Разрушительных последствий мартовского землетрясения в Японии, возможно, удалось бы избежать, если бы осенью прошлого года журнал Nature опубликовал статью, содержащую в себе результаты одного исследования. В ней группа ученых сообщает о том, что, согласно их данным, обычно эпицентры землетрясений возникают в местах залегания кварца.
Американские геофизики считают, что место возникновения эпицентра землетрясения можно спрогнозировать с точностью до нескольких метров. По их мнению, этот эпицентр всегда возникает там, где в земной коре имеются крупные залежи кварца. Именно этот минерал, в кристаллическую решетку которого включено много молекул воды, достаточно хрупок и не может сопротивляться чудовищному давлению, накапливающемуся в сейсмически опасных зонах
Напомню, что естественные землетрясения чаще всего бывают вызваны тем, что из-за движения вещества в мантии к ядру плиты земной коры постоянно скользят. Этот процесс похож на деформацию пенки, которая происходит при закипании молока в кастрюле — толчки кипящей жидкости снизу рвут ее и заставляют колебаться. Однако при этом и в самой коре тоже происходят очень интересные процессы.
Итак, движение вещества в мантии вызывает скольжение пород земной коры вдоль зоны разлома (места, отмечающего границу двух литосферных плит). Однако этому, как мы понимаем, препятствует сила трения, которое данное скольжение всячески тормозит. В итоге энергия, вызывающая движение пород, накапливается в них в форме упругих напряжений (ведь, как мы помним, энергия не может просто исчезнуть, она лишь переходит из одной формы в другую).
Когда это напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением. При этом та самая накопленная энергия высвобождается и вызывает волновые колебания поверхности земли, которые мы и называем землетрясениями. Этот процесс также хорошо иллюстрирует ситуация с накачкой воздушного шарика: стоит увеличить давление воздуха так, что стенки перестают выдерживать — и он лопается.
Впрочем, иногда землетрясения порождаются совсем другими процессами, такими как извержения вулканов или при смятии пород в складки, однако общий принцип соблюдается и здесь: в каком-то месте порода испытала сильное напряжение, и потом там произошел ее разрыв. Новые исследования американских сейсмологов показали, что этот разрыв, скорее всего, происходит там, где имеются обширные залежи кварца.
Как мы знаем, кварц (химическая формула которого SiO2) является одним из самых распространенных минералов земной коры — его массовая доля в литосфере составляет более 60 процентов. В некоторых местах он образует крупные залежи — например, в Скалистых горах на западе США. Именно этот регион и изучала группа исследователей под руководством геофизика Энтони Лоури из Университета штата Юта.
Ученые обнаружили, что во всех регионах, где кора проявляет значительную стабильность (скажем, на востоке Скалистых гор) возникающие при землетрясениях Р-волны движутся в среднем в 1,8 раз быстрее S-волн. Там же, где кора деформировалась, — например, в других областях Скалистых гор или в центральной Неваде — соотношение это ниже. По словам ученых, эти цифры коррелируют с содержанием кварцевых минералов в глубине коры соответствующих регионов.
Напомню, что Р-волны — это волны энергии, которые появляются в результате землетрясения и имеют продольную направленность (то есть от эпицентра землетрясения вверх). А S-волны, возникающие позже, направлены поперек. Они показывают, что земля смещается перпендикулярно к направлению распространения. Именно они-то и являются причиной большинства разрушений зданий и, соответственно, человеческих жертв при колебании земной тверди.
Итак, согласно результатам исследований, именно в местах кварцевых залежей опасные S-волны быстрее возникают и легче распространяются. По словам исследователей, это может быть связано с тем, что кварц достаточно хрупок. Данное свойство этого минерала можно объяснить тем, что в состав его кристаллической решетки входит много молекул воды, которые при накоплении напряжения просто испаряются. В результате структура решетки становится нарушенной и она легко деформируется. Именно эта деформация и способствует быстрому возникновению тех самых S-волн.
Передвижная сейсмическая лаборатория, услугами которой воспользовалась группа Лоури, позволила создать детальную карту геологических свойств земной коры в исследуемом регионе. Ученые обнаружили, что отложения кристаллического кварца всегда сопровождают горные гряды или линии разломов на территории Калифорнии, Айдахо, Невады и Юты. Интересно, что именно данные участки, согласно многолетним наблюдениям сейсмологов, и являются самыми “беспокойными”. А вот в старых горах Аппалачах на востоке США, где сейсмическая активность минимальна, никаких кварцевых скоплений не обнаружено.
Практический резон данного исследования состоит в том, что теперь можно достаточно точно предсказать место возникновения эпицентра землетрясения в зоне разлома. Он будет именно там, где больше всего кварца. Соответственно, для того чтобы не допускать повторения трагедий в Мияги (Япония) и Сычуани (Китай), достаточно будет убрать из этих зон все опасные объекты, вроде АЭС и многоэтажные здания.
Интересно, что статья с результатами данного исследования поступила на рассмотрение редакции журнала Nature еще 7 октября 2010 года. Однако из-за того, что статьи принимаются и планируются к публикации заранее, так как редакционный план журнала обычно расписан на несколько месяцев вперед, она была принята к публикации лишь весной нынешнего года, уже после японского землетрясения. Но может быть, если бы ее опубликовали раньше, власти Страны восходящего солнца успели бы принять профилактические меры и многих жертв удалось бы избежать…
