Физики из МФТИ и Института динамики геосфер РАН разработали новый метод предсказания землетрясений. На страницах журнала Scientific Reports исследователи представили описание метода, основанного на анализе слабых колебаний, возникающих в зоне тектонического разлома.
Землетрясения возникают при внезапном сдвиге одной части земной коры относительно другой вдоль существующих разломов. Такие сдвиги возникают, когда действующие на блоки земной коры силы начинают превышать прочность разлома.
Приближение момента сдвига можно зафиксировать по ряду косвенных признаков. Для прогнозирования подземных толчков неоднократно пытались следить за такими явлениями, как выход из-под земли газа радона, изменение сейсмической активности, скорости распространения сейсмических волн и даже уровня воды в скважинах, однако все это не давало четкой картины происходящего непосредственно в области будущего очага землетрясения.
«Все перечисленные феномены характеризуют не зону разлома как таковую, а скорее большую область вокруг разлома, в которой происходит накопление упругой энергии деформации. Из-за этого все попытки найти надежные способы краткосрочного прогнозирования землетрясения не дали результата, хотя ретроспективно можно связать некоторые изменения с уже произошедшими толчками», — комментирует соавтор работы Геворг Кочарян, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ, заместитель директора ИДГ РАН по научной работе.
Рисунок. а) Схема опытной установки: гранитный блок массой в полкилограмма перемещался по поверхности гранитного стержня 10х10х250 см, а установленный в торце стержня динамик создавал аналог сейсмических колебаний, распространяющихся в земной коре. b) На графиках видно, что блок двигался периодическими рывками и это происходило при достижении критического значения механического напряжения. Разные линии соответствуют разным условиям опыта: контакт между гранитным блоком и стержнем мог быть заполнен как кварцевым песком, так и смесью песка с глиной / Пресс-служба МФТИ
Для понимания процессов в зоне разлома ученые предложили использовать запись сейсмического шума, которая содержит информацию о настолько слабых колебаниях, что речь идет не о землетрясениях как таковых (пусть даже небольших), а скорее о шумах, создаваемых медленно деформируемыми блоками земной коры. В своей работе исследователи показали, что на участке разлома — области зарождения будущего землетрясения — характеристики этого шума меняются при увеличении тектонических напряжений до критической величины и переходе разлома в метастабильное состояние, когда любое небольшое воздействие извне способно запустить катастрофический сдвиг.
Лабораторная установка / Изображение авторов исследования, пресс-служба МФТИ
В потенциально опасной зоне разлома существенно меняется спектр сейсмического шума. Проведенные в лабораторных условиях измерения с использованием гранитных блоков показали, что в низкочастотной области возникают характерные пики, частота которых существенно снижается перед сдвигом.
«Обнаруженные нами закономерности указывают на то, что переход разлома в состояние готовности к сейсмическому толчку можно обнаружить, анализируя спектр фонового шума. Выявление колебаний, возникающих вблизи разлома, и слежение за их изменением могут стать новым полезным методом наблюдения за разломами в режиме реального времени», — говорит Алексей Остапчук, сотрудник кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ и Института динамики геосфер РАН.
Работа авторов выполнена при поддержке Российского научного фонда.
