Землетрясения в таких регионах, как Юта (США), Зульц-су-Форе (Франция) и Гронинген (Нидерланды), долгое время озадачивали ученых. Согласно сложившимся геологическим представлениям, в этих местах подобные явления казались невозможными. Традиционные учебники утверждают, что в неглубоких слоях земной коры при начале движения разломов происходит их укрепление, которое должно полностью предотвращать сейсмическую активность. Однако толчки все же случаются в этих, казалось бы, стабильных зонах.
Исследователи из Утрехтского университета задались целью понять это противоречие. Их недавние выводы, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают: разломы, остававшиеся неактивными на протяжении миллионов лет, способны накапливать избыточное напряжение. В конечном итоге это накопленное давление может высвободиться в результате единичного события. Это открытие критически важно для определения более безопасных участков при планировании таких технологий, как извлечение геотермальной энергии и подземное хранение ресурсов.
Доктор Илона ван Динтер, руководитель исследования, поясняет: «Разломы можно найти почти везде. Разломы в неглубоких подповерхностных слоях обычно стабильны, поэтому мы не ожидаем, что вдоль них будут происходить шоковые движения». Тем не менее сейсмическая активность, к удивлению, наблюдается в первых нескольких километрах под поверхностью – именно там, где грунт считается наиболее стабильным. Эти неглубокие землетрясения часто связаны с деятельностью человека, такой как бурение, добыча ресурсов или закачка жидкостей. Возникает вопрос: почему разломы, которые в норме укрепляются при движении, могут внезапно ослабнуть и сдвинуться, высвобождая энергию в виде землетрясения?
Многие антропогенные землетрясения происходят вдоль древних, неактивных разломов, которые не сдвигались миллионы лет. Хотя эти разломы остаются неподвижными, поверхности, где встречаются горные породы, со временем медленно «залечиваются» и становятся прочнее. Такое постепенное укрепление создает дополнительное сопротивление. Когда это сопротивление наконец преодолевается, оно может вызвать резкое ускорение вдоль разлома, что приводит к землетрясению, даже в регионах, которые геологические модели классифицируют как стабильные.
Поскольку такие участки не имеют долгосрочной истории сейсмической активности, местные сообщества часто оказываются неподготовленными. Здания и инфраструктура не рассчитаны на подобные сотрясения. «Кроме того, эти землетрясения происходят на глубине, где осуществляется человеческая деятельность, иными словами, не более нескольких километров», – уточняет ван Динтер. «Это значительно меньше, чем глубина большинства естественных землетрясений». Подобная неглубокая природа означает, что такие толчки могут вызывать более заметные и потенциально разрушительные движения грунта.
Примечательно, что команда из Утрехта обнаружила: эти землетрясения представляют собой разовые события. Как только накопленное напряжение высвобождается, разлом переходит в новое, более стабильное состояние. «В результате сейсмическая активность в этом месте прекращается», – отмечает ван Динтер. «Это означает, что, хотя подземные слои в таких областях не стабилизируются сразу после прекращения человеческой деятельности, сила землетрясений – включая максимально ожидаемую магнитуду – будет постепенно уменьшаться». Когда разлом укрепляется при движении, его разрушенные участки впоследствии могут легче скользить друг относительно друга, действуя как естественные барьеры, предотвращающие образование более сильных землетрясений. Это означает, что общий риск может быть пересмотрен в сторону понижения, поскольку потенциал более сильных толчков уменьшается после того, как разлом сместился.
Это исследование имеет значительные последствия для того, как мы используем подземные слои Земли и управляем ими. Оно показывает, что даже в геологически стабильных регионах землетрясения могут происходить при определенных условиях – но обычно только один раз для каждого разлома. После первоначального события территория, как правило, становится более безопасной. Понимание того, как ведут себя разломы, как они «залечиваются» и что заставляет их ускоряться или замедляться, крайне важно для минимизации сейсмических рисков, связанных с геотермальной энергией, хранением углерода и аналогичными технологиями. С помощью новых вычислительных моделей исследователи Утрехтского университета уже работают над уточнением этих прогнозов и улучшением методов информирования о разовых рисках землетрясений.
