Физика внутри Земли: 7 открытий, которые показывают, почему геология невозможна без физики

17 сентября — Всероссийский день физики. И в «Завтраке с геологом» мы хотим поздравить всех, кто изучает законы природы — от элементарных частиц до процессов в ядре Земли.

Физика и геология связаны гораздо теснее, чем может показаться. Землетрясения, магнитное поле, движение разломов, строение мантии, тепловой баланс планеты — всё это невозможно понять без геофизики, спутниковых измерений, математических моделей и сложнейших экспериментов.

1. Камчатское мегаземлетрясение и модель очага

29 июля 2025 года на Камчатке произошло сильнейшее землетрясение с 1952 года — Mw = 8,8.

Учёные РАН и МГУ по данным спутниковой геодезии оперативно построили модель поверхности сейсмического разрыва и определили поле смещений. Основные сдвиги достигали 15 метров в районе южной Камчатки и острова Парамушир, а сам полуостров сместился на 2 метра в юго-восточном направлении.

Это первое в российской практике мегаземлетрясение, развитие очага которого удалось детально рассмотреть несейсмическими методами — благодаря высокоточной спутниковой интерферометрии.

2. Прогноз, который оправдался

Сотрудники Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН под руководством Валерия Гаврилова создали сеть комплексных скважинных измерений и разработали высокочувствительные подземные антенны.

Незадолго до мегаземлетрясения 2025 года они предупреждали о росте сейсмической опасности на основе геофизических наблюдений. За 2005–2025 годы институт дал оправдавшиеся средне- и краткосрочные прогнозы для трёх из четырёх сильных землетрясений на Камчатке — за 9 и 24 дня до событий.

3. Шестилетний ритм магнитного поля

Учёные Геофизического центра РАН впервые надёжно установили 6-летнюю квазипериодичность всплесков векового ускорения магнитного поля на границе ядро–мантия за период 1932–2022 годов.

Это удалось сделать с помощью алгоритмов нечёткой математики, которые помогли выделить сигнал главного магнитного поля из зашумлённых данных обсерваторий.

Анализ выявил два пика: около 5–6 лет, связанный с альвеновскими волнами в жидком ядре, и около 7–8 лет, подтверждающий теоретически предсказанные магнитно-кориолисовые волны.

4. Новые прогнозные карты землетрясений

ГЦ РАН разработал методику построения прогнозных карт изосейст — линий равной интенсивности сотрясений — для эпицентральных зон коровых землетрясений магнитудой больше 6.

Метод основан на ретроспективном моделировании полей тектонических напряжений с учётом геометрии активных разломов. Такой подход помогает оценивать параметры будущего события: протяжённость разрыва, сейсмический момент и магнитуду.

Особенно важно, что он позволяет строить синтетические сейсмограммы даже там, где не хватает инструментальных записей.

5. Геонейтрино — частицы из недр Земли

Учёные Объединённого института ядерных исследований участвуют в эксперименте JUNO в Китае.

Уже сейчас накопленная там статистика геонейтрино — частиц, рождающихся при радиоактивном распаде в коре и мантии Земли, — превышает мировую за всё время их исследования.

Для физиков это инструмент прямого изучения теплового баланса планеты и состава мантии — задачи, недоступной обычными геологическими методами.

6. Следы древних землетрясений в Сибири

Сотрудники Геологического института РАН и РГУ нефти и газа им. Губкина впервые обнаружили и описали в верхнекембрийских отложениях разреза реки Мойеро на севере Сибирской платформы сейсмиты.

Это структуры, сформировавшиеся в результате древних землетрясений. Они могут быть следами слабых коровых землетрясений или последствием сейсмических волн от падения крупных космических тел на Сибирский палеоконтинент.

Их возраст — сотни миллионов лет.

7. Активный разлом в Тыве

Экспедиция Русского географического общества при участии сейсмологов ИФЗ РАН обнаружила в Республике Тыва активный тектонический разлом длиной 20 км.

Он находится на маршруте проектируемого трансграничного транспортного коридора Россия — Монголия — Китай. Разлом проявлял активность в течение последней тысячи лет, что указывает на возможность землетрясения магнитудой до 6,5 и интенсивностью около 7 баллов.

Учёные уже дали рекомендации по проектированию трассы.

Физика помогает увидеть Землю изнутри

От спутниковой интерферометрии до геонейтрино, от магнитного поля до активных разломов — физика даёт геологии инструменты, без которых невозможно понять, как устроена и как меняется наша планета.

Поздравляем всех физиков, геофизиков, исследователей, преподавателей и студентов с праздником!

Пусть ваши расчёты будут точными, гипотезы — смелыми, а открытия — по-настоящему глубокими.