Грохот грузовых поездов поможет предсказать землетрясение

Ученые показали, что создаваемые прохождением тяжелых железнодорожных составов колебания почвы можно использовать для зондирования коры до глубины в несколько километров. Это позволяет обнаружить резкие изменения скорости распространения сейсмических волн вблизи разломов, что связывают со скорым землетрясением, пишут авторы в журнале Geophysical Research Letters.

Надежное предсказание землетрясения остается одной из основных нерешенных задач сейсмологии. Предложено несколько возможных подходов к ее решению, но они либо труднореализуемы, либо не дают достаточно качественного прогноза.

Один из описанных методов опирается на скачок скорости сейсмических волн вблизи разлома коры, так как лабораторные эксперименты предсказывают подобное поведение в случае скорого землетрясения. Теоретически это позволяет находить опасные области загодя, но в реальности для этого требуется постоянная работа мощных источников сейсмических возмущений, что практически невозможно реализовать из-за чрезвычайно высокой стоимости.

В работе ученых из Франции, Бельгии и США под руководстовом Флорана Бренже (Florent Brenguier) из Университета Гренобль-Альп описана возможность использования создаваемых железнодорожными составами колебаний для зондирования коры Земли. Исследователи давно знали, что тяжелые грузовые поезда порождают сейсмический шум, однако до недавнего времени считалось, что он способен проникать лишь на небольшие расстояния вглубь. В 2018 году, однако, появилась статья, в которой описывалось успешная регистрация вызванных поездом колебаний земли на расстоянии в десятки километров от железной дороги. Это потенциально позволяет использовать шум поездов в качестве источника в методе сейсмической интерференции.

Данный способ обработки данных использует порожденные протяженным источником возмущения, записанные двумя разнесенными детекторами. В результате можно узнать свойства коры Земли, как будто источники возмущений находились на месте приемников. Ранее при помощи сейсмической интерференции удавалось восстановить только низкочастотную составляющую колебаний (от 0,1 до 1 герца), но выделение сигнала поезда из шума можно использовать для определения высокочастотной части, которая в наибольшей степени чувствительна к скорости распространения.

В качестве тестового полигона авторы новой работы использовали область около разлома Сан-Хасинто в Калифорнии. Согласно расчетам ученых, прохождение 25 тяжелых грузовых поездов в день эквивалентно в энергетическом смысле землетрясению магнитудой 2,2, чего достаточно для восстановления сигнала волн сжатия (P-волн), зондирующих кору на четыре километра вглубь. Это покрывает верхнюю область сейсмической активности, где рождается немало землетрясений. Однако изменение скорости на один процент на протяжении всего расстояния между детекторами можно обнаружить при точности не хуже 0,05 секунды, то есть четверть периода для волн с частотой в 5 герц. Поэтому для успешной работы требуется высокое качество оборудования.

Исследователи собираются значительно расширить область покрытия детекторов, так как в Калифорнии достаточно разветвленная сеть железных дорог. Оценки авторов показывают, что подобную систему можно развернуть как минимум на почти всей территории системы разломов Сан-Андреас. Потенциально, при увеличении чувствительности станет возможным также использование шума грузовиков и автомобилей, что радикально увеличит подходящую для мониторинга территорию.

Ранее геологи увидели «всплытие» очага крупного землетрясения, а при помощи машинного обучения удалось увидеть цикличность землетрясений от работы геотермальных станций. Также недавно появились новые свидетельства, что геологическая активность на Луне продолжается по сей день.