В МФТИ определили условия возникновения самых сильных землетрясений

В лаборатории геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана МФТИ провели анализ сейсмогенного процесса Алеутской островной дуги, проходящей от Камчатки до Аляски. Было установлено, что именно направление вектора сближения литосферных плит, на границе которых находятся острова, оказывает существенное влияние на эти процессы. Исследование поможет прогнозировать будущие землетрясения, их силу и наиболее опасные территории.

ФизТех

В МФТИ определили условия возникновения самых сильных землетрясений / ©Getty images / Автор: Euclio Drusus

Результаты опубликованы в журнале Geosciences. Согласно статистике, средние периоды повторяемости сильнейших землетрясений составляют порядка 100–1000 лет на подвижных границах плит и 1000–10000 лет в стабильных внутренних регионах. В то же время исследования подтверждают, что сейсмический процесс в каждой конкретной зоне достаточно стационарен во времени. Однако на практике в силу действия различных факторов возможны заметные отклонения, что и подтвердили исследователи МФТИ.

Пример такой неравномерности — сейсмогенная активизация Алеутской зоны в середине XX века. В период с 1938 по 1965 год в Алеутской островной дуге произошла целая серия сильнейших землетрясений, очаги которых заполнили почти всю фронтальную часть. Особый интерес представляет западная половина дуги, поскольку сильнейшие землетрясения магнитудой ~8 повторяются здесь чаще, чем в ее восточной части.

Алеутская островная дуга. Даты сильных землетрясений / ©Geosciences

Алеутская островная дуга расположена между Беринговым морем на севере и Северо-Тихоокеанской котловиной на юге и насчитывает около 300 островов. В геологическом отношении эта территория представляет собой зону так называемой субдукции на границе литосферных плит, вдоль которой происходит погружение Тихоокеанской литосферной плиты, движущейся на северо-восток, под Северо-Американскую литосферную плиту. Процесс идет со значительным уровнем сейсмической активности.

Леопольд Лобковский, академик РАН, заведующий лабораторией геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана МФТИ, разработал модель, которая описывает цикличность землетрясений за счет движения блоков в зоне субдукции — так называемую клавишно-блоковую модель:

«Процесс взаимодействия океанической и континентальной литосферных плит никогда не прерывается, блоки накапливают напряжение, которое высвобождается во время сильнейших сейсмических событий. Разгружающиеся блоки при этом практически мгновенно смещаются в сторону океана. Однако во время быстрой сейсмической стадии происходит лишь частичный сброс накопленных напряжений.

Эскиз клавишной модели движения блочной структуры во фронтальной части островной дуги при наклонной субдукции. Vn — нормальная скорость движения погружающейся плиты; Vp — тангенциальная скорость движения погружающейся плиты; 𝛕1 — нормальные напряжения на подошве сейсмогенных блоков, вызванные ортогональной субдукцией океанической плиты; 𝛕2 — тангенциальные напряжения на подошве сейсмогенных блоков, вызванные их продольным сжатием / ©Geosciences

Высвобождение оставшейся части запасенной блоками упругой энергии происходит в процессе окончательного “распрямления” системы. Результатом этого процесса является дальнейшее выдвижение блоков в океан. Эта стадия может продолжаться несколько лет, а ее завершение означает конец прошедшего и начало нового сейсмического цикла».

Алеутская дуга растянулась на 1740 километров, острова расположены на Северо-Американской плите, под которую погружается Тихоокеанская плита, а фронтальная часть островов представляет собой серию блоков, разделенных разломами перпендикулярно оси островной дуги. В разрезе эти литосферные блоки (так называемые «клавиши») имеют клиновидную форму и уходят в глубину до кровли пододвигающейся плиты. Субдуцирующая плита оказывает давление на блоки, приводя к их сжатию и накоплению упругих напряжений. В какой-то момент эти напряжения достигают пороговых значений, что и проявляется в виде сильнейших землетрясений.

Важнейшей особенностью Алеутской дуги является то, что в ее западной части направление субдукции происходит по касательной к направлению дуги. Это ведет не только к прямому, но и к боковому сжатию (латеральное давление), что, в свою очередь, дает за то же самое время более высокий уровень внутренних напряжений и более ранний сброс накопленной энергии. В результате сильнейшие землетрясения могут происходить здесь чаще, чем в той зоне, где субдукция происходит перпендикулярно направлению дуги.

Таким образом, в качестве механизма, объясняющего увеличение частоты землетрясений в зоне Алеутской островной дуги, предложено рассматривать смену направления субдукции с почти перпендикулярного к оси желоба в восточной части на касательную траекторию на западе. Еще одной яркой особенностью сейсмических циклов в западной части Алеутской зоны является отсутствие повторяющихся событий в одном и том же сегменте.

В рамках клавишно-блокового подхода границы очаговых зон необязательно должны в точности повторяться. Так, очаг нового события может включать соседние блоки, не сместившиеся во время предыдущего. В то же время некоторые блоки, сместившиеся во время предыдущего сейсмического цикла, могут остаться незатронутыми в силу того, что накопленных в них напряжений недостаточно для динамического срыва, что несколько затрудняет прогноз сейсмической активности в подобных регионах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.