Аннотация:
Когда происходит землетрясение, между подземными слоями горных пород возникают огромные изменения трения и напряжений. Ученые уже давно пытаются объяснить загадочный феномен: почему подводные разломы могут сдвигаться на десятки метров за очень короткое время, когда происходят определенные сильные землетрясения, и даже вызывать чрезвычайно разрушительные цунами?
Последнее исследование исследовательской группы из Государственного университета Осаки в Японии может дать новое объяснение этой проблемы. Исследователи обнаружили древние разломные породы, образовавшиеся около 15 миллионов лет назад на японском полуострове Босо, которые сохраняют необычную геологическую структуру. Анализ показывает, что во время сильных землетрясений глина внутри разлома могла претерпевать резкие изменения, а ее вязкость когда-то была близка к уровню воды, в результате чего первоначально плотно сцепленные слои породы внезапно переходили в состояние, похожее на жидкую смазку.
Это означает, что сейсмические разломы не всегда движутся из-за трения твердых тел друг о друга. При определенных условиях материал внутри разлома может быстро разжижаться, что значительно снижает сопротивление скольжению.
Исследование возглавил профессор Тетсуро Хироно из Государственного университета Осаки. Команда провела детальное исследование древних пород, обнаженных на полуострове Босо. Эти породы образовались на морском дне около 15 миллионов лет назад. В одном из древних землетрясений сохранились необычайно явные волнистые и изогнутые слои горных пород, а также сложные структуры, напоминающие текучие вихри.
Исследователи описывают эти структуры как имеющие турбулентные характеристики. Обычно материалы в разломах горных пород образуют относительно стабильные структуры в результате длительных геологических процессов, но слои горных пород, обнаруженные на этот раз, демонстрируют очевидные признаки течения, как если бы они испытали быстрое движение жидкости в узком пространстве.
Чтобы выяснить, как образовались эти структуры, исследовательская группа использовала методы гидромеханики для анализа морфологии горных пород, в конечном итоге связав ее с геологическим процессом, называемым «тепловым давлением».
Термическое повышение давления часто возникает во время быстрого смещения сейсмических разломов. Когда камни по обе стороны разлома внезапно движутся относительно друг друга, огромное трение за очень короткое время выделит большое количество тепла. Внутри камней имеется множество крошечных пор, которые часто содержат воду. Когда тепло трения быстро нагревает эту воду, давление жидкости внутри пор резко возрастает.
Поскольку вода удерживается внутри породы, давление не может быть сброшено вовремя, тем самым ослабляя сопротивление трения между породами по обе стороны разлома. По мере уменьшения сопротивления трения разлом может еще больше ускорить скольжение, выделять больше тепла и продолжать увеличивать поровое давление.
Этот процесс может сформировать положительную обратную связь: чем быстрее скользит разлом, тем больше тепла выделяется; чем выше давление воды, тем меньше сопротивление трения между камнями; когда сопротивление уменьшается, неисправность может распространяться на более крупные масштабы.
Исследователи полагают, что особые структуры, сохранившиеся в древних породах полуострова Босо, являются геологическим свидетельством, оставленным этим процессом термического сжатия.
Профессор Тетсуро Хироно сообщил, что анализ исследовательской группы показал, что вязкость материала внутри разлома могла быть близка к уровню воды. Масштаб этого изменения поразителен: глинистые материалы, которые изначально имели высокое сопротивление трению, во время землетрясений могут переходить в почти жидкое состояние и действовать как динамический смазочный слой.
Если это явление происходит в мелководной зоне разлома вблизи морского дна, оно может иметь особенно серьезные последствия. Из-за внезапного падения сопротивления разломам горные породы могут подвергаться крупномасштабным смещениям, далеко превосходящим обычные ожидания, что, в свою очередь, способствует общему поднятию или опусканию морского дна, нарушая большое количество морской воды и формируя цунами.
В марте 2011 года в регионе Тохоку в Японии произошло сильное землетрясение магнитудой 9,1. Землетрясение длилось почти 6 минут. Произошло крупномасштабное смещение подводных разломов, что в конечном итоге спровоцировало разрушительное цунами. Катастрофа привела к серьёзным жертвам и привела к ядерной аварии на АЭС Фукусима-дайити.
Исследователи полагают, что механизм, с помощью которого термическая наддувка вызывает резкое снижение сопротивления трению разломов, может помочь объяснить, почему некоторые сильные землетрясения могут вызывать такие огромные смещения морского дна. Однако обнаруженные к настоящему времени камни возрастом 15 миллионов лет не доказывают, что тот же процесс должен был произойти во время землетрясения Тохоку в 2011 году в Японии. Это обеспечивает возможный механизм, подтвержденный вещественными доказательствами, а не прямую редукцию современного землетрясения.
Это исследование имеет потенциальную ценность для будущих оценок риска землетрясений и цунами.
В настоящее время оценка сейсмического риска обычно требует всестороннего учета таких факторов, как расположение разломов, структура горных пород, исторические записи землетрясений и скорость движения плит. Однако изменения физических свойств, которые могут произойти в материале внутри разлома в момент землетрясения, не всегда могут быть точно учтены в моделях прогнозирования.
Если ученые смогут лучше понять изменения вязкости различных материалов разломов в условиях высокой температуры, высокого давления и быстрого скольжения, возможно, появится возможность более точно оценить, насколько далеко может переместиться разлом во время землетрясения и насколько велико может быть смещение морского дна.
Исследовательская группа надеется применить метод анализа, созданный на этот раз, к современным активным разломам, особенно к неглубоким разломам в зонах субдукции, которые могут вызвать крупные цунами.
Этот тип разлома, расположенный в районах, где одна тектоническая плита ныряет под другую, является местом многих крупнейших в мире землетрясений и цунами. Поскольку мелководные разломы расположены непосредственно вблизи морского дна, происходящее на них крупномасштабное скольжение может оказывать более непосредственное воздействие на морскую воду.
Соответствующие результаты исследования были опубликованы в журнале «Scientific Reports» 27 июня 2026 года. Статья называется «Материал неглубоких разломов в зоне субдукции демонстрирует турбулентное течение во время землетрясений».
Это исследование раскрывает легко упускаемую из виду связь в физическом механизме землетрясений: разломы не всегда поддерживают фиксированные характеристики трения. В экстремальных условиях их внутренние материалы могут претерпевать радикальные изменения за очень короткое время, переходя из твердого твердого слоя трения в состояние, близкое к жидкой смазке.
Это открытие открывает новые направления исследований для понимания того, почему сильные землетрясения внезапно вызывают неожиданные смещения и как оценить возникающий в результате риск цунами.
Комментарии