Результаты показывают, что разрыв разлома Сан-Андреас может вызвать в Лос-Анджелесе в три раза более сильные толчки, чем в прилегающих регионах.
Дженнифер Чу, MIT News
Многие сейсмоопасные регионы мира расположены над осадочными бассейнами — обширными участками просевшей земной коры, заполненными осадочными породами. Поскольку такие осадочные породы мягче окружающих их горных пород, эти бассейны могут усиливать колебания при распространении сейсмических волн в земной коре, вызывая значительно более сильные толчки, чем в более твердых регионах.
При землетрясении такие города, как Лос-Анджелес и Токио, построенные на осадочных бассейнах, могут испытывать гораздо более сильные толчки в течение более длительного периода времени. Это последствие было предсказано с помощью моделирования землетрясений. Однако такое моделирование в значительной степени основано на идеализированных трехмерных моделях геологических структур Земли. Чтобы проверить эти модели, ученым придется дождаться настоящего землетрясения.
Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета разработали новый подход к прогнозированию силы толчков в сейсмоопасных регионах — без реальных землетрясений. Этот подход, описанный в выпуске журнала Science за эту неделю, позволяет генерировать виртуальные землетрясения на основе данных об океанских волнах.
Когда волны разбиваются о береговую линию, они вызывают колебания земной поверхности. Хотя эти колебания ничтожно малы по сравнению с толчками, возникающими при землетрясении, сейсмические станции все же могут их улавливать даже на больших расстояниях. Такие сигналы в режиме реального времени помогают ученым лучше понять, как сейсмические волны распространяются в различных структурах земной коры.
В качестве тестового примера команда применила свой метод, получивший название «подход с использованием виртуальных землетрясений», к бассейну Лос-Анджелеса — региону с большим количеством сейсмических станций. Исследователи проанализировали океанские волны, зафиксированные станциями в разных точках Лос-Анджелеса и вдоль близлежащего разлома Сан-Андреас, и сравнили сигналы, полученные на разных станциях. Различия в сигналах можно использовать для расчета скорости, с которой поверхностные волны распространяются в земной коре, и того, как они могут влиять на регион.
На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу, что разрывы вдоль разлома Сан-Андреас могут вызывать землетрясения, которые в центре Лос-Анджелеса будут в три раза сильнее, чем в прилегающих районах. Такое усиление сейсмической активности вызвано эффектом воронки, при котором сейсмические волны проходят через осадочные бассейны и достигают района Лос-Анджелеса. Разрывы, которые начинаются на юге, недалеко от Солтон-Си, и движутся на север вдоль разлома Сан-Андреас, вызывают в Лос-Анджелесе более сильные толчки, чем те, что распространяются на юг.
По словам Германа Прието, доцента кафедры геофизики на факультете наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, предсказать, когда и где произойдет землетрясение, по-прежнему невозможно. Но прогнозы о том, насколько сильные толчки может выдержать тот или иной регион, могут помочь уязвимым сообществам ужесточить строительные нормы и требования к прочности конструкций.
«Если посмотреть на крупнейшие города мира — Токио, Лос-Анджелес, Мехико, — то многие из них расположены на осадочных бассейнах, — говорит Прието. — Этот инструмент был бы весьма полезен для прогнозирования землетрясений на основе эмпирического подхода».
Создание виртуального землетрясения
Чтобы смоделировать виртуальное землетрясение, Прието и его коллеги проанализировали сигналы от океанских волн, полученные с двух сейсмических станций.
«Если попытаться выделить этот сигнал, то получится нечто похожее на землетрясение, которое мы называем «виртуальным землетрясением», — говорит Прието. — Мы изучаем ... то, как амплитуда этого сигнала меняется в зависимости от местоположения. Аналогичный эффект будет наблюдаться при будущих землетрясениях».
Группа исследователей обработала сигналы, поступающие с пар станций, расположенных вдоль разлома Сан-Андреас и в бассейне Лос-Анджелеса, и суммировала данные, чтобы смоделировать масштабное виртуальное землетрясение, которое распространяется от станции к станции. В зависимости от расположения сейсмических станций исследователи могут создавать виртуальные землетрясения в разных местах.
Экстраполируя данные об океанских волнах, команда смоделировала 96 сценариев землетрясений магнитудой 7,0 вдоль разлома Сан-Андреас, в том числе разрывы к югу от Лос-Анджелеса. Согласно полученным прогнозам, в бассейне Лос-Анджелеса толчки будут в три раза сильнее, чем в окружающих его горных районах. При этом толчки будут еще сильнее, если землетрясение будет распространяться на север, а не на юг.
Томас Джордан, профессор наук о Земле в Университете Южной Калифорнии, говорит, что подход, предложенный группой, достаточно универсален и может применяться даже в тех регионах, где у ученых нет точных моделей геологических структур. Он отмечает, что этот метод зависит от наличия нескольких сейсмических станций, которые есть не во всех сейсмоопасных регионах. Тем не менее этот инструмент может побудить местные сообщества устанавливать сейсмические станции для точного прогнозирования подземных толчков при будущих землетрясениях.
«Настоящая проблема в том, что у нас нет записей реальных землетрясений, а в районе Лос-Анджелеса существует серьезная угроза землетрясений, но у нас нет данных, которые позволили бы понять, что произойдет во время таких толчков, — говорит Джордан, не принимавший участия в исследовании. — Вот почему мы так активно пытаемся смоделировать эти землетрясения и почему этот подход так важен».