Мощное землетрясение магнитудой 9,0, произошедшее в Японии 11 марта 2011 года, вызвало длительное движение почвы страны. Примерно через 15 минут после основного толчка, в 14:46 по местному времени, вся территория Японии двинулась на восток, о чем свидетельствуют данные, собранные станциями GPS.
Это изменение, хотя и незначительное, варьирующееся от 5 до 6 миллиметров, оказалось постоянным. В то время это явление осталось практически незамеченным или было интерпретировано как сбой в записях. Однако геофизик Сунён Пак из Чикагского университета был убежден, что захваченные сигналы, указывающие на это смещение, указывают на реальное явление.
Недавнее исследование подтвердило, что это движение земли представляет собой «экстраординарное» сейсмическое явление, беспрецедентное до сих пор в научной документации.
«Особенность этого перемещения заключается в том, что вся Япония переместилась практически равномерно и одновременно», — объяснил Пак, руководитель расследования.
Геофизик также указал, что движение, достигшее основных островов Японии от Хоккайдо до Кюсю на площади около 3 тысяч километров, произошло не одновременно с первоначальным землетрясением, проявив себя перед наиболее значимыми афтершоками.
После многих лет, посвященных анализу данных GPS и сейсмических записей, Парк и его команда пришли к выводу, что волны, вызванные толчками, распространились к ядру Земли, а затем вернулись на поверхность, сместив четыре важные тектонические плиты.
Сейсмологам уже было известно, что волны, порождаемые сильными землетрясениями, способны проходить через внутреннюю часть планеты и отражаться во внешнем ядре, слое жидкого металла. Однако преобладало мнение, что эта энергия рассеялась, прежде чем снова достичь земной коры.
«Новинка заключается в том, что этот тип волны может проникать глубоко и вызывать сейсмическое событие; кроме того, этот эпизод уникален из-за его огромной протяженности», — объяснил Пак.
Известно, что землетрясения вызывают интенсивные движения грунта, создавая трещины и смещая огромные территории на несколько сантиметров. Однако эти перемещения, как правило, более ограничены географически, чем событие национального масштаба, выявленное в исследовании Пак и его коллег.
Горан Экстром, геофизик из Колумбийского университета, отметил, что во время землетрясения 2011 года две тектонические плиты, которые терлись друг о друга под Японией, сдвинулись примерно на 10 метров.
«Это ускоренное движение стало причиной толчков и цунами, а также сдвинуло остров Хонсю, самый большой в Японии, примерно на 20 сантиметров к востоку», — прокомментировал Экстром, не принимавший участия в исследовании.
Смещение, обнаруженное Паком и его командой, несмотря на его меньший масштаб, выделяется тем, что оно произошло на чрезвычайно обширной территории, представляя собой самую обширную из когда-либо зарегистрированных. Как говорится в официальном заявлении, это явление высвободило энергию, сравнимую с энергией землетрясения магнитудой 7,5.
Понимание нового сейсмического риска, выявленного в Японии
Землетрясение в марте 2011 года, эпицентр которого находился в 372 километрах к северо-востоку от Токио, считается самым сильным в истории Японии и привело к колоссальному цунами, ядерному кризису и гибели около 20 000 человек. Геофизик Парк подчеркнул необходимость того, чтобы власти знали об этом новом и неизвестном источнике сейсмического риска.
В отличие от афтершоков, которые трудно предсказать, путь волн туда и обратно к ядру Земли (расстояние примерно 5800 километров) занимает около 15 минут. Этот временной интервал открывает решающее окно для обнаружения и, возможно, подготовки, позволяющей отличить это явление от других сейсмических событий.
По этой причине явление конфигурируется как сейсмическое событие, которое можно прогнозировать и планировать смягчение его последствий. Однако из-за обширной области распространения энергии толчок воспринимался с меньшей интенсивностью и причинял меньший ущерб, чем обычное землетрясение магнитудой 7,5, имеющее тенденцию концентрировать свою энергию в более ограниченной области.
“Даже если бы был какой-либо ущерб, было бы довольно сложно отличить его от ущерба, нанесенного главным толчком и последовавшими за ним толчками”, – сказал Пак.
Зафиксированное в 2011 году смещение, вызванное прошедшей до ядра сейсмической волной, затронуло области сближения Тихоокеанской и Охотской тектонических плит, а также границу между Филиппинским морем и Евразийской плитой.
Тектонические плиты — это участки земной коры, которые движутся постепенно и непрерывно. Вполне возможно, что интенсивность первоначального сотрясения землетрясения способствовала подъему волны, исходящей от ядра, реактивации разломов вблизи главного землетрясения и генерации движений в регионах, где плиты встречаются дальше, как указывает Парк.
Япония имеет «исключительную» сеть сейсмических и спутниковых станций мониторинга, что позволило зафиксировать это явление, отметил Ведран Лекич, профессор кафедры геологических, экологических и планетарных наук Университета Мэриленда. Однако он считал, что «происшествия такого типа могут происходить и в других местах с недостаточным оборудованием, что препятствует окончательному документированию».
До сих пор движение грунта в обширной системе разломов, такой как та, что находится на территории Японии, никогда не было связано с приходом сейсмической волны, отраженной ядром, пояснил по электронной почте Лекич, который не участвовал в исследовании.
Пак и его сотрудники подтвердили, что они проанализировали другие теории, объясняющие перемещение Японии на восток, например, возникновение подводного оползня. Однако они пришли к выводу, что воздействие события такого характера будет значительно более локализованным.
Если интерпретация данных верна, исследование приобретает «большую актуальность», сказала Аманда Томас, геофизик из Калифорнийского университета в Дэвисе, которая также не участвовала в последнем исследовании.
«Основной вывод исследования заключается в том, что сильные землетрясения могут продолжать непредвиденным образом влиять на системы разломов в течение многих минут после первоначального разрушения, не только посредством афтершоков, но и посредством прохождения приходящих позже сейсмических волн», – сказала она.
«Наше понимание того, как работают разломы, все еще неполное, и такого рода наблюдения добавляют новую часть к этой сложной головоломке», — заключил он.