«Быстрые» литосферные плиты увеличили силу горных землетрясений

peteropaliu / flickr

Мощность землетрясений в складчатых горных системах оказалась напрямую связана со скоростью столкновения литосферных плит. К такому выводу пришли геологи, промоделировав геологические процессы, происходящие в горных областях с тектонической активностью. Результаты работы, опубликованной в Earth and Planetary Science Letters, объясняют, почему сейсмическая активность в Гималаях выше, чем, например, в Альпах. В будущем полученные данные позволят точнее предсказывать место и силу горных землетрясений.

В молодых складчатых горных системах движение литосферных плит, которое привело к их образованию, все еще продолжается и является причиной частых землетрясений. Мощность землетрясений определяется тектоническими процессами, но однозначных данных о связи между скоростью плит и мощностью землетрясений до последнего момента предложено не было. Связано это с тем, что для таких систем достаточно трудно создать компьютерную модель. Основная проблема, возникающая при моделировании, — наличие двух процессов, которые происходят на разных масштабах времени. Один шаг по времени в моделировании тектонических процессов соответствует примерно тысяче лет — периоду, на котором любые сейсмические эффекты изучать невозможно. Моделирование же на временном масштабе землетрясения не дает возможности полностью учесть процессы деформации плит при столкновении.

Для того, чтобы решить эту проблему, коллектив геологов под руководством Луки Даль Цилио (Luca Dal Zilio) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха смоделировал столкновение литосферных плит с использованием двухстадийной модели, учитывающей температурные, сейсмологические и механические свойства плит при столкновении. Сначала авторы работы смоделировали столкновение плит с очень большим временным шагом (около 1000 лет), а потом постепенно уменьшали его до 5 лет, сохраняя при этом данные о механическом напряжении в земной коре. Это позволило смоделировать распространение разломов в коре на коротких временных масштабах и связать сейсмическую активность вблизи зон столкновения с параметрами тектонических процессов. Литосферные плиты в моделировании представляли собой трехслойные структуры, состоящие из верхней коры, гранитного среднего слоя и нижней коры. Моделирование провели для различный скоростей столкновения (от 10 до 50 миллиметров в год) и связали ее с параметрами возможного землетрясения.

Оказалось, что магнитуда землетрясений линейно зависит от скорости плит при столкновении. Так, для скорости плиты 10 миллиметров в год максимальная магнитуда возможного землетрясения составила 7, а для скорости 50 миллиметров — превысила 8. Эти отличия объясняются тем, что при больших скоростях движения плит происходит увеличение температуры и изменение их механических свойств. Из-за этого по-разному происходит их деформация и возникают отличия в глубине эпицентров землетрясений. Медленное столкновение плит приводит к землетрясению, эпицентр которого расположен на глубине около 12 — 15 километров, что соответствует взаимодействию верхней коры литосферных плит. Если же скорость плит достаточно большая, то помимо первого эпицентра, возникает еще один, более глубокий. Он располагается на глубине около 40 километров и соответствует взаимодействию при столкновении нижней коры литосферной плиты.

Результаты моделирования ученые сравнили с данными о землетрясениях магнитудой больше 4,5 в четырех молодых складчатых горных системах с различной скоростью движения литосферных плит: Альпах, Апеннинах, Загросе и Гималаях. Скорость движения литосферных плит в них составляет от 2,5 до 38 миллиметров в год и примерно соответствует тому диапазону, который исследовался в рамках моделирования.

Оказалось, что сейсмографические данные на качественном уровне хорошо согласуются с результатами компьютерного моделирования. Поэтому авторы работы надеются, что предложенная модель уже в ближайшем будущем поможет значительно точнее предсказывать место и мощность землетрясений в горных районах с повышенной сейсмической активностью.

Горные землетрясения, которые происходят из-за движения тектонических плит, могут привести к изменению географии, в частности небольшому горизонтальному сдвигу или изменению высоты отдельных горных вершин. Так, например, мощное землетрясение, которое произошло в 2015 году в Непале, привело к сдвигу Катманду на несколько метров к югу.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.