Иногда говорят, что человечество лучше понимает процессы внутри Солнца, чем внутри собственной планеты. Сегодня поговорим, почему это относится даже к хорошо изученному явлению – землетрясениям.
Кора Земли – не то, чем кажется
Напомним: в центре Земли — раскаленное металлическое ядро, выше — тысячи километров бушующих расплавленных масс внешнего ядра и мантии, и только затем следует тонкая каменная скорлупа — земная кора, на поверхности которой мы все обитаем.
Толщина коры составляет всего от 6 километров под океанами до 70 километров под сушей. Нам этого хватает, чтобы не проваливаться в магму, и интуитивно кажется, что кора — нечто монолитное, недвижимое, «земля под ногами».
Но реальность сложнее. В действительности «сфера» коры сломана, как разбитая ваза — это пазл из десятков отдельных плит, каждая из которых куда-то движется относительно других, ежесекундно и без остановок — сейчас, пока вы читаете эти строчки.
Все потому, что мантия находится в постоянном движении, давит на плиты снизу и не дает коре застыть в единую структуру.
Скорость движения кусочков планетарного пазла, которые называют тектоническими плитами, составляет от 1 до 20 сантиметров в год. Именно из-за этого движения континенты в истории Земли постоянно сходятся и расходятся.
А еще из-за этого случаются землетрясения.
Шок и трение
В ходе движения плиты неизбежно наезжают друг на друга и трутся. Иногда между ними есть жидкие, то есть раскаленные породы из мантии, и трение проходит без значимых последствий. Да и породы самих плит в зависимости от своего состава могут «уступать» в ответ на давление.
Но порой плиты — не целиком, а в проблемных контактных участках называемых разломами — «застревают» и накапливают механическое напряжение, ведь мантия под ними ни на секунду не останавливает давление.
Если со всей силы прижать друг к другу два предмета короткой стороной, например, книги, одна из них рано или поздно сорвется в сторону. В результате можно больно себя ударить. То же самое происходит в эпицентре землетрясения: напряжение между плитами так велико, что одна из них срывается, моментально соскальзывая в сторону на пару метров.
Срыв, в свою очередь, рождает сейсмические волны — высвободившаяся энергия распространяется во все стороны вокруг эпицентра в виде волн растяжения и сжатия, деформируя породу, а если энергии достаточно, разрушает здания на поверхности. Если рядом с эпицентром есть вода, может появиться цунами.
Поскольку породам поблизости от эпицентра нужно адаптироваться к новому расположению плит, более слабые толчки могут повторяться какое-то время после первичного срыва. Такие вторичные волны называют афтершоками, а незначительные толчки незадолго до самого мощного — форшоками.
У землетрясения могут быть и другие причины — вулканические извержения, разработка скважин, подземные взрывы. Дрожь земли бывает даже от концертов, но чаще всего люди сталкиваются с землетрясениями в результате естественного трения плит.
Для оценки физической силы землетрясения используют шкалы магнитуд («величин» на латыни), первую из которых придумал Чарльз Рихтер. Различные варианты этой метрики в СМИ называют «шкалой Рихтера».
Каждое целое значение по шкале магнитуд — это увеличение силы колебаний землетрясения в эпицентре в 10 раз, а высвободившейся энергии — в 32 раза. То есть землетрясение магнитудой 7.0 в 32 раза «мощнее», чем магнитудой 6.0, или в 1024 раза, чем 5.0.
Отдельно выделяют интенсивность землетрясения, то есть степень разрушительности. Для этого используют другие шкалы — в основном 12-балльные, где 12 баллов означает максимально разрушительное землетрясение, как 6 февраля 2023 года в Турции.
Команда Windy.app приносит свои искренние соболезнования всем пострадавшим от февральского землетрясения в Турции.
Кажется, все более-менее просто: следи за форшоками и эвакуируй население до основного толчка. Но есть проблема: несмотря на огромный массив данных и тысячи сейсмостанций по всему миру, надежно прогнозировать землетрясения мы так и не научились. В чем же дело?
Это случится снова
В среднем на Земле происходит около 500 тысяч землетрясений в год, 100 тысяч можно почувствовать, и только 100 приводят к заметным разрушениям. События магнитудой 8.0 фиксируют чуть реже 1 раза в год.
В наибольшей опасности находятся города по периметру так называемого «огненного кольца» – области, где края огромной океанической плиты Тихого океана уходят под континентальные плиты вокруг (процесс называют субдукцией). Это происходит из-за спрединга — разрастания плит под давлением магмы и мантии снизу, вещество которых при выходе на дно океана остывает и присоединятся к плите.
Речь идет о западном побережье всей Северной и Южной Америки, Японии, Филиппинах. Турция и Индонезия, находящиеся на стыке сразу нескольких плит, также в зоне высокого риска.
Все это мы знаем из исторического опыта. Еще недавно казалось, что раз скорость движения плит и мантии более-менее постоянна, можно предсказывать разрушительные землетрясения в том или ином регионе просто опираясь на их периодичность в прошлом.
Этот метод действительно позволяет узнать примерное время следующего крупного землетрясения на стыке плит, но совершенно не подходит для оперативного предупреждения и эвакуации населения непосредственно перед катастрофой.
В Китае в 1975 году таким образом удалось предсказать и вовремя эвакуировать население перед землетрясением магнитудой 7.3, но до сих пор это остается единственным удачным примером: уже в следующем году крупное землетрясение (Таншаньское) предсказать не удалось, и погибло около 250 тысяч человек.
Дело в том, что форшоки далеко не всегда удается зафиксировать и правильно классифицировать — каждое землетрясение уникально. Некоторые ученые предлагали отслеживать в воздухе концентрации особых изотопов, которые растут при разломах земли после форшоков. Но и это пока считается ненадежным методом, ведь концентрация радона, например, может как расти, так и падать.
По всей видимости, помимо сейсмостанций нужны глубокие (по-настоящему глубокие) детекторы, которые в паре километров под землей будут следить за подозрительными вибрациями и дополнять текущие модели процессов в земной коре.
Но это вопрос недалекого будущего, а пока следует знать и внимательно относиться к рекомендациям по безопасности, если вы живете в сейсмоактивной зоне, и следить, чтобы при строительстве зданий в таких местах соблюдались абсолютно все меры, предписанные для их защиты сейсмологами.
