В последние месяцы 2018 года два сильнейших глубоких землетрясения, когда-либо зарегистрированных в истории человечества, сотрясли регион Тонга-Фиджи в южной части Тихого океана.
В первом в истории исследовании этих глубоких землетрясений, обычно определяемых как любое землетрясение, происходящее на глубине 350 километров или более от поверхности Земли, исследовательская группа под руководством Университета штата Флорида охарактеризовала эти значительные сейсмологические события, раскрывая новую и удивительную информацию. о таинственных, постоянно меняющихся недрах нашей планеты.
Выводы группы, опубликованные в журнале Geophysical Research Letters, очерчивают сложные геологические процессы, ответственные за землетрясения, и предполагают, что первое сильное возмущение могло фактически вызвать второе.
«У нас не слишком часто случаются такие сильные землетрясения», - сказал автор исследования Вэньюань Фань, сейсмолог из Департамента наук о Земле, океане и атмосфере бывшего СССР. «Эти глубокие землетрясения, особенно более сильные, на самом деле не вызываются окружающей средой. Так почему же это происходит? Это насущный вопрос».
В то время как глубокие землетрясения редко ощущаются на поверхности Земли, изучение этих титанических событий может помочь исследователям лучше понять системы и структуры внутренней части Земли.
Но точные механизмы глубоких землетрясений долгое время оставались загадкой для ученых, занимающихся землетрясением. Экстремальные условия температуры и давления в недрах Земли не подходят для тех механических процессов, которые обычно вызывают землетрясения, а именно для движения и внезапного проскальзывания больших плит.
Наоборот, необычайное давление прочно удерживает вещи на месте, а высокие температуры заставляют каменный материал вести себя как шоколад, перемещаясь вязко, а не как кубики льда, как это видно на мелкой поверхности.
«Мы не ожидали сильных землетрясений», - сказал Фан. "Этого не должно быть. Но у нас есть наблюдения за глубокими землетрясениями. Так почему? Как? Какие физические процессы протекают в таких условиях?"
Используя расширенный анализ формы волны, Фан и его команда обнаружили, что первое землетрясение - чудовищное с магнитудой 8,2, что делает его вторым по величине глубоким землетрясением из когда-либо зарегистрированных - было результатом двух различных физических процессов.
Землетрясение, как они выяснили, началось в одной из сейсмически важных плит региона, часть одной тектонической плиты подошла под другую. Ядра плит холоднее, чем их бурлящее горячее окружение, и поэтому более подвержены зародышам землетрясений.
Как только землетрясение начало формироваться в ядре плиты, оно распространилось в более теплые и пластичные окрестности. Это внешнее распространение переместило землетрясение из одного механического процесса в другой.
«Это интересно, потому что раньше считалось, что Тонга преимущественно имеет только один тип механизма, который находится в сердцевине холодной плиты», - сказал Фан. «Но на самом деле мы видим, что задействованы несколько физических механизмов».
Двойной механизм распространения, присутствующий в землетрясении магнитудой 8,2, не был полностью неожиданным для Фана и его команды. Этот процесс напоминал столь же глубокое землетрясение магнитудой 7,6, которое потрясло регион в 1994 году. Эти узнаваемые закономерности были многообещающим признаком.
«Увидеть, что что-то предсказуемо, например повторяющиеся закономерности, наблюдаемые при землетрясении магнитудой 8,2, очень приятно», - сказал Фан. «Это дает надежду, что мы что-то знаем об этой системе».
А вот второе землетрясение, которое произошло через 18 дней после первого, было скорее загадкой. Сотрясение магнитудой 7,9 произошло в районе, который ранее не подвергался сейсмической активности. Различные физические механизмы, присутствующие во втором землетрясении, имели больше общего с глубокими землетрясениями в Южной Америке, чем с мощными землетрясениями, которые сотрясают южную часть Тихого океана. И, к удивлению исследователей, землетрясение магнитудой 7,9 вызвало на удивление мало повторных толчков по сравнению с его значительным размером.
Как-то, по словам Фэна, произошло сильное землетрясение в ранее асейсмическом регионе, которое затем сразу же нормализовалось.
Именно этот инициирующий процесс больше всего интересует Фана в будущем. Он сказал, что это «двойное» землетрясение иллюстрирует динамическую и взаимосвязанную природу глубинных земных процессов и настоятельную необходимость лучше понять, как эти сложные процессы работают.
«Важно, чтобы мы рассмотрели вопрос о том, как сильные землетрясения вызывают другие сильные землетрясения, которые происходят недалеко», - сказал он. «Это хорошая демонстрация того, что, по-видимому, задействованы физические процессы, которые до сих пор неизвестны. Мы постепенно научились определять закономерность, но не до такой степени, чтобы точно знать, как она работает. Я думаю, что это важно для любого прогноза опасности. Это больше, чем интеллектуальный интерес. Это важно для человеческого общества."
Это исследование финансировалось Программой докторантов Океанографического института Вудс-Хоул.