Японское землетрясение вызвало волны в Норвегии

При землетрясении самую большую нагрузку принимает на себя область, расположенная в районе эпицентра, а порой толчок можно зарегистрировать и на очень большом расстоянии. Но сейсмические волны, испускаемые землетрясением, в действительности расходятся по всему свету и несколько раз огибают земной шар, превращая планету в большой звенящий колокол. Чем сильнее землетрясение, тем громче он «звонит».

А землетрясение магнитудой 9,0, которое произошло у берегов Японии 11 марта 2011 года, было очень, очень мощным.

Сейсмометры достаточно чувствительны, чтобы уловить сейсмические волны далёких землетрясений даже на их втором или третьем витке вокруг планеты, а спутники способны заметить сопутствующие им атмосферные возмущения. Впрочем, сверхточные измерения требуются не всегда. Например, станция контроля за уровнем грунтовых вод в американском штате Виргиния отметила повышение водного горизонта при прохождении волны от японского землетрясения...

...Которое аукнулось даже в норвежских фьордах! Несколько человек обратили внимание на странные волны тихим утром. Вода прибывала и так же внезапно уходила где-то на полметра примерно раз в минуту на протяжении нескольких часов, а началось это примерно через полчаса после землетрясения в Японии.

Длинные, медленные волны такого типа в жидкостях называются сейшами; они возникают по ряду причин в закрытых (или частично закрытых) водоёмах. Обычно их вызывает ветер, подталкивающий воду к одному краю озера или залива, но к ним может привести и сотрясение грунта при землетрясении. В таком случае сейши похожи на колебания поверхности жидкости в резервуаре. На этот раз резервуаром стали фьорды — крутые, но широкие долины, вырезанные ледниками и впоследствии затопленные поднявшимися морями.

Группа норвежских исследователей попыталась выяснить, как подобное могло случиться. Для этого учёные воспользовались компьютерной моделью, разработанной для имитации приливов и отливов, а также штормовых нагонов. Они ввели данные о встряске, зарегистрированной близлежащим сейсмометром, и сравнили результаты моделирования с видеозаписями и свидетельствами очевидцев сейшей. Модель совпала с наблюдениями довольно хорошо, что позволило взяться за изучение причины явления.

Сейсмические волны расходятся от места землетрясениями двумя способами: в радиальном направлении сквозь толщу земли или вбок, скользя по поверхности. Первые быстрее, зато вторые приводят к более сильному сотрясению, особенно в областях, расположенных далеко от эпицентра. Именно поверхностные волны вызывают сейши.

В случае с фьордами, однако, причиной стали так называемые S-волны, проходящие сквозь землю. Вибрация от S-волны перпендикулярна направлению её движения. Если вы сжимаете конец верёвки, привязанной к стене, и слегка дёргаете запястьем, посылая волну к противоположному концу, вы производите S-волну. Модель показала, что именно горизонтальная вибрация привела к колебаниям воды во фьордах, а аналогичные колебания поверхностных волн слегка их усилили. Кстати, это было ясно и по наблюдениям, ибо сейши появились после того, как прибыли S-волны, но до того, как несколькими минутами спустя за ними пришли поверхностные волны.

Если S-волны производят меньше вибрации, то почему именно они стали причиной сейшей в данном случае? Всё дело в частоте колебаний. S-волны колебались на более низкой частоте синхронно с количеством времени, требовавшимся на то, чтобы пройти через фьорд, то есть, по сути, резонировали.

Сейши, связанные с землетрясениями, не новинка в этой области — их наблюдали в 1755, 1920 и 1950 гг. Но почему одними землетрясениями они производятся, а другими нет? Дело не только в магнитуде — например, землетрясение в Чили 2010 года силой 8,8 никак не отразилось на норвежской воде. И вновь ответ дало моделирование.

Разница связана со свойствами сейсмических волн и местом землетрясения. Низкочастотный, поперечный компонент чилийского землетрясения оказался слабее. К тому же, и это очевидно, сейсмические волны из Чили пришли в Норвегию с другой стороны, нежели японские. Что немаловажно, сейсмические волны из Японии, так уж получилось, шли практически вдоль фьордов, то есть поперечная вибрация была ориентирована как раз поперёк фьордов. Сейсмические волны из Чили просто не выстроились таким образом, чтобы вызвать колебания воды во фьордах.

Тем мартовским утром вибрация в верном направлении и на нужной частоте была замечена случайными путниками раньше, чем пришли страшные новости из Японии...

Результаты исследования опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Подготовлено по материалам Ars Technica.