Мегаземлетрясение

Мегаземлетрясение — это землетрясение с магнитудой 9,0 и выше по шкале моментной магнитуды (Mw), характеризующееся исключительной разрушительной силой, огромной площадью разрыва земной коры и способностью порождать катастрофические цунами, распространяющиеся на тысячи километров. Термин не является строго научным, но широко используется в сейсмологии и средствах массовой информации для обозначения событий, находящихся на верхнем пределе энерговыделения, возможного в тектонических процессах Земли.

Природа и механизм возникновения

Мегаземлетрясения происходят исключительно в зонах субдукции — областях, где одна тектоническая плита погружается под другую. В отличие от более слабых толчков, которые могут быть вызваны движением по разломам в коре, мегаземлетрясения связаны с гигантскими разрывами на границе между плитами. Длина разрыва может достигать 800–1200 км, а смещение пород — десятков метров.

Сейсмический цикл

Процесс подготовки мегаземлетрясения занимает столетия и называется сейсмическим циклом. В течение длительного периода (от 200 до 1000 лет и более) верхняя плита «запирается» с нижней из-за трения. Напряжение в земной коре накапливается, пока не превышает предел прочности пород. В момент срыва происходит резкое высвобождение энергии, эквивалентное взрыву миллиардов тонн тротила. После этого следует период затишья, и цикл повторяется.

Очаг и энергия

Очаг (гипоцентр) мегаземлетрясения, как правило, находится на относительно небольшой глубине — от 10 до 50 км. Энергия, выделяемая при таком событии, настолько велика, что вызывает колебания всей планеты — собственные колебания Земли могут длиться неделями. Магнитуда 9,0 соответствует выделению энергии примерно в 2 миллиарда тонн в тротиловом эквиваленте, что в десятки раз превышает энергию самого мощного термоядерного взрыва.

Классификация и характеристики

В сейсмологии мегаземлетрясения не выделяются в отдельный формальный класс, но для практических целей их можно разделить по нескольким признакам:

По магнитуде

• 9,0–9,3 — «классические» мегаземлетрясения, происходящие раз в 10–20 лет в глобальном масштабе (например, Тохоку 2011 года).
• 9,4–9,6 — «суперземлетрясения», редчайшие события, возможные только в зонах с максимальной скоростью субдукции (Чили, 1960 год).

По типу подвижки

• Надвиговые — основной тип, при котором вышележащая плита взбрасывается вверх и в сторону океана, вызывая цунами.
• Сдвиговые — встречаются реже, но могут достигать высоких магнитуд при горизонтальном смещении плит вдоль трансформных разломов (например, разлом Сан-Андреас не способен генерировать мегаземлетрясения из-за своей геометрии).

По глубине очага

• Мелкофокусные (0–30 км) — наиболее опасны, так как вызывают сильные сотрясения на поверхности и максимальное цунами.
• Промежуточные (30–70 км) — встречаются реже, но также могут быть катастрофическими.

Исторические примеры

За последние 120 лет зафиксировано всего несколько мегаземлетрясений, каждое из которых стало важной вехой в развитии сейсмологии.

Великое Чилийское землетрясение (1960)

Магнитуда 9,5 — самое мощное землетрясение за всю историю инструментальных наблюдений. Произошло 22 мая 1960 года в Чили, в зоне субдукции плиты Наска под Южно-Американскую плиту. Разрыв затронул участок длиной около 1000 км. Погибло от 1000 до 6000 человек. Цунами, вызванное землетрясением, достигло высоты 25 метров в Чили, а затем пересекло Тихий океан, вызвав разрушения на Гавайях (61 погибший), в Японии (138 погибших) и на Филиппинах.

Землетрясение на Аляске (1964)

Магнитуда 9,2. Произошло 27 марта 1964 года в заливе Аляска (США). Разрыв составил около 800 км. Погибло 131 человек, из них только 9 — от сотрясений, остальные — от цунами. Это землетрясение стало первым, детально изученным с помощью современных методов, и дало ключевые данные для теории сейсмического цикла.

Землетрясение в Японии (2011)

Магнитуда 9,0–9,1. Произошло 11 марта 2011 года у восточного побережья острова Хонсю. Разрыв длиной около 500 км. Погибло и пропало без вести более 18 000 человек. Основной ущерб был нанесён цунами высотой до 40 метров, которое привело к аварии на АЭС «Фукусима-1» (радиоактивное загрязнение). Это событие продемонстрировало уязвимость ядерной энергетики перед мегаземлетрясениями.

