Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Сейсмические волны возникают в том месте, где породы по обе стороны от разлома скользят друг по другу — в так называемом очаге землетрясения, который может быть совсем малой областью, длинным фрагментом разлома или чем-то промежуточным. При этом высвобождается и распространяется большое количество энергии: в целом, чем длиннее скользящий фрагмент разлома, тем больше энергии выделится. Очаг может находиться глубоко в коре или даже (как в зонах субдукции) в мантии, однако обычно место землетрясения характеризуют его эпицентром — точкой на поверхности, лежащей непосредственно над очагом. Во время землетрясения перемещение по разлому может быть горизонтальным, вертикальным или (что бывает чаще всего) сочетанием обоих способов. Землетрясение в Нортридже было таким разрушительным, в частности, по той причине, что присутствовали быстрые вертикальные перемещения: сейсмические волны заставляли почву в Лос-Анджелесе резко двигаться вверх-вниз и из стороны в сторону.

Поскольку сильные землетрясения могут нанести огромный ущерб и унести тысячи и даже сотни тысяч жизней, геофизики давно искали способы точно их предсказывать. Первой попыткой была теория упругой отдачи Генри Рида. Однако она базировалась на информации от одного землетрясения, а чтобы по-настоящему понять механизм землетрясения (что и является необходимой предпосылкой для прогнозов), нужны исчерпывающие данные по многим таким катаклизмам в различных геологических условиях. Даже в сейсмически активных регионах крупные разрушительные землетрясения происходят достаточно редко, и исторические данные дают лишь ограниченную информацию. Поэтому самым важным источником информации оказывается геологическая летопись — подсказки, хранящиеся в горных породах. Но в отличие от многих других геологических явлений, землетрясения не оставляют следов, уводящих далеко в прошлое, а расшифровка немногих сохранившихся свидетельств действительно трудна. Почти на всех геологических картах есть разломы — большие и маленькие, активные и неактивные. Они встречаются почти всюду в земной коре и запечатлевают смещение одного участка относительно другого в самых разных масштабах — от нескольких сантиметров до нескольких километров. Все эти перемещения, вероятно, сопровождались землетрясениями, однако часто невозможно определить, когда они произошли и насколько сильными были: последний крупный катаклизм вдоль разлома может стереть свидетельства более ранних и более мелких землетрясений. Трудности с извлечением информации о землетрясениях из геологических данных подтолкнули геофизиков к разработке некоторых весьма творческих подходов.

Первая изобретательная идея — метод балансирующих камней. В 1996 году геофизик Джим Брюн выдвинул предположение, что интенсивность прошлых землетрясений на одном участке разлома Сан-Андреас можно оценить, изучая то, что он назвал «балансирующими камнями» в пустыне Мохаве и прилегающих районах. Камни, о которых говорит Брюн, поражают воображение (рисунок 17): кажется, что их можно опрокинуть легким толчком. Однако внешность обманчива. Чтобы сбросить такую глыбу, нужна большая сила, а сухой климат, где эрозия обычно происходит медленно, гарантирует, что такое хрупкое равновесие сохранится в течение долгого времени. Если мы оценим, какой силы сотрясение нужно, чтобы сбросить эти камни с пьедесталов, и проведем датировку, чтобы узнать, сколько времени они находятся в нынешнем положении, то сможем кое-что узнать о промежутке времени, прошедшем с момента последнего разрушительного землетрясения. Так ученые получают возможность установить верхний предел для силы любого произошедшего с тех пор землетрясения. У этого подхода есть критики, поскольку идея с балансирующими камнями основана фактически на отрицательных свидетельствах: мы наблюдаем только сохранившиеся камни и не знаем, сколько подобных скал упало во время произошедших землетрясений. И тем не менее Брюн и его коллеги провели достаточное количество измерений, чтобы получить ключ к интенсивности крупнейших землетрясений за многие тысячи лет, что трудно установить по большинству других видов геологических свидетельств.

Очевидно, что метод балансирующих камней можно применять только там, где такие камни существуют, а это означает, что его применимость сильно ограничена. Чаще всего геологические свидетельства землетрясений сохраняются в виде нарушений осадочных отложений — смещенный слой почвы, нарушение в озерных отложениях или внезапная смена типа отложений в прибрежной лагуне. Чтобы выявить вертикальный профиль нарушений в таких отложениях, ученые часто используют аккуратно сделанные траншеи рядом с активными разломами или поперек них. В благоприятных случаях таким образом можно зафиксировать несколько прошлых землетрясений, а если с помощью какого-нибудь метода (например, радиоуглеродного датирования) можно установить возраст потревоженных слоев, то можно рассчитать и интервалы повторяемости землетрясений.