Разрыв при землетрясении в Чили ушёл на 50 км глубже ожиданий — и вот почему это меняет оценку рисков

Тепловое бегство ускорило скольжение разлома при разрыве — Nature Communications

Глубинные землетрясения долго считались менее опасными, чем поверхностные, из-за экстремального давления и температуры в недрах Земли. Однако событие на севере Чили в июле 2024 года заставило ученых пересмотреть устоявшиеся представления о том, как именно развиваются такие разрывы. Землетрясение показало, что даже на больших глубинах возможны быстрые и энергоёмкие процессы. Об этом сообщает журнал Nature Communications.

Необычное землетрясение в районе Каламы

19 июля 2024 года недалеко от города Калама на севере Чили произошло землетрясение магнитудой 7,4. Колебания ощущались на поверхности, были зафиксированы повреждения зданий и перебои с электроснабжением. Для Чили, расположенной вдоль активной зоны субдукции, землетрясения — привычное явление, но это событие выделялось своим механизмом.

Разрыв начался не у поверхности и не на границе тектонических плит, а глубоко внутри погружающейся плиты Наска, примерно на глубине 125 километров. Обычно такие очаги вызывают более слабые колебания на поверхности, но в этот раз сценарий оказался иным.

Почему Чили часто трясёт

Чили находится в зоне, где океаническая плита Наска уходит под Южноамериканскую плиту. Это движение создает постоянное напряжение в земной коре и мантии, что приводит к частым землетрясениям. Самым известным примером остается катастрофа 1960 года в центральной части страны с магнитудой 9,5 — самой высокой за всю историю инструментальных наблюдений.

Большинство разрушительных землетрясений здесь формируются на сравнительно небольших глубинах, вблизи границы плит. Событие у Каламы произошло значительно глубже, в зоне, где породы обычно ведут себя более пластично, а долгосрочные деформации фиксируются современными методами мониторинга земной поверхности.

Как возникают землетрясения средней глубины

Землетрясения на глубинах от 70 до 300 километров относят к промежуточным. В таких условиях высокая температура и давление, как правило, препятствуют резкому разрушению пород. Долгое время основной причиной подобных событий считался процесс обезвоживания минералов.

Когда холодная океаническая плита погружается в мантию, минералы вроде серпантина удерживают воду в своей кристаллической структуре. При росте температуры и давления вода высвобождается, повышает поровое давление и ослабляет связи в породе, что может привести к внезапному разрыву.

Лабораторные эксперименты показывают, что этот механизм эффективно работает при температурах ниже примерно 650 градусов Цельсия. Выше этого порога породы становятся более "мягкими" и устойчивыми к хрупкому разрушению, поэтому считалось, что разрыв не может распространяться дальше.

Когда скорость рождает тепло

Анализ сейсмических данных показал, что разрыв при землетрясении Калама ушёл примерно на 50 километров глубже ожидаемого и проник в зоны с температурой выше 650 градусов. Это стало возможным благодаря другому механизму — тепловому бегству.

Во время разрыва интенсивное трение вдоль плоскости разлома генерирует большое количество тепла. Оно дополнительно ослабляет породу и ускоряет скольжение, создавая замкнутый цикл: чем быстрее движение, тем больше тепла, и тем легче породе продолжать разрушаться.

"Эти чилийские события вызывают более сильные колебания, чем обычно ожидается от землетрясений средней глубины, и могут быть довольно разрушительными", — отметил доцент-исследователь Школы геонаук UT Jackson Чжэ Цзя.

"Это первый случай, когда мы наблюдаем, как разрыв землетрясения средней глубины выходит из холодной зоны в действительно горячую и движется с гораздо большей скоростью".

Цепочка разрывов вместо одного толчка

Сейсмические записи показали, что землетрясение развивалось не как единый процесс. Разрыв происходил серией последовательных субсобытий. Первые из них начались в более холодной части плиты на глубине около 125 километров и сопровождались множеством афтершоков.

Поздние сегменты достигли глубин порядка 170 километров, где температуры значительно выше. Именно они высвободили основную часть энергии, но дали меньше последующих толчков. Такая картина хорошо согласуется с идеей теплового бегства: сильный нагрев снимает напряжение, которое в иных условиях проявилось бы афтершоками.

Средняя скорость распространения разрыва достигала около 4,2 километра в секунду, что близко к скорости сдвиговых волн и считается редкостью для землетрясений этой категории.

Что показали тепловые модели

Ученые использовали тепловые модели зоны субдукции в Чили, чтобы оценить условия на разных глубинах. Расчеты показали, что холодное "ядро" погружающейся плиты сравнительно тонкое. Длина разрыва оказалась больше его толщины, поэтому процесс неизбежно вышел в более горячие области, где свойства вещества приближаются к тем, что обсуждаются в работах о строении внутреннего ядра Земли.

Минералы вроде хлорита и талька тоже могут выделять воду, но они встречаются реже и работают при других температурных условиях. В горячих зонах одного обезвоживания уже недостаточно, чтобы объяснить продолжение разрыва, и именно тепловое бегство стало ключевым фактором.

Почему это меняет оценку рисков

"Осознание того, что в Чили возможно ещё одно крупное землетрясение, стимулировало активные исследования и развертывание сейсмометров и геодезических станций для мониторинга деформаций коры", — подчеркнул профессор Торстен У. Беккер.

Событие у Каламы показало, что глубокие землетрясения способны затрагивать области, ранее считавшиеся слишком горячими для разрыва. Это означает, что потенциальный размер таких землетрясений и сила колебаний могут быть выше, чем предполагали прежние модели.

Учет совместного действия обезвоживания и теплового бегства важен для оценки сейсмической опасности, проектирования инфраструктуры и планирования мер на случай чрезвычайных ситуаций.

Сравнение: поверхностные и глубокие землетрясения

Поверхностные землетрясения обычно происходят на границах плит и чаще вызывают разрушения из-за близости к поверхности. Глубинные события традиционно считались менее опасными, так как энергия частично рассеивается по пути вверх. Калама показала, что при определённых условиях глубинные разрывы могут быть не менее интенсивными и сопровождаться неожиданно сильной тряской.

Плюсы и минусы новых научных выводов

Новые данные расширяют понимание процессов в недрах Земли и помогают точнее оценивать риски. Они дают возможность улучшить прогнозы и повысить устойчивость инфраструктуры.
В то же время пересмотр моделей означает, что некоторые регионы могут оказаться более уязвимыми, чем считалось ранее, а это усложняет задачи долгосрочного планирования.

Советы шаг за шагом для оценки сейсмических рисков

Анализировать не только глубину очага, но и тепловые условия в зоне разрыва.
Учитывать возможное сочетание разных механизмов, а не один доминирующий процесс.
Обновлять региональные модели опасности по мере появления новых данных.