Напряжение в земной коре Калифорнии достигло рекордного за тысячу лет уровня

Тектоническое напряжение вдоль разломов Сан-Андреас и Сан-Хасинто на юге Калифорнии достигло наивысших показателей за последнюю тысячу лет. К такому выводу пришла международная группа исследователей под руководством доктора Лилиан Буркхард из Бернского университета. Учёные построили четырёхмерную модель, которая симулирует тысячу лет землетрясений в этом регионе, и результаты оказались тревожными: система находится в критическом состоянии, и следующий крупный разрыв может затронуть оба разлома одновременно, что приведёт к гораздо более серьёзным последствиям для густонаселённых районов Южной Калифорнии.

Землетрясения обычно происходят вдоль зон разломов в земной коре, где крупные тектонические плиты скользят мимо друг друга и застревают. Напряжение накапливается в течение длительных периодов, а затем внезапно высвобождается в виде подземного толчка. В Южной Калифорнии разломы Сан-Андреас и Сан-Хасинто являются одними из самых значительных в этих зонах — через них проходит большая часть движения плит в регионе.

Там, где две системы разломов сближаются к северо-востоку от Лос-Анджелеса, находится перевал Кахон — тектонически сложный узел, где разрыв на одном разломе потенциально может перекинуться на другой. С момента последнего крупного землетрясения, затронувшего весь район Лос-Анджелеса, — форта Техон 1857 года магнитудой 7,9 — тектоническое напряжение вдоль сегментов разломов непрерывно накапливалось в течение продолжительного затишья, которое давно беспокоит исследователей.

Модель, охватившая тысячелетие

Чтобы выяснить, как напряжение вдоль разломов Сан-Андреас и Сан-Хасинто и в критическом узле перевала Кахон менялось с течением времени, исследовательская группа построила физическую четырёхмерную модель цикла землетрясений. Модель симулирует процессы в трёх пространственных измерениях и во времени. Учёные загрузили в неё тысячелетнюю историю землетрясений, восстановленную по геологическим свидетельствам: радиоуглеродному датированию, аномалиям годичных колец деревьев и историческим документам о разрывах земной поверхности.

Как объясняет Буркхард, модель отслеживает, как каждое землетрясение меняет напряжение на соседних сегментах разлома, как напряжение накапливается в тихие промежутки между событиями и как более глубокие слои земной коры медленно расслабляются после крупных разрывов. Эта симуляция позволяет понять, как напряжение в системе разломов накапливается веками. Пропустив историю землетрясений Южной Калифорнии через модель, учёные смогли оценить, насколько разломная система уже напряжена сегодня. Результат: текущий уровень напряжения — самый высокий за последние 1000 лет.

«Землетрясные ворота» как решающий фактор

Ключевое открытие исследования заключается в том, что перевал Кахон может действовать как так называемые «землетрясные ворота» — узел, который контролирует, останутся ли крупные разрывы ограниченными одним разломом или перекинутся на обе системы. В истории известны примеры обоих сценариев. Землетрясение форта Техон 1857 года остановилось на перевале Кахон и не затронуло разлом Сан-Хасинто. Тогда как землетрясение в Райтвуде 1812 года прорвалось через узел и затронуло обе системы в одном сквозном событии.

Концепция «землетрясных ворот», по словам Буркхард, улавливает важную особенность работы разломных узлов. Перевал Кахон не просто блокирует или пропускает землетрясения: он реагирует на условия напряжения, а эти условия меняются на протяжении столетий.

Исследование также показывает, что решающим фактором является не только то, сколько напряжения накопилось на одном разломе, но и то, насколько согласованы напряжения на двух системах. Когда напряжение на обоих разломах растёт одновременно и достигает одинаково высоких уровней, условия благоприятствуют крупному совместному разрыву, пересекающему обе системы. Когда уровни напряжения развиваются несинхронно, разрывы с большей вероятностью остановятся на стыке.

Критическое состояние на сегодняшний день

Согласно модели, на сегодняшний день напряжение на участке Сан-Хасинто-Бернардино достигло 3,6 мегапаскаля, превысив наивысшее значение, зафиксированное за всю тысячелетнюю симуляцию. На соседнем участке Мойав-Саут разлома Сан-Андреас оно составляет 2,8 мегапаскаля. Оба сегмента, таким образом, напряжены высоко и примерно одинаково. Это ставит систему в конфигурацию, которая исторически предшествовала совместным разрывам.

Буркхард отмечает, что вызывает беспокойство не только то, что напряжение достигает исторических максимумов, но и то, что относительные условия напряжения между двумя системами разломов приближаются к диапазону, который они связывают с крупными разрывами, пересекающими оба разлома одновременно. А это сценарий с гораздо более серьёзными последствиями для региона.

Риск для густонаселённых районов

Совместный разрыв разлома Сан-Андреас и разлома Сан-Хасинто, пересекающий перевал Кахон, станет гораздо более разрушительным событием, чем ограниченный одним разломом. В зону поражения попадают одни из самых густонаселённых и критически важных с точки зрения инфраструктуры районов Соединённых Штатов, включая район Большого Лос-Анджелеса, Сан-Бернардино, Риверсайд и долину Коачелла. Через сам перевал Кахон проходят крупные автомагистрали, железные дороги и объекты энергетической инфраструктуры.

Буркхард подчёркивает, что вопрос о том, когда и как произойдёт следующее крупное землетрясение в этом регионе, является одной из самых насущных проблем прикладной геонауки. Результаты их исследования дают более ясную физическую картину текущего состояния напряжения в системе разломов. Однако она особо отмечает: это исследование не является предсказанием того, когда произойдёт землетрясение. То, что можно сказать с уверенностью, — система находится в критическом напряжении. И физические модели, подобные их, дают более ясное представление о диапазоне сценариев, к которым следует быть готовыми. Эта информация важна для оценки сейсмической опасности, планирования инфраструктуры и обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям. Тишина длится с 1857 года. И чем дольше она продолжается, тем выше ставки.