Может ли изменение климата вызывать землетрясения

Не нужно быть климатологом, чтобы заметить, как сильно изменилось лето. Оно становится жарче, засухи – продолжительнее, зима – короче. Учёные предупреждают, что для начала необратимого таяния крупнейших ледников мира достаточно устойчивого потепления всего на 2,5–3 градуса.

В течение многих лет геологию и климат традиционно рассматривали по отдельности: земная кора живёт по своим тектоническим законам, атмосфера – по своим. Но глобальное потепление всё чаще заставляет учёных смотреть на эти сферы в связке. Последние исследования показывают, что изменение климата способно оказывать влияние на сейсмическую активность.

Корреспондент Informburo.kz разбиралась, как именно климат влияет на литосферу. Почему таяние ледников может запустить толчки, как осадки и жара действуют на горные породы и какое значение всё это имеет для Казахстана?

Как работают землетрясения и кто за ними следит

Землетрясение – это подземные толчки и колебания земной поверхности, которые происходят из-за внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии. Эти смещения высвобождают накопленную энергию, которая расходится во все стороны в виде упругих сейсмических волн. Точка в глубине, где начинается разрыв, называется гипоцентром. А место на поверхности земли прямо над ним – эпицентром. Именно в эпицентре, как правило, ощущаются самые сильные толчки.

Сила землетрясения оценивается по двум шкалам. Магнитуда показывает, сколько энергии высвободилось в очаге землетрясения. А интенсивность описывает, насколько сильно ощущались толчки в конкретной точке на поверхности.

В странах СНГ для оценки интенсивности применяют 12-балльную шкалу MSK-86:

• 1–4 балла – слабое землетрясение;
• 5–7 баллов – сильное, с видимыми последствиями;
• 8 баллов и выше – разрушительное, с серьёзными повреждениями зданий.

В среднем землетрясения длятся от 5 до 20 секунд, но даже за это короткое время ущерб может быть значительным. 

В стране за сейсмический мониторинг отвечает Национальный научный центр сейсмологических наблюдений и исследований:

"Казахстан подвержен землетрясениям природного характера, особенно в южной, юго-восточной и восточной частях страны. Для этих регионов ключевой задачей остаётся постоянный мониторинг сейсмической активности, развитие системы предупреждения и строительство зданий с учётом сейсмических рисков".

Однако ННЦСНИ не ведёт работы по изучению связи между изменением климата и сейсмической активностью.

Ледники и вулканы

О прямом и косвенном влиянии климата на литосферу активно говорят зарубежные учёные. Исследования NASA и Геологической службы США показывают, что массовое таяние ледников способно менять напряжённость в земной коре и в отдельных случаях даже провоцировать землетрясения. Это касается как последствий окончания ледниковой эпохи, так и современных процессов ускоренного таяния в полярных и высокогорных зонах.

Когда ледниковый щит или горный ледник теряет массу, триллионы тонн воды уходят в океан, давление льда на кору ослабевает, и в ответ земная кора медленно приподнимается. Этот процесс называют гляциоизостатическим поднятием. Геологические данные показывают, что такая разгрузка может сопровождаться активизацией тектонических разломов и всплеском сейсмической активности.

После последнего ледникового максимума (20 тысяч лет назад) во многих регионах мира наблюдался всплеск сейсмичности. В Сангра-де-Кристо (Колорадо) частота разрывных землетрясений выросла примерно в пять раз после отступления ледников. Следы мощных постледниковых землетрясений находят и в Фенноскандии и Канаде, где некогда лежали километровые ледяные щиты. Часть современных толчков может быть продолжением медленного постгляциального поднятия, которое всё ещё продолжается.

Современное потепление хотя не такое резкое, как на исходе ледниковой эпохи, но тоже ускоряет таяние в полярных и высокогорных районах, что тревожит геофизиков. Ещё в 2004 году NASA и Геологическая служба США предупреждали, что быстрое сокращение ледников Аляски может усилить местную сейсмичность из-за снятия поверхностной нагрузки. Похожая логика применима и к другим регионам, где чем меньше масса ледяных шапок, тем выше шанс, что напряжения на уязвимых разломах сдвинутся в сторону разряда.

Помимо тектонических разломов, разгрузка поверхности влияет и на магматические системы. В вулканически активных районах снятие ледникового гнёта облегчает подъём магмы. Так, в Исландии установлена историческая связь между таянием и вулканизмом: в период 4,5–5,5 тысячи лет назад, сразу после существенного сокращения ледников, частота извержений вулканов в Исландии возросла по сравнению с более холодными эпохами.

С 2015 года в районе Монблана, ранее считавшегося спокойным, сейсмоактивность выросла в 10 раз. Учёные из ETH Цюриха связали это с жарким климатом последних лет: без устойчивых ледников происходят обвалы, талая вода уходит вглубь горных пород и повышает поровое давление – давление в порах и трещинах пород. Осенью и зимой вероятность землетрясений магнитудой от трёх и выше возрастает в тысячи раз.