Землетрясение в Индийском океане (2004)

Магнитуда 9,1–9,3. Произошло 26 декабря 2004 года у берегов Суматры (Индонезия). Разрыв длиной около 1200 км — один из самых протяжённых за всю историю. Погибло более 227 000 человек в 14 странах, что делает его самым смертоносным землетрясением в истории. Цунами высотой до 30 метров обрушилось на побережье Индийского океана, не имевшее систем предупреждения.

Последствия

Сейсмические

• Сильные сотрясения — разрушение зданий и инфраструктуры на площади в сотни тысяч квадратных километров.
• Разжижение грунтов — потеря несущей способности почвы, приводящая к оползням, обрушениям и провалам.
• Вторичные эффекты — пожары (из-за разрыва газопроводов), оползни, обвалы в горах.

Цунами

Мегаземлетрясения являются главной причиной катастрофических цунами. Вертикальное смещение океанского дна на десятки метров приводит к образованию волны, которая в открытом океане движется со скоростью реактивного самолёта (до 800 км/ч) и имеет длину в сотни километров. При подходе к берегу высота волны может достигать 30–50 метров, а в узких бухтах — до 100 метров.

Геологические

• Изменение береговой линии — поднятие или опускание участков суши на метры (например, в Чили в 1960 году береговая линия поднялась на 2–3 метра).
• Смещение оси вращения Земли — землетрясение 2011 года в Японии сместило ось вращения планеты примерно на 10–15 сантиметров.
• Изменение скорости вращения Земли — сутки могут сократиться на несколько микросекунд.

Социально-экономические

• Массовые жертвы — десятки и сотни тысяч погибших.
• Экономический ущерб — десятки и сотни миллиардов долларов (ущерб от землетрясения 2011 года в Японии оценивается в 235 миллиардов долларов).
• Миграция населения — массовое переселение людей из разрушенных регионов.
• Психологические последствия — посттравматический стресс, страх перед повторными толчками.

Прогнозирование и мониторинг

На сегодняшний день точный краткосрочный прогноз мегаземлетрясений невозможен. Учёные могут лишь оценивать вероятность их возникновения в долгосрочной перспективе (на десятилетия вперёд) на основе анализа сейсмического цикла и палеосейсмологических данных.

Методы долгосрочного прогноза

• Палеосейсмология — изучение следов древних землетрясений в геологических отложениях (смещения пластов, подводные оползни, поднятые террасы).
• GPS-мониторинг — измерение деформаций земной коры с помощью спутниковых систем. Накопление напряжений в зоне субдукции может указывать на подготовку к мегаземлетрясению.
• Сейсмические бреши — выявление участков разлома, где не было крупных землетрясений в течение длительного времени (более 300–500 лет).

Системы раннего предупреждения

Поскольку сейсмические волны распространяются медленнее, чем радиосигнал, возможно оповещение населения за десятки секунд до прихода разрушительных волн. В Японии, США (на Аляске) и других странах действуют системы, которые автоматически анализируют первые, слабые колебания (P-волны) и выдают предупреждение за 10–30 секунд до начала сильных толчков. Для цунами время предупреждения может составлять от 10 минут до нескольких часов в зависимости от расстояния до эпицентра.

Мегаземлетрясения в России

На территории России наиболее опасными регионами с точки зрения мегаземлетрясений являются Курильские острова и Камчатка, где Тихоокеанская плита погружается под Охотоморскую. В этом регионе исторически происходили землетрясения магнитудой до 8,5–9,0. Последнее крупное событие — Камчатское землетрясение 1952 года (магнитуда 9,0), вызвавшее цунами высотой до 15–18 метров, которое разрушило город Северо-Курильск (погибло более 2000 человек). В настоящее время на Камчатке и Курилах действует система предупреждения о цунами, а также ведутся работы по сейсмическому районированию и ужесточению строительных норм.

Источники

• Болт Б. А. «Землетрясения». — М.: Мир, 1981.
• Гутенберг Б., Рихтер К. Ф. «Сейсмичность Земли». — М.: Иностранная литература, 1948.
• Лейн Ф. В. «Элементы сейсмологии». — М.: Наука, 1975.
• Соболев Г. А. «Основы прогноза землетрясений». — М.: Наука, 1993.
• Официальные отчёты Геологической службы США (USGS) и Японского метеорологического агентства (JMA) по землетрясениям 1960, 1964, 2004 и 2011 годов.