Тектоника — это наука, дающая нам знания о процессах, от которых зависит не просто наша жизнь, но и само существование человечества. Поэтому мониторинг тектонических процессов в режиме реального времени или изучение их в ретроспективе может не только помочь нам понять сами эти процессы, но во многих случаях сохранить человеческие жизни.
Мониторинг сейсмических процессов — дело сложное и с технической, и с финансовой точки зрения. Особенно, если это касается зон субдукции, расположенных в глубоководных частях океанов: радиосигналы GPS не могут проникнуть сквозь толщу воду, а отслеживание сигналов акустических маяков, установленных на морском дне, с кораблей требует больших финансовых затрат. Но выход, похоже, есть: ученые из Института океанографии им. Скриппса в Сан-Диего, штат Калифорния, предлагают заменить корабли глубоководными беспилотниками. Осенью 2019 года Национальный научный фонд США (NSF) выделил команде ученых во главе с геофизиком Дэвидом Чадвеллом (David Chadwell) грант в размере 5,5 млн. USD на покупку 16 акустических маяков и 3 беспилотников для мониторинга данных. Если бы такая сеть появилась у побережья Японии 10 лет назад, последствия землетрясения Тохоку 11 марта 2011 года могли бы быть менее катастрофичными.
Беспилотник Wave Glider. Источник https://www.sciencemag.org/news/2019/11/drones-reveal-earthquake-hazards-hidden-abyss?utm_campaign=n.... Подробнее познакомиться с возможностями этого аппарата и посмотреть небольшой фильм о его устройстве можно на сайте Liquid Robotics, дочерней компании корпорации Boeing: https://www.liquid-robotics.com/wave-glider/overview/
В 2012 году Чэдвелл начал исследовать может ли беспилотник Wave Glider, разработанный фирмой Liquid Robotics в Саннивейле, штат Калифорния заменить корабль. Беспилотный аппарат представляет собой надводное судно длиной около 3 метров, соединенное с подводной частью, расположенной на глубине 8 метров, и имеющей колеблющиеся плавники, собирающие энергию океанских волн. Всего за 500 долларов в день, беспилотник может нести устройство GPS и неделями кружиться над маяками на морском дне. В испытании 2016 года в районе зоны Каскадия такой беспилотник продержался 40 дней и прошел около 500 километров; его почти полная бесшумность гораздо меньше влияла на звуковой сигнал, чем на судовой двигатель. С тех пор команда Чедвелла успешно использовала беспилотники каждое лето на шести акустических GPS-площадках в Каскадии, а также на Аляске и в Новой Зеландии. Многие исследователи, занимающиеся проблемой сейсмического мониторинга, уже отметили, что такая инновация может помочь предсказать землетрясения и цунами, а значит спасти многие жизни.
Не меньшее значение для предупреждения о возможной катастрофе и смягчения последствий стихийного бедствия имеет понимание причин их возникновения. Для изучения этих причин важен не только текущий мониторинг ситуации, но и ретроспективные исследования уже произошедших событий. Такое исследование причин образования цунами при землетрясениях 2004 года на Суматре и 2011 года в Японии провели в лаборатории Ламонт-Доэрти Колумбийского университета. Дело в том, что при землетрясении Тохоку 2011 года масштаб цунами в 3-4 раза превысил тот, который должен был бы быть при случившемся толчке. Спустя несколько месяцев японские ученые выяснили, что примерно в 50 километрах от берега в земной коре произошел еще один разрыв, вот только природа его была для них непонятна. Авторы статьи изучили данные, полученные из разных источников до и после землетрясения, в том числе карты и химические анализы отложений морского дна, сейсмические записи. Выяснилось следующее: после землетрясения кусок коры в районе разрыва сдвинулся в сторону океана примерно на 60 метров, при этом произошла серия обвалов высотой в 3-5 метров. То, что разрыв земной коры действительно произошел подтверждали температурные данные: поверхность дна в этом районе была выше температуры в окрестностях, что говорило о наличии трения при движении плит. Именно это разрывное нарушение и повлияло на величину волны цунами.