Важно понимать: таяние льда не создаёт новые разломы в земной коре, оно лишь ускоряет срыв там, где напряжение уже накопилось. Крупные разломы и без того находятся под постоянным давлением из-за движения литосферных плит. Когда сверху уходит масса льда или воды, баланс смещается. Такие изменения незначительны и вызывают лишь слабые подземные толчки, едва уловимые приборами. Но если разлом уже близок к критическому состоянию, даже небольшая разгрузка может стать фактором-ускорителем.

Как влияют снег и дождь на земную кору

Другим посредником между климатом и сейсмичностью является вода в разных её агрегатных состояниях. Осадки (дождь и снег), испарение, накопление воды в озёрах и водохранилищах, а также грунтовые воды – все эти процессы изменяют распределение массы воды на поверхности. 

Один из наиболее наглядных примеров, когда экстремальные осадки нагружают земную поверхность, – сезонные муссоны в Южной Азии. Каждое лето на Индо-Гангскую равнину выпадают миллиарды тонн воды, что буквально придавливает огромный участок суши. Спутниковые данные фиксируют, что под весом воды земная кора прогибается. При этом в соседнем гималайском горном поясе, где проходят активные разломы, количество микроземлетрясений заметно снижается. 

Но обилие воды может вызвать и обратный эффект. В 2020 году на японском полуострове Ното началась серия подземных толчков без выраженного главного удара, так называемое роевое землетрясение. Исследование показало, что это совпало с периодами особенно сильных дождей и снегопадов. Большое количество влаги проникло в поверхностные породы, увеличив поровое давление.

Обратная сторона медали – засуха и испарение. При длительном отсутствии осадков вода не только испаряется с поверхности, но и уходит из грунтовых резервуаров. Так, в 2011–2015 годах Калифорния пережила сильнейшую засуху. Горный хребет Сьерра-Невада приподнялся примерно на 24 мм из-за потери массы воды. А с возвращением дождей в 2016–2017 годах снова опустился вполовину от этой величины.

Косвенное влияние на сейсмическую активность оказывает откачка подземных вод, когда во время засухи растёт потребление артезианской воды для нужд сельского хозяйства и городов. Учёные подчёркивают, что эффект от подобных изменений мал в краткосрочной перспективе, но становится заметным, если действует десятилетиями.

Искусственные и природные водоёмы тоже воздействуют на земную кору. Когда заполняют гигантское водохранилище, его масса и давление воды изменяют состояние пород в зоне разломов. Так, после наполнения озера Оровилл в Калифорнии через несколько лет в регионе произошло землетрясение магнитудой 5,7. При высоком уровне воды сейсмическая активность снижалась, при спаде – возрастала. Похожий эффект работает и в реках, горных озёрах, болотах.

Существуют исследования, которые отмечают влияние атмосферного давления на литосферу. Во время крупных ураганов, когда давление воздуха резко падает, поверхность разгружается. В редких случаях это может спровоцировать так называемые медленные землетрясения, незаметные глазу и неощутимые, они представляют собой медленный сдвиг пород. Однако статистика показывает: штормы и погодные явления не влияют на обычные, сильные землетрясения.

Важно отметить, влияние воды особенно заметно в случае неглубоких землетрясений. Большинство крупных событий происходит на глубинах свыше 5–10 км, и туда поверхностная влага обычно не проникает. Поэтому климатически обусловленные землетрясения чаще всего либо слабые, либо происходят на малой глубине.

Температурное расширение и сжатие пород

Изменение температуры само по себе может влиять на горные породы и грунты, в первую очередь вблизи поверхности. Материалы при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются, и земная кора не исключение. Однако прямое влияние атмосферного потепления на литосферу весьма незначительно на глубинах, где зарождаются крупные землетрясения. Глубоко под землёй климатические колебания почти не ощущаются, туда не проникают ни сезонные волны холода, ни жара.

Но вблизи поверхности температурные перепады могут запускать мелкие сейсмические процессы. Один из самых зрелищных – криосейсмы, или морозобойные толчки. Когда в почве есть влага и внезапно ударяет сильный мороз, вода замерзает и расширяется, разрывая породы. Это вызывает резкие хлопки, напоминающие выстрелы или мини-землетрясения.

За последние 100 лет средняя температура поверхности Земли выросла более чем на один градус. Теоретически это должно вызвать незначительное расширение верхних слоев литосферы. Расчёты показывают, что деформация может составлять всего несколько миллиметров. На фоне тектонических процессов это почти незаметно, но локально такие изменения могут вызывать трещины в породе и облегчать проникновение воды. Интересно, что в некоторых горнодобывающих районах отмечали суточные колебания сейсмического шума, совпадающие с суточными температурными циклами нагрева-охлаждения скал, но это проявляется только на очень мелкой шкале.

Резюмируя: температура влияет на геодинамику скорее опосредованно. Само по себе тепло не может вызвать сильные землетрясения, но может изменить свойства верхних слоёв коры.

Общий итог

Хотя тектонические процессы остаются главной причиной землетрясений, влияние климата на геодинамику уже нельзя игнорировать. Человеческие знания в этой области пока ограничены, однако, продолжая исследования на стыке климатологии и сейсмологии, учёные смогут точнее определить, где "потеплевшая" Земля может встряхнуть, и заблаговременно учесть эти сценарии в системе предупреждения и планирования.