Неизвестный механизм разрушений: как землетрясения глубины Чили ломают все сейсмические теории

Глубинные землетрясения долгое время считались менее опасными по сравнению с поверхностными из-за экстремальных температур и давления в недрах Земли. Однако событие на севере Чили в июле 2024 года изменило эти представления, заставив ученых по-новому взглянуть на механизм разрывов, происходящих на больших глубинах. Это землетрясение продемонстрировало, что даже в таких условиях могут происходить быстрые и мощные процессы. Об этом сообщает журнал Nature Communications.

Необычное землетрясение в районе Каламы

19 июля 2024 года на севере Чили, недалеко от города Калама, произошло землетрясение магнитудой 7,4. Подземные колебания были ощутимы на поверхности, что привело к повреждениям зданий и перебоям в подаче электроэнергии. Для Чили, которая расположена вдоль активной зоны субдукции, такие явления — не редкость, однако это землетрясение привлекло внимание благодаря необычной природе разрыва.

Вместо того чтобы начаться у поверхности или на границе тектонических плит, разлом возник глубоко внутри погружающейся океанической плиты Наска, на глубине около 125 километров. Обычно разрывы на таких глубинах приводят к слабым колебаниям на поверхности, но это событие показало иной сценарий.

Почему Чили так часто трясёт

Чили расположено в зоне, где океаническая плита Наска погружается под Южноамериканскую плиту, создавая постоянное напряжение в земной коре и мантии. Это приводит к регулярным землетрясениям, среди которых наиболее известным является катастрофа 1960 года с магнитудой 9,5 — самым мощным землетрясением в истории.

Большинство разрушительных событий здесь происходят на сравнительно малых глубинах, вблизи границы плит, но землетрясение у Каламы произошло значительно глубже, в области, где породы ведут себя более пластично, и их деформации фиксируются только современными методами мониторинга.

Землетрясения средней глубины и их причины

Землетрясения на глубинах от 70 до 300 километров называются промежуточными. В таких условиях высокая температура и давление препятствуют резкому разрушению пород. Ранее считалось, что основной причиной таких землетрясений является процесс обезвоживания минералов. Когда океаническая плита погружается в мантию, минералы, такие как серпантин, удерживают воду в своей структуре. С повышением температуры вода высвобождается, повышая поровое давление и ослабляя связи между минералами, что может вызвать разрыв.

Лабораторные эксперименты подтверждают, что этот процесс эффективен при температурах до 650°C. При более высоких температурах породы становятся менее хрупкими, и разрыв не должен распространяться. Однако землетрясение в Чили показало, что это не всегда так.

Тепловое бегство и его роль в землетрясениях

Анализ сейсмических данных показал, что разрыв в землетрясении в Каламы проник на глубину около 170 километров, где температура превышает 650°C. Это стало возможным благодаря другому механизму — тепловому бегству. В процессе разрыва интенсивное трение вдоль разлома выделяет большое количество тепла, что дополнительно ослабляет породы и ускоряет их разрушение. Чаще движение пород приводит к большему выделению тепла, что создает замкнутый цикл: чем быстрее движение, тем больше тепла, и тем легче продолжить разрушение.

"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.

Цепочка разрывов и их особенности

Данные сейсмологии показали, что разрыв при землетрясении развивался не как единый процесс. Он происходил серией последовательных субсобытий. Первоначальные разрывы начались в более холодной части плиты на глубине около 125 километров, что сопровождалось множеством афтершоков.

Поздние сегменты разрыва проникли на глубины порядка 170 километров, где температура была выше, и высвободили основную часть энергии, при этом толчков было меньше. Такой механизм хорошо объясняется тепловым бегством: когда температура увеличивается, напряжение в породах снимается быстрее, что снижает количество афтершоков.

Средняя скорость распространения разрыва составила 4,2 километра в секунду, что почти соответствует скорости сдвиговых волн и является редким явлением для землетрясений средней глубины.

Почему это важно для оценки 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.

Землетрясение в Каламы показало, что глубокие землетрясения могут поражать те области, где ранее считалось невозможным их развитие. Это означает, что возможные масштабы таких землетрясений могут быть значительно выше, чем прогнозировалось ранее. Это важно для оценки сейсмической опасности, проектирования зданий и подготовки к чрезвычайным ситуациям.