Космологический портал безопасности

Землетрясения вызываются разными причинами, но самые разрушительные — так называемые тектонические — происходят, когда две литосферные плиты перемещаются друг относительно друга. Литосферные плиты — гигантские и очень тяжелые образования (всего 14 плит покрывают более 90% Земли), так просто они с места не сдвигаются. Прежде чем поменять свое положение, плиты долго упираются друг в друга, пытаясь выпихнуть «соседку». В месте стыка копится механическое напряжение, и, когда оно становится больше сдерживающей силы трения, плиты резко смещаются, а высвободившаяся энергия порождает сейсмические волны. Те самые баллы, при помощи которых поясняют, насколько мощным было землетрясение, — это энергия сейсмических волн, выраженная в условных единицах.

Чем больше энергии выделилось, тем разрушительнее будет землетрясение. Причем его последствия проявятся не только над местом, где столкнулись плиты (очаг землетрясения находится на глубине от нескольких десятков до нескольких сотен километров), — подземные толчки влияют на весь земной шар.

---

Передвигаются горы и страны.

Последнее мощное землетрясение (магнитудой 7,5) произошло в Непале 25 апреля 2015 года. Через четыре дня, изучив фотографии со спутников, специалисты выяснили, что высочайшая вершина мира — Эверест — стал ниже на 2,5 сантиметра. При этом Катманду и близлежащие территории, наоборот, поднялись почти на два метра.

Эти два процесса взаимосвязаны. Напряжение, которое в конце концов разрядилось землетрясением, копилось из-за того, что Индийская тектоническая плита давно пыталась подползти под Евразийскую. Место, где плиты граничат друг с другом, постоянно сдавливалось и приподнималось, а окружающие территории, наоборот, опускались. Чтобы понять, как это происходит, достаточно согнуть пальцами ластик. Когда плиты сдвинулись, напряжение ослабло, «вернув» Эверест вниз и выбросив Катманду наверх. Кстати, помимо того, что Эверест уменьшился, он еще и сдвинулся на юго-запад на целых три сантиметра.
 
То же самое произошло в Японии. 11 марта 2011 года у восточного побережья ее главного острова Хонсю произошло землетрясение магнитудой 9,1 — мощнейшее в истории этой страны, хотя подземные толчки здесь не редкость. Проанализировав данные, собранные местными системами GPS и радарами, японские ученые установили, что часть острова и окружающее морское дно поднялись на три метра. Кроме того, территория больше чем на 20 метров сдвинулась в направлении восток-юго-восток. Службам, которые контролируют очертания границ и отвечают за морскую навигацию, пришлось срочно менять указания для судов.

---

Извергаются вулканы.

Еще одна географическая «постоянная», которую изменяют землетрясения, — вулканы. Это открытие независимо друг от друга сделали две группы исследователей, изучавших вулканы и горы, расположенные относительно недалеко от эпицентра землетрясения 2011 года. Специалисты выяснили, что кальдеры, расположенные даже за 300 километров от зоны толчков, «просели» на 5—15 сантиметров.

Пока ученые не знают, почему вулканы «съеживаются». Одна группа полагает, что жидкая магма под ними после землетрясения уходит вниз на большую глубину, чем окружающая твердая порода, — соответственно, проседают и вулканические стенки. Исследователи из второй группы считают, что в результате толчков из глубинных разломов наверх выбрасываются большие объемы горячих вод. После этого почва и кора проседают и кальдеры становятся ниже.

Землетрясения влияют на вулканы и более очевидным образом: движения литосферных плит провоцируют извержения. Ученые полагают , что выделяющаяся при сбросе напряжения энергия «выбивает» магму наверх — точно так же можно выбить пробку из бутылки шампанского, если как следует потрясти ее.

При этом сами извержения тоже могут вызывать землетрясения, правда не глубокие, а поверхностные. Поднимающаяся лава давит на окружающую породу — в ней появляются трещины, которые способствуют разрядке напряжения, то есть новому землетрясению.

---

Происходит много маленьких землетрясений.

Мощные землетрясения провоцируют серии мелких толчков, причем не только в сейсмически активных зонах, но и в местах, где до сих пор все было спокойно. Например, в 2011 году неожиданные слабые толчки были зафиксированы не только на юго-западе Японии и на Тайване, но даже в центральных штатах США и на Кубе — первый случай за всю историю наблюдений. Пока исследователи не уверены, могут ли столкновения плит спровоцировать на другом конце Земли не просто толчки, а полноценную катастрофу, но окончательно эту версию исключать нельзя.

---

Изменяется гравитация.

Землетрясения влияют даже на такую незыблемую, казалось бы, силу, как гравитация. Спутники-близнецы GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment — эксперимент по изучению гравитационного поля и климата) установили, что над эпицентром землетрясения 2011 года гравитационное поле уменьшилось на две миллионных гала (гал — единица измерения ускорения, он равен 1 см/с​2​​, используется в гравиметрии). Это очень маленькое, но все же статистически достоверное изменение. Для сравнения: сила притяжения на поверхности Земли в среднем составляет около 980 галов.

Гравитационное притяжение зависит от массы. Энергия, которая выбрасывается при землетрясении, перераспределяет вещество, залегающее на глубине тысяч километров под поверхностью, и в итоге локальная сила тяжести слегка меняется.

---

Разрушаются ледники.

