Когда земля начинает звучать

Сильнейшие землетрясения последнего времени вновь привлекли внимание к фундаментальному вопросу геофизики: каким образом в недрах Земли накапливается и высвобождается энергия поистине катастрофических масштабов?

Яркое тому свидетельство – землетрясения в Венесуэле (магнитудой 7,2 и 7,5), произошедшее в июне нынешнего года, и в Курило-Камчатской зоне (8,8) летом 2025-го.

Почему происходят мегаземлетрясения? По мнению экспертов, важную роль в их формировании могут играть автоколебания литосферы, приливные силы Луны и Солнца, а также резонансные процессы между океаническими сейшами (стоячие волны большого периода на водоемах) и тектоническими структурами.

Эту гипотезу в недавнем исследовании выдвинули профессор Тель-Авивского университета Лев Эппельбаум и профессор Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта Российской академии наук Сергей Арсеньев.

По словам профессора Эппельбаума, с которым побеседовала наш корреспондент, авторами совместной работы была предложена новая модель, рассматривающая тектонические плиты как гигантские колебательные системы.

– В чем новизна ваших исследований?

– Если ударить по колоколу, он начинает колебаться на собственной частоте. Аналогично ведут себя мосты, небоскребы, самолеты и даже атомы. Мы предлагаем взглянуть на тектонические плиты как на колоссальные природные резонаторы. Масса отдельных литосферных плит достигает 10²⁰-10²¹ кг. Они находятся под действием постоянных сил, возникающих вследствие процессов, происходящих в астеносфере и мантии Земли и взаимодействия с соседними плитами. Эти силы медленно накапливают энергию, которая в определенный момент может высвободиться в виде землетрясения. Однако возникает вопрос: почему разрядка происходит именно в конкретный момент? Именно здесь начинает работать колебательная модель.

– В результате в зоне контакта формируются огромные напряжения?

– Совершенно верно. Классическая теория упругого возврата, сформулированная еще после землетрясения Сан-Франциско 1906 года, предполагает, что такие геодинамические события возникают после достижения критического уровня напряжений. А разработанная модель (АЭМ – Арсеньев-Эппельбаум модель) дополняет эту картину. Плита рассматривается как единый массивный блок с собственной частотой колебаний. Если энергия поступает быстрее, чем рассеивается, возникают автоколебания. Физики хорошо знакомы с этим явлением: так работают часы, музыкальные инструменты и многие инженерные системы.

Для существования автоколебаний необходимо наличие источника энергии, механизм обратной связи, возникновение потерь энергии. В зоне субдукции все три компонента присутствуют. Источником же энергии является движение плит, а обратную связь создают процессы трения и деформации. Потери связаны с такими физическими параметрами, как вязкость и разрушение пород. Поэтому земная кора может рассматриваться как гигантская нелинейная колебательная система.

– Связь землетрясений с приливами обсуждается сотни лет…

– Верно. И большинство исследований показывает, что приливные силы сами по себе слишком малы, чтобы вызвать крупное землетрясение. Однако мы предлагаем иной взгляд. Если тектоническая система уже близка к критическому состоянию, даже слабое периодическое воздействие может играть роль триггера – подобно тому, как легкий толчок способен опрокинуть почти падающий шкаф. Согласно расчетам, характерное время накопления напряжений составляет несколько десятков лет. Это хорошо согласуется с периодичностью крупнейших камчатских землетрясений.

К примеру, Камчатское мегаземлетрясение стало крупнейшим катаклизмом региона после 1952 года: интервал между ними составил около 73 лет, причем наши расчеты показывают, что именно такой масштаб времени соответствует накоплению значительных напряжений в зоне субдукции.

– И это тоже стало важнейшим научным результатом вашей работы?

– Да, нами также была предложена колебательная модель тектонической плиты, введено понятие автоколебаний литосферы, исследована роль приливных воздействий, рассмотрено влияние морских сейш, предложен механизм резонансного усиления, выполнена интерпретация Камчатского землетрясения 2025 года.

– Применима ли вышеописанная методика к сейсмологическим исследованиям на территории Азербайджана?

– Основные компоненты разработанной системы могут быть здесь успешно адаптированы. На практике основное внимание уделяется сейсмическому районированию и вероятностной оценке риска, а не точному предсказанию времени землетрясений (в настоящее время это еще невозможно). Сложность прогноза состоит и в том, что несмотря на большое количество параметров, измеряемых сейсмологической службой Азербайджана, предполагаемые предвестники (данные GPS, аномалии магнитного, электромагнитного и гравитационного полей, радоновые аномалии, изменение скоростей сейсмических волн, деформация, микросейсмичность, геохимические параметры) часто нестабильны, не повторяются перед разными землетрясениями, дают высокий уровень ложных сигналов.

– Как бы вы охарактеризовали сейсмологический прогноз в Азербайджане на сегодня?

– Это вероятностная оценка риска, а не предсказание конкретных землетрясений. Регион характеризуется устойчиво высокой тектонической активностью, а главные ограничения связаны не с отсутствием моделей, а с природной сложностью литосферных процессов и их непредсказуемым характером.

Новая модель, разработанная нами, открывает перспективы принципиально новых систем мониторинга в различных регионах мира с высокими скоростями субдукции. Так как собственные колебания плит поддаются регистрации, в будущем они смогут стать важным источником информации о подготовке сильных землетрясений. Полностью решить проблему прогноза землетрясений пока не удалось никому в мире. Однако каждое новое исследование помогает лучше понять процессы, происходящие в недрах нашей планеты. И возможно, именно сочетание тектоники, нелинейной динамики и теории резонанса станет одним из ключей к разгадке природы мегаземлетрясений.