Крутой виновник японских цунами

Учёные нашли виновника разрушительных цунами, то и дело обрушивающихся на побережье Японии. Под жёлобом Нанкай находится огромный и до сих пор активный разлом. Он врезается в земную кору под очень крутым углом, и постоянные смещения вдоль него приводят к обрушениям огромных масс воды.

Группа американских и японских исследователей изучила строение дна глубоководного желоба у юго-западного побережья Японии и нашла новые объяснения возникновения цунами при землетрясениях. Эта область Тихого океана известна своими разрушительными цунами. В 1944 году одно из них, сопровождавшее землетрясение магнитудой в 8,1 балла, привело к гибели 1200 человек в районе Тонанкай.

Ученые-геологи из Техасского университета в Остине и их японские коллеги из Японского центра морских наук и технологий провели трехмерные сейсмические исследования участка земной коры под глубоководным жёлобом Нанкай. Полученные данные помогли экспертам ответить на давний вопрос о том, почему некоторые из землетрясений, очаги которых находятся под дном океана, порождают разрушительные волны цунами. И почему другие землетрясения с не меньшей магнитудой и аналогичным расположением очагов не приводят к возникновению таких гигантских волн.


Цунами

(от японского «цу» - залив и «нами» - волна) – морские гравитационные волны очень большой длины, возникающие в результате сдвига вверх или вниз протяжённых участков дна при сильных подводных и прибрежных землетрясениях и, изредка, вследствие вулканических извержений и др. тектонических процессов.

В силу малой сжимаемости воды и быстроты процесса деформации участков дна опирающийся на них столб воды также смещается, не успевая растечься, в результате чего на поверхности океана образуется некоторое возвышение или понижение. Образовавшееся возмущение переходит в колебательные движения толщ воды - волны цунами, распространяющиеся с большой скоростью (от 50 до 1000 км/ч), пропорциональной квадратному корню из глубины моря.

Расстояние между соседними гребнями волн меняется от 5 до 1500 км. Высота волн в области их возникновения колеблется в пределах от 1 см до 5 метров. У побережья она может достигать 10 м, а в неблагоприятных по рельефу участках (клинообразных бухтах, долинах рек и т.д.) – свыше 50 м. Максимальная скорость знакопеременных течений, сопровождающих цунами, превышает 20 км/ч.

Известно тысячи случаев цунами, из них более 100 – с катастрофическими последствиями, вызвавших полное уничтожение, смыв сооружений и почвенно-растительного покрова (например, в 1933 у берегов Японии, 1952 на Камчатке, в 2004 - в Индийском океане). 80% цунами возникают на периферии Тихого океана, включая западный склон Курило-Камчатского жёлоба. Исходя из закономерностей возникновения и распространения волн цунами, проводится районирование побережья по степени угрозы.

Известно, что наиболее разрушительные землетрясения, сопровождающиеся мощными цунами, приурочены к зонам субдукции – участкам, где происходит погружение одной литосферной плиты под другую. Мощные цунами возникают при землетрясениях с магнитудой более 8 баллов по шкале Рихтера, при этом значительное влияние имеет величина вертикальных смещений участков морского дна и геометрия разлома, вдоль которого происходят подвижки.

Изучив желоб Нанкай, исследователи окончательно установили «виновника» разрушительного цунами 1944 года и проследили историю его развития.

При этом выяснилось, что возникновение разрушительных цунами в этом районе обусловлено двумя факторами.

Магнитуда землетрясения

(лат. magnitudo - величина) - относительная энергетическая характеристика землетрясения, введена Рихтером. Определяется как логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения. Существуют различия в определении магнитуд для близких, удаленных и глубокофокусных землетрясений, зависящие от типа используемых волн.

Магнитуда определяется с ошибкой не более 0,25. Характеристика землетрясений разной магнитуды: 0 - наименьший толчок, зарегистрированный чувствительным прибором вблизи эпицентра; 5 - землетрясение сопровождается небольшими разрушениями; 7 - сильное землетрясение; 8,5-8,9 - самые сильные из зарегистрированных землетрясений.

Одним важным условием для возникновения волны-убийцы является наличие глубинного разлома, вдоль которого располагаются очаги землетрясений, – так называемой сейсмофокальной зоны, или зоны субдукции. Ученые подтвердили существование активного глубинного разлома, спускающегося на глубину до 10 км от поверхности дна. Огромный взброс разделяет здесь два различных блока земной коры – примыкающую к суше «твердую» область с более высокими скоростями прохождения сейсмических волн и низкоскоростной участок со стороны глубоководного желоба.

