Зимние дожди и снег в Калифорнии угнетают Сьерра-Неваду и прибрежные хребты, которые затем восстанавливаются летом, изменяя нагрузку на сейсмические разломы штата и вызывая сезонные всплески небольших землетрясений, согласно новому исследованию Калифорнийского университета., сейсмологи Беркли.
Вес зимнего снега и речных вод давит на горы Сьерра-Невада примерно на сантиметр, или три восьмых дюйма, в то время как грунтовые и речные воды угнетают прибрежные хребты примерно наполовину. Эта нагрузка и летний отскок - поднятие земли после того, как весь снег растаял и большая часть воды утекла вниз - заставляют земную кору изгибаться, толкая и притягивая разломы штата, в том числе его крупнейший, Сан-Андреас.
Исследователи могут измерить эти вертикальные движения, используя региональную глобальную систему позиционирования, и, таким образом, рассчитать напряжения в земле из-за водяных нагрузок. Они обнаружили, что в среднем в разломах штатов происходило больше небольших землетрясений, когда эти сезонные изменения напряжения были максимальными.
В центральном разломе Сан-Андреас, например, наблюдается увеличение числа небольших землетрясений, магнитудой более 2 баллов, в конце лета и начале осени по мере уменьшения водной нагрузки в горах. Большинство людей не ощущают землетрясений магнитудой менее 2,5.
Исследователи обнаружили, что разломы вдоль восточной окраины Сьерра-Невады резко увеличиваются в конце весны и начале лета из-за сезонной разгрузки.
«Дело не в том, что все землетрясения происходят в сентябре. Сезона землетрясений не бывает», - сказал Роланд Бюргманн, профессор Калифорнийского университета в Беркли по науке о Земле и планетах и старший автор статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Science. «Все зависит от деталей нагрузки, местоположения разлома и геометрии разлома».
Хотя влияние этого ежегодного движения гор, окружающих Центральную долину, невелико (увеличивая вероятность землетрясений максимум на несколько процентных пунктов), исследование дает сейсмологам информацию о том, как разрываются разломы и какие виды стрессов важны для запуска землетрясений.
«Это исследование подтверждает идею о том, что ошибки штата критически подчеркнуты, так что эти небольшие возмущения могут повлиять на цикл землетрясений и иногда способствовать разрушению», - сказал первый автор Кристофер Джонсон, аспирант Калифорнийского университета в Беркли. «Он опережает время по этим различным ошибкам."
Стресс от землетрясения
Предыдущие исследования показали, что ежедневные стрессы, вызванные приливами и отливами океана, похоже, не вызывают малых или больших землетрясений в Калифорнии. Тем не менее, чрезвычайно сильные землетрясения - мегаземлетрясения - могут вызвать сильные землетрясения за тысячи миль от нас в редких случаях. Землетрясение магнитудой 8,6, произошедшее в Индийском океане в 2012 году, вызвало 16 крупных землетрясений магнитудой более 5,5 по всему миру.
Стресс, вызванный сезонными водными нагрузками в Калифорнии, подобен стрессу, вызванному сейсмическими волнами от отдаленных мегаземлетрясений, сказал Джонсон.
«Мы не видим увеличения числа землетрясений большой магнитуды из-за этих малоамплитудных напряжений, вызванных сезонным запасом воды», - сказал Джонсон. «Однако эти результаты показывают, что мы действительно видим корреляцию с небольшими землетрясениями из-за малоамплитудных напряжений».
Джонсон и Бюргманн, члены сейсмологической лаборатории Беркли, изучили 3 600 землетрясений за девятилетний период, 2006-2015 гг., и сопоставили их возникновение с рассчитанным пиковым напряжением на разломе, где они произошли. Напряжение было рассчитано по величине деформации гор, измеренной системой GPS, с использованием моделей механики горных пород, которые предсказывают изменения напряжения при разломах.
«Мы обнаружили, что в центральной части Сан-Андреаса в конце лета наблюдается наибольшая сейсмичность, и это коррелирует с более значительными изменениями стресса», - сказал Джонсон. «Это происходит не во время сезона дождей, это скорее разгрузка, которая приводит к большим напряжениям из-за этой единственной неисправности».
Интересно, что только напряжение сдвига, вызванное скользящим движением вперед и назад, вызывает избыток землетрясений, а не изменения сжатия, которые зажимают или разжимают разлом.
Исследователи также изучили все исторические сильные землетрясения магнитудой более 5,5 с 1781 года и обнаружили несколько больше землетрясений при высоких напряжениях разгрузки воды, чем при низких.
Мы смотрим на исторические записи о более крупных событиях, и мы действительно видим эту сезонность, но мы не в том состоянии, чтобы мы могли предоставить дополнительные доказательства оценок опасности, которые говорили бы, что в эти периоды времени мы ожидаем произойдут новые сильные землетрясения», - предупредил Джонсон.
Исследования разработаны, чтобы лучше понять, «что вызывает землетрясения», сказал Бюргманн. «Глядя на реакцию на эти периодические нагрузки, все равно что проводить эксперимент по механике разломов в масштабах всей Калифорнии».