Страшное японское землетрясение 2011 года (не исключено, что и другие тоже) повлияло даже на антарктические ледники, удаленные более чем на семь тысяч километров. Разумеется, никто специально не проверял, как подземные толчки возле Хонсю влияют на Антарктиду: американские геологи, сделавшие открытие, изучали так называемый ледовый поток Уилланса. Это в буквальном смысле ледяная река: огромный пласт льда (его длина достигает 96,5 километра, а толщина — 900 метров) медленно скользит по Западной Антарктике в сторону шельфового ледника Росса.

Обычно поток перемещается на один метр в день, но 11 марта ученые зафиксировали «внеплановый» скачок на полметра. Исследователи исключили все другие причины и пришли к выводу, что ледник ускорился из-за землетрясения в Японии. Расчеты показали, что ровно в момент «прыжка» сейсмические волны добрались до Антарктиды.

Другим ледникам повезло меньше: возникшее в результате землетрясения цунами откололо от ледника Зульцбергер кусок площадью 129 км​2​​ — столько же занимает, например, Амстердам. Волны проделали путь в 13 600 километров за 18 часов — не сильно медленнее аэробуса А340, который преодолевает это расстояние за 10,5 часов.
 

---

Трясется небо.

Подземные толчки достают даже до неба, в прямом смысле. Вертикальные колебания земной поверхности передаются через атмосферу, «подбрасывая» молекулы газов и заставляя их толкать друг друга. Акустико-гравитационные волны (так колебания толкающихся молекул называют ученые) распространяются до самого верхнего слоя атмосферы — ионосферы. Здесь, на высоте 350 километров и больше, Солнце и космическое излучение выбивают из молекул газов электроны, превращая их в ионы.

Потревоженные акустико-гравитационными волнами ионы мешают распространяться радио- и электромагнитным сигналам — так же, как в грозу, возникают помехи в работе радиоприемника. Но в отличие от радиопередачи, когда посторонние шумы только раздражают, помехи от землетрясений несут ценную информацию. Анализируя их, ученые выяснили, что через семь минут после землетрясения в Японии в электронной плотности ионосферы появилось дискообразное уплотнение. От него со скоростью от 720 до 800 км/ч расходились волны, подобно тому как распространяются круги от брошенного в воду камня. Наблюдая из космоса изменения электронной плотности ионосферы (или пытаясь выяснить, откуда в радиоэфире противное шипение), инопланетяне — если бы они существовали — смогли бы не глядя понять, что на Земле было землетрясение.
 

---

Сдвигается земная ось.

Наконец, достаточно сильные подземные толчки влияют на скорость вращения Земли. После землетрясения пусть слегка, но изменяется распределение массы внутри планеты, а именно от этого параметра во многом зависит, как быстро она вращается. По оценке геолога Ричарда Гросса из Лаборатории реактивного движения NASA, землетрясение в Японии укоротило земные сутки на 1,8 микросекунды — предыдущие расчеты давали цифру в 1,6 микросекунды. После чилийского землетрясения 2008 года магнитудой 8,8 день потерял еще 1,26 секунды. Впрочем, столкновения литосферных плит далеко не главная сила, переводящая стрелки планетарного времени. «Куда больший эффект дают атмосферные ветра и океанические течения, — поясняет Гросс. — В течение года день укорачивается и удлиняется примерно на миллисекунду — это в 550 раз больше, чем после японского землетрясения».

Несколько больше впечатляет другое достижение японского землетрясения: оно на 17 сантиметров сдвинуло собственную ось планеты, вокруг которой сбалансирована земная масса. Из- за внезапного перераспределения массы земной шар стал больше обычного «болтаться» при вращении вокруг себя, как погнутый волчок.

---

Меняется климат.

Как будто всего предыдущего недостаточно, но землетрясения, даже не слишком мощные, способны изменять климат. Когда земная кора трескается, из разломов наружу вырывается метан, который до этого был заперт в природных хранилищах. CH​4​​ — один из мощнейших парниковых газов, его эффект во много раз превосходит эффект углекислого газа. Он выходит на поверхность из трещин в течение десятков лет: в 2013 году немецкие геологи подсчитали, что после Пакистанского землетрясения магнитудой 8,1, произошедшего в 1945 году, из хранилищ в океан выделилось 7,4 миллиона м​3​​ метана. Не слишком много (ежегодно только при добыче угля в атмосферу попадает 1,5 миллиарда м​3​​ этого газа), но, учитывая, что землетрясения происходят часто, свой вклад в рост температур они вносят.
 
Более того, есть гипотеза, что чем теплее будет на планете, тем чаще ее будет трясти. Главный адепт такого мрачного взгляда на будущее, профессор Гарвардского университета Билл МакГуайр объясняет рост частоты землетрясений таянием льда. Когда полярные шапки и ледники в горах растают, колоссальное давление в тех местах, где они были, исчезнет. Освободившаяся кора «спружинит» вверх — так же, как в примере с ластиком. Пока у гипотезы МакГуайра нет экспериментальных или наблюдаемых подтверждений, но многие коллеги (и особенно журналисты) находят ее небезосновательной.

---

***

На первый взгляд может показаться странным, что землетрясения — мощный, но все же локальный процесс — оказывают такой всеобъемлющий эффект. Странность эта кажущаяся. Наша планета — чрезвычайно сложное образование, все компоненты которого связаны воедино многочисленными взаимодействиями. Они настолько запутаны, что сколько-нибудь правдоподобно смоделировать их не удается — для этого понадобился бы суперкомпьютер размером с Землю. Эффект бабочки, столь любимый фантастами, реализуется на нашей планете каждую секунду вот уже 4,5 миллиарда лет. И именно из-за него (отвлекаясь от землетрясений) не стоит верить прогнозу погоды больше, чем на неделю вперед.