Три модели поведения верхней литосферной плиты при: постоянном угле наклона погружения нижней плиты (верхний ряд); увеличении угла наклона погружения на ~3° (средний ряд); уменьшении угла наклона погружения на ~3° (нижний ряд). Источник: https://www.nature.com/articles/s41561-020-0553-x/figures/4
Ученые задумались о том, почему и как произошло это нарушение. По их мнению, все дело в постепенном уменьшении угла наклона погружения океанической плиты под континентальную. В результате шельфовые отложения континентальной плиты стали собираться в некое подобие складки межу границей раздела плит и береговой линией Японских островов. Это не могло не привести к накапливанию напряжения, которое и разрядилось при столь мощном сейсмическом толчке: произошел разрыв и оползание части накопившихся отложений. Знания о возможности такого развития сейсмического сценария могут оказаться весьма полезными не только для Японии, но и для других сейсмически неспокойных зон, особенно находящихся в потенциально цунами-опасных регионах.
Обычно мы рассказываем об уже опубликованных исследования, но в заключении сегодняшнего обзора, хотелось бы дать небольшой анонс статьи, которая должна в бумажном варианте выйти только в июньском номере журнала Marine Geology, хотя и доступна онлайн с марта 2020 года, и вот почему: ее тема связана некоторым образом с темой предыдущей статьи. Британские ученые, изучив региональные данные 2D и 3D сейсмических отражений, пришли к выводу, что у берегов Фолклендских островов существует потенциальный цунами-генный источник, уже вызывавший волны высотой до 40 метров. Этим источником являются отложения, приносимые Субантарктическим фронтом (SAF), самой северной ветвью Антарктического циркумполярного течения (ACC), и откладывающиеся на склонах морского дна. Все знают о цунами, возникающем при землетрясении, но мало кто о цунами, вызванных подводными оползнями.
Схема переноса и аккумуляции осадков в районе Фолклендских островов. Источник: https://www.bbc.com/news/science-environment-50855389
Антарктическое циркумполярное течение — это самое мощное движение воды на Земле, и там, где SAF обходит берег, он в некоторых местах может ускориться, до страшной разрушающей силы. Фронт будет собирать осадок в одном месте, а затем складировать его в другом. Этот участок скопления, получивший название Burdwood Drift, является высоким крутым склоном, отчетливо различимым по сейсмическим данным. В настоящее время происходит накапливание ила и песка, но пока никто не может предсказать, когда произойдет соскальзывание осадков. Внутренняя нестабильность может в конечном итоге активизировать склон, но более вероятный сценарий состоит в том, что сотрясение от локального землетрясения спровоцирует разрушение осадка: отмель относительно близка к границам тектонических плит. По предположениям ученых, такие катастрофы происходят здесь примерно раз в миллион лет, но проблема требует дополнительного изучения. Будущие исследования будут, в том числе, включать в себя раскопки на Фольклендах, чтобы попытаться найти отложения древнего цунами. Будем надеяться, что результаты последующих работ также помогут повысить точность прогноза цунами не только для конкретного региона, но для других регионов Земли, а пока они, как и другие исследования, о которых мы рассказали в этом обзоре, подчеркивают важность изучения тектонических процессов, происходящих на дне морей и океанов для самого существования человечества.
Информационная служба ВСЕГЕИ
Источники: https://www.sciencemag.org/news/2019/11/drones-reveal-earthquake-hazards-hidden-abyss?utm_campaign=n...,
https://www.liquid-robotics.com/wave-glider/overview/,
https://www.nature.com/articles/s41561-020-0553-x,
https://in-space.ru/opredelena-podlinnaya-prichina-tsunami-v-yaponii-v-2011-godu-moshhnejshego-za-po...,
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0025322720300499?dgcid=author
и https://www.bbc.com/news/science-environment-50855389
