Спутниковые данные позволили исследовать сейсмический разрыв в Беринговом море

Поверхностная оболочка Земли (литосфера) условно разделяется на литосферные плиты, на границах которых происходят наиболее активные тектонические процессы, обусловленные конвекцией в нижележащей мантии. На границе Тихоокеанской литосферной плиты, которая занимает большую часть Тихого океана, располагается знаменитое Тихоокеанское огненное кольцо.

Здесь происходят наиболее сильные землетрясения, а число действующих наземных вулканов достигает 328. В своей северо-западной части Тихоокеанская плита погружается под Курило-Камчатскую островную дугу и движется параллельно западной части Алеутской дуги. В этом районе происходят многочисленные землетрясения, иногда очень большой магнитуды, как, например, землетрясение 4 ноября 1952 года магнитудой 9.0, вызвавшее катастрофическое цунами и многочисленные жертвы.

Некоторые землетрясения этого района вызывают особый интерес. Например, Ближне-Алеутское землетрясение (БАЗ), которое произошло 17 июля 2017 года в районе Командорских островов Алеутской островной дуги. Эпицентр землетрясения находился к юго-востоку от острова Медный, у подножия склона шельфа в 200 км от поселка Никольское (остров Беринга). Это сейсмическое событие имело, по данным Геологической службы США, магнитуду Mw=7.6.

БАЗ произошло в зоне сейсмической бреши — области, где длительное время не наблюдалось сильных сейсмических событий, несмотря на большие скорости относительного смещения плит. В этом землетрясении реализовался весь накопленный дефицит смещений со времени последних землетрясений 1849 и 1858 годов. Кроме того, землетрясение произошло не на контакте плит, а севернее, в Беринговом море, вдоль разлома Беринга.

Построить модель очага этого землетрясения трудно, поскольку его разрыв располагается под уровнем моря и в непосредственной близости мало пунктов глобальных навигационных спутниковых сетей и сейсмических станций. Построенные по имеющимся данным модели очага не дают однозначного ответа на вопрос: какую длину имел сейсмический разрыв и мог ли он состоять из нескольких не связанных между собой разрывов?

Сотрудники ИФЗ РАН построили новую модель с использованием полей смещений, полученных по радарным снимкам спутника «Сентинель-1В» для островов Беринга и Медный, которые расположены близко к очаговой области. Также в процесс построения модели были включены данные о смещениях на пунктах GPS сети Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН.

На рисунке ниже цветом показаны поля смещений, полученные по данным спутниковой радарной интерферометрии. Цветом показано поле смещений по спутниковым данным, изолиниями — смещения, рассчитанные по модели очага.

На рисунке ниже показана модель поверхности разрыва БАЗ. Разрыв длиной в 370 км разделен нами на четыре равных элемента по простиранию и два — по глубине. Красные стрелки — смещения на глубоких элементах, черные — на более мелких. Справа показано сравнение смещений на пунктах GPS (красные стрелки — расчетные, черные — измеренные). Кругами показаны эпицентры сейсмических событий после землетрясения (афтершоки).

Полученные результаты демонстрируют эффективность применения радиолокационных данных спутников при изучении катастрофических геодинамических явлений и процессов. Построенная модель не только позволила определить геометрию разрыва и амплитуду смещений в очаговой зоне, но и показала, что в целом смещения произошли по всей очаговой области. Хотя в некоторых областях поверхности разрыва смещения, возможно, были несколько меньше средних величин, но землетрясение вскрыло весь 370-километровый участок зоны сейсмического затишья. Модель геометрии сейсмического разрыва и распределения смещений на нем дает информацию об изменении в результате землетрясения напряжений в литосфере. Это важно для оценки сейсмической опасности в регионе.

Валентин Михайлов, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией комплексной геодинамической интерпретации наземных и спутниковых данных ИФЗ РАН, доктор физико-математических наук, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Почему происходят землетрясения?

— Как известно, поверхностная оболочка Земли (литосфера) условно разделяется на литосферные плиты, на границах которых происходят наиболее активные тектонические процессы. Движение плит обусловлено конвекцией в нижележащей мантии. Если на некотором участке границы плит плиты движутся навстречу друг другу, то в этой области возникают напряжения сжатия и формируются горные системы, или зоны субдукции (это области, где одна океаническая плита погружается под другую океаническую или континентальную плиту). Если в некоторой области плиты расходятся, образуются зоны растяжения — рифты. Напряжения, возникающие на границах плиты, передаются внутри плиты на большие расстояния, и могут возникать области деформации внутри плиты. Так формируются Алтайские горы, озеро Байкал, Великие Африканские озера.

Литосфера может выдерживать значительные напряжения, но из-за постоянного движения плит напряжения в ней все время возрастают и наконец достигают предела прочности разломов, которые в ней имеются. В этот момент начинается движение по разлому. Если движение происходит очень быстро (секунды), то происходит землетрясение. Бывают случаи, когда смещения происходят медленно, без резких скачков и землетрясение не происходит, хотя напряжения снимаются.

Если бы не было трения на разломах, то на границах плит происходили бы непрерывные смещения, напряжения бы не накапливались и не было бы землетрясений. Но трение на разломах довольно велико. Поэтому, пока не достигнут предел прочности разлома, напряжения и деформации вокруг разлома возрастают, а движений по разломам нет. Можно сказать, что накапливается дефицит смещений. По достижении предела прочности происходит смещение по разлому, напряжения в значительной мере снимаются и цикл накопления — разгрузки напряжений — начинается снова.

— Зачем ученым строить модель очага землетрясения?

— Модель очага дает информацию о том, на каком участке внутри литосферы произошел разрыв и уменьшились напряжения. В линейных разломных зонах (например, в зонах субдукции) сопоставление областей разрыва соседних землетрясений позволяет заключить, остались ли между ними запертые участки, где напряжения не снялись, то есть где сохраняется сейсмическая опасность.

— Что такое афтершоки?

— Перед сильным землетрясением иногда происходят более слабые землетрясения. Они называются форшоки. После землетрясения обычно происходит большое количество более слабых событий вокруг очаговой зоны главного события. Они и называются афтершоки.

— Можно ли с помощью радиолокационных данных спутников предсказывать будущие землетрясения?

— Пока не получается. Точность спутниковых данных не позволяет пока зафиксировать предвестниковые изменения деформации, они слишком малы. И станции глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), например ГЛОНАС или GPS, редко фиксируют заметные смещения до землетрясения, только если они оказываются непосредственно в очаговой зоне будущего землетрясения. Поэтому предсказанием (прогнозом) землетрясений мы не занимаемся. Заметим, что существуют методы среднесрочного прогноза, но они основаны на других принципах и этим занимаются другие ученые.

Статья опубликована в журнале.

Валентин Михайлов, Вера Тимофеева, Владимир Смирнов, Елена Тимошкина и Николай Шапиро, ИФЗ РАН