Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

время землетрясения перемещение по разлому может быть горизонтальным, вертикальным или (что бывает чаще всего) сочетанием обоих способов. Землетрясение в Нортридже было таким разрушительным, в частности, по той причине, что присутствовали быстрые вертикальные перемещения: сейсмические волны заставляли почву в Лос-Анджелесе резко двигаться вверх-вниз и из стороны в сторону.

Поскольку сильные землетрясения могут нанести огромный ущерб и унести тысячи и даже сотни тысяч жизней, геофизики давно искали способы точно их предсказывать. Первой попыткой была теория упругой отдачи Генри Рида. Однако она базировалась на информации от одного землетрясения, а чтобы по-настоящему понять механизм землетрясения (что и является необходимой предпосылкой для прогнозов), нужны исчерпывающие данные по многим таким катаклизмам в различных геологических условиях. Даже в сейсмически активных регионах крупные разрушительные землетрясения происходят достаточно редко, и исторические данные дают лишь ограниченную информацию. Поэтому самым важным источником информации оказывается геологическая летопись — подсказки, хранящиеся в горных породах. Но в отличие от многих других геологических явлений, землетрясения не оставляют следов, уводящих далеко в прошлое, а расшифровка немногих сохранившихся свидетельств действительно трудна. Почти на всех геологических картах есть разломы — большие и маленькие, активные и неактивные. Они встречаются почти всюду в земной коре и запечатлевают смещение одного участка относительно другого в самых разных масштабах — от нескольких сантиметров до нескольких километров. Все эти перемещения, вероятно, сопровождались землетрясениями, однако часто невозможно определить, когда они произошли и насколько сильными были: последний крупный катаклизм вдоль разлома может стереть свидетельства более ранних и более мелких землетрясений. Трудности с извлечением информации о землетрясениях из геологических данных подтолкнули геофизиков к разработке некоторых весьма творческих подходов.

Первая изобретательная идея — метод балансирующих камней. В 1996 году геофизик Джим Брюн выдвинул предположение, что интенсивность прошлых землетрясений на одном участке разлома Сан-Андреас можно оценить, изучая то, что он назвал «балансирующими камнями» в пустыне Мохаве и прилегающих районах. Камни, о которых говорит Брюн, поражают воображение (рисунок 17): кажется, что их можно опрокинуть легким толчком. Однако внешность обманчива. Чтобы сбросить такую глыбу, нужна большая сила, а сухой климат, где эрозия обычно происходит медленно, гарантирует, что такое хрупкое равновесие сохранится в течение долгого времени. Если мы оценим, какой силы сотрясение нужно, чтобы сбросить эти камни с пьедесталов, и проведем датировку, чтобы узнать, сколько времени они находятся в нынешнем положении, то сможем кое-что узнать о промежутке времени, прошедшем с момента последнего разрушительного землетрясения. Так ученые получают возможность установить верхний предел для силы любого произошедшего с тех пор землетрясения. У этого подхода есть критики, поскольку идея с балансирующими камнями основана фактически на отрицательных свидетельствах: мы наблюдаем только сохранившиеся камни и не знаем, сколько подобных скал упало во время произошедших землетрясений. И тем не менее Брюн и его коллеги провели достаточное количество измерений, чтобы получить ключ к интенсивности крупнейших землетрясений за многие тысячи лет, что трудно установить по большинству других видов геологических свидетельств.

Очевидно, что метод балансирующих камней можно применять только там, где такие камни существуют, а это означает, что его применимость сильно ограничена. Чаще всего геологические свидетельства землетрясений сохраняются в виде нарушений осадочных отложений — смещенный слой почвы, нарушение в озерных отложениях или внезапная смена типа отложений в прибрежной лагуне. Чтобы выявить вертикальный профиль нарушений в таких отложениях, ученые часто используют аккуратно сделанные траншеи рядом с активными разломами или поперек них. В благоприятных случаях таким образом можно зафиксировать несколько прошлых землетрясений, а если с помощью какого-нибудь метода (например, радиоуглеродного датирования) можно установить возраст потревоженных слоев, то можно рассчитать и интервалы повторяемости землетрясений.

Однако прогнозы, основанные на геологических данных, не отличаются точностью. Они не скажут нам, что какое-то крупное землетрясение произойдет в октябре 2028 или в апреле 2030 года. Обычно они формулируются в вероятностных терминах: существует 50-процентная вероятность, что сильное землетрясение случится в какой-то момент в течение следующих 30 лет. Но даже такая информация имеет ценность для заинтересованных лиц: возможно, прогноз такого рода не помешает вам купить дом в привлекательном для вас месте, которое входит в зону возможного землетрясения, но он, вероятно, заставит вас позаботиться, чтобы этот дом (и школа ваших детей) оказались максимально сейсмостойкими. А также, возможно, убедит вас озаботиться страховкой от землетрясения.

Рисунок 17. Один из балансирующих камней, которые изучали Джим Брюн с коллегами. Эта скала находится в особой зоне отдыха Форт-Сейдж, расположенной вдоль границы Калифорнии и Невады примерно в 70 километрах к северу от Рино (Невада). (Фото Джима Брюна).

Возможно, наилучший способ исследовать характеристики землетрясений — сосредоточиться на нескольких примерах, изучая известные о них и их последствиях сведения, и искать в геологической летописи подсказки, которые могли бы предупреждать нас о таких событиях в будущем или хотя бы указывать на вероятность аналогичных землетрясений. В последнем случае интересно ожидаемое землетрясение в северо-западной части Северной Америки. Конечно, в будущем произойдет множество землетрясений, однако несколько лет назад большое внимание СМИ привлекла потенциальная возможность сильного землетрясения на северо-западе — когда ученые обнаружили данные, свидетельствующие о происходивших когда-то мощных землетрясениях в этом районе, хотя в исторические времена ничего подобного не фиксировалось. Эта история широко освещалась, и я писал о ней подробно в предыдущей книге «Часы природы», поэтому сейчас изложу ее только кратко.

Серьезная озабоченность по поводу вероятности землетрясения на северо-западном побережье американского материка возникла в 1987 году, когда Брайан Атуотер, работник Геологической службы Соединенных Штатов из Сиэтла, опубликовал доказательства, что за последние семь тысяч лет в этом регионе произошло минимум шесть очень сильных землетрясений. Атуотер обнаружил, что эти землетрясения резко опускали части береговой линии в штате Вашингтон ниже уровня моря: об этом свидетельствует мертвая прибрежная растительность (в том числе целые «затонувшие леса»), погибшая, когда корни растений были внезапно затоплены морской водой. В некоторых местах Атуотер нашел также слои крупного песка, полностью покрывшего мелкий ил внезапно погрузившихся под воду прибрежных болот. Оказалось, что этот песок принесли волны цунами, связанные с землетрясениями.

Работа Атуотера попала в заголовки прессы, поскольку этот регион не считали особо сейсмически активным. Да, землетрясения происходят, но в основном слабые. Упоминаний о сильных разрушительных катастрофах нет в письменных документах вплоть до первых поселенцев. Однако рядом с побережьем есть зона субдукции (геологи назвали ее зоной субдукции Каскадия), которая говорит таким ученым, как Атуотер, о потенциальной возможности сильного землетрясения. Хотя зоны субдукции — место сильных землетрясений по всему миру, северо-западная часть тихоокеанского побережья почему-то выглядела исключением. Предполагалось,