Ранее, в 2002 году, группа под руководством Чин О Пака из Японского центра морских наук и технологий закартировала этот «мегавзброс» с помощью менее детальных геофизических исследований и, опираясь на местоположение разлома, предположила его связь с землетрясением 1944 года. Правда, исследователям тогда не удалось получить доказательства современной активности глубинного разлома.

Вторая важная причина возникновения мощных волн в жёлобе Нанкай, по-видимому, кроется в необычной структуре зоны субдукции у юго-западного побережья Японских островов. Как правило, при погружении одной литосферной плиты под другую, формируется так называемая аккреционная призма: с «подныривающей» плиты сдираются осадочные толщи, которые нагромождаются на ней в виде перекрывающих друг друга тектонических пластин. Пояс Симанто, который протянулся более чем на 1500 км от острова Окинава до Токио, считается классическим представителем аккреционной призмы, он сформировался при погружении Филиппинской литосферной плиты под Евразийскую.

Тектонические разрывы

Разломы, трещины в земной коре, образовавшиеся при тектонических движениях и деформациях горных пород. Массивы разобщённых при этом горных пород образуют крылья тектонического разрыва; при наклонном разрыве различают лежачее крыло, подстилающее разрыв, и висячее крыло, покрывающее разрыв.

Наблюдаются разрывы без существенного относительного смещения крыльев - тектонические трещины, и со значительным смещением - разрывные смещения; среди последних выделяют: сдвиг, образующийся вследствие горизонтального смещения крыльев по вертикальной или наклонной трещине; раздвиг - результат раздвижения крыльев в стороны; сброс, разрыв, у которого висячее крыло смещено вниз; взброс и надвиг, образованные смещением висячего крыла вверх (различие между взбросом и надвигом — в величине угла наклона разрыва); к этому же типу смещений относятся покровы тектонические, возникающие благодаря надвиганию висячего крыла с большой амплитудой, по очень пологой, горизонтальной или волнистой трещине. Широко развиты комбинированные смещения (сбросо-сдвиги и тому подобные).

Размер тектонического разрыва и амплитуда смещений по ним различны. Тектонические трещины без смещения в большинстве случаев не выходят за пределы нескольких метров. Разрывы со смещением могут варьировать от небольших трещин в несколько десятков сантиметров длиной до глубинных разломов, рассекающих всю земную кору и часть верхней мантии Земли. Амплитуда сбросов достигает нескольких км, сдвигов и тектонических покровов - десятков (а по мнению ряда исследователей, и нескольких сотен) км.

Различный характер напряжений вызывает образование разных типов тектонических разрывов: в зонах сжатия земной коры формируются взбросы, надвиги и покровы, которые обычно сочетаются со складками горных пород; в зонах растяжения земной коры образуются сбросы и раздвиги. Зоны проявления большого числа сбросов называются рифтами.

Смещения по разрыву могут быть кратковременными или продолжаться в течение длительного геологического времени; в последнем случае они происходят в виде отдельных толчков, сопровождаемых землетрясениями. Нередко полости тектонических разрывов служат путями для восходящих гидротермальных растворов, дающих начало жильным породам.

Обычно по мере сближения плит увеличивается мощность аккреционной призмы, и более поздние оперяющие тектонические разрывы формируются на удалении от главного разлома, «отступая» от надвигающейся плиты. Но, как показали детальные исследования, в данном случае наиболее поздние разрывы смещались в противоположную сторону, в направлении суши.

При этом увеличивалась крутизна разлома, что провоцирует более мощные волны цунами: при том же смещении вдоль разлома вертикальное смещение оказывается большим, а значит, в движение приходят большие массы воды.

«Мы можем утверждать, что нашли доказательства относительно недавней активности глубинного разрыва, смещения вдоль которого стали причиной разрушительного цунами 1944 года», – говорит один из участников проекта Натан Бэнг из Института геофизики Техасского университета.

«Наша главная цель – выяснить, что же происходит на различных конвергентных окраинах литосферных плит, – говорит Бэнг. – Индонезийское цунами 2004 года оказалось для нас большим сюрпризом. Все еще непонятно, что же именно стало причиной формирования столь масштабной волны. Поняв, какие процессы ответственны за цунами, на примере жёлоба Нанкай, мы сможем определить потенциально опасные участки земной коры и, таким образом, оградить себя от будущих сюрпризов, подобных индонезийскому».

Результаты данного исследования будут использованы в международном эксперименте NanTroSEIZE по изучению сейсмогенной зоны жёлоба (трога) Нанкай, в рамках которого предполагается провести бурение с отбором образцов и инструментально изучить сейсмически активный участок земной коры, неоднократно создававший разрушительные волны цунами.

© gazeta.ru / 2007-11-21