологического института, Института физики Земли в Париже, Университета Гренобля, Института геофизики в Мехико и Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН.
Наблюдаемые вдоль корней сейсмогенных разломов, где зажатая поверхность превращается в стабильно скользящую, низкочастотные землетрясения проявляются в виде событий, возникающих во время медленного соскальзывания. Ученые проанализировали каталог 1 120 источников низкочастотных землетрясений, содержащий более 1,8 миллионов событий, зафиксированных за 2 года в штате Герреро в Мексике, где плита Кокос поддвигается под Северо-Американскую плиту. Для того, чтобы понять какова последовательность низкочастотных событий в одиночной неровности поверхности плиты и узнать уровень кластеризации во времени в зависимости от формы его автокорреляционной функции, они провели статистический анализ событий. Оказалось, что при блокировке плиты, низкочастотные землетрясения ведут себя как простой процесс Пуассона, в то время как при самом небольшом медленном скольжении плиты они становятся сильно кластеризованными в результате взаимодействия между различными источниками низкочастотных событий. Иными словами, всплески низкочастотных событий могут возникнуть в результате коллективного поведения неровностей, взаимодействие которых зависит от состояния поверхности разлома.
В последнем случае ученые США изучили возможную причину недавних землетрясений на юго-востоке страны. Статья об этом исследовании появилась в издании Live Science 10 мая 2016 года. По мнению ученых, эти землетрясения могут вызваны отслоением кусочков все той же Северо-Американской плиты и погружением их в мантию. Берк Бириоль (Berk Biryol), сейсмолог из Университета Северной Каролины в Чепел-Хилл, и его коллеги создали трехмерную модель верхней мантии, непосредственно прилегающей к земной коре и включающей нижнюю часть тектонических плит. Эти плиты движутся в верхнем слое разогретой вязкой астеносферы.
Полученные рентгеновские изображения показали, что мощность плиты на юго-востоке Соединенных Штатов неравномерна, она представляет собой мозаику из мощных участков плотных древних пород и более тонких участков, состоящих из относительно молодых и менее плотных пород. Исследователи предположили, что происходит следующее: со временем по мере добавления к плите нового материала части плиты отрываются, в результате этого образуются участки повышенной плотности. Гравитация затягивает более плотные участки в мантию и в некой точке разрушает их. Разрушенные кусочки погружаются все ниже в липкую астеносферу. В то же время, относительно легкий материал астеносферы поднимается и заполняет пустоты, оставленные оторванными от нижней части плиты участками. Затем этот плавучий материал остывает и становится тонкой молодой частью плиты. Когда части плиты отламываются или сдираются, плита становится тоньше и больше подвержена соскальзыванию вдоль линий разломов, что вызывает сейсмическую активность. По оценкам ученых, эта активность возникла около 65 миллионов лет назад.
Пока исследователи рассмотрели только то, что происходило в прошлом, не заглядывая в будущее, но, по их мнению, в ближайшее время опасность указанным регионам не грозит. Землетрясение может случиться, но это не произойдет при жизни правнуков наших правнуков. На ближайшее время их прогноз оптимистичен.
Центр перспективного развития ВСЕГЕИ
Источники: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377027316300221,
http://www.sciencemag.org/news/2016/04/how-earthquakes-might-trigger-faraway-volcanoes,
http://advances.sciencemag.org/content/2/4/e1501616.full
и http://www.livescience.com/54695-chunks-of-earth-mantle-are-peeling-off.html
