Загадочные толчки в Тирренском море и Румынии

Когда во вторник вечером на прошлой неделе земля в Тирренском море недалеко от Неаполя сотряслась силой 6,0 баллов, почти никто не заметил толчков. Источник землетрясения находился на глубине почти 380 километров под морским дном этой части Средиземноморья, граничащей с Сардинией, Сицилией и южной частью итальянского сапога. К тому времени, как сейсмические волны, исходящие от таких глубоких землетрясений, достигли земной поверхности, они уже были настолько заглушены, что не причинили никакого ущерба и не ощущались на большой территории. О природе этих толчков, происходящих в верхней мантии Земли и, похоже, не укладывающихся ни в одну известную схему, пока мало что известно. Два геофизика из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, теперь смогли раскрыть некоторые тайны землетрясений в континентальной мантии.

Безусловно, самая большая часть из всех землетрясение происходит в верхних 30-километровых слоях коры нашей планеты диаметром 12 000 километров. В этой тонкой, самой внешней оболочке Земли горная порода настолько прочна и хрупка, что ломается под механическим воздействием. Такие разрывы создают упругие колебания, которые могут распространяться в виде сейсмических волн по всей Земле. Однако в областях под земной корой порода горячая и прочная, поэтому она гибко поддается механическим воздействиям и не разрушается.

Однако в некоторых, узко определенных областях недр Земли происходят так называемые глубокие землетрясения. Они происходят в зонах субдукции, где одна из крупных литосферных плит подталкивает другую. В таких районах, например, у берегов Тихого океана, землетрясения происходят на глубине до 700 километров. Между неглубокими землетрясениями в земной коре и глубокими землетрясениями, связанными с зонами субдукции, всегда находятся землетрясения «средней глубины». Как и сейчас в Тирренском море, они происходят в верхней мантии. Их причины долгое время оставались загадкой для геофизиков.

Для своего обширного анализа два исследователя из Стэнфорда Шики Ван и Саймон Клемперер оценили почти 50 000 землетрясений, произошедших с 1990 года на глубине не менее 20 километров и исключительно под континентами. Из этого исследования были исключены многие тысячи землетрясений, произошедших в зонах субдукции в тот же период и о которых было несомненно известно, что они происходили на глубинах в несколько сотен километров внутри погружающихся плит.

Чтобы выяснить, произошло ли континентальное землетрясение в нижней коре Земли или уже под пограничным слоем в верхней мантии, два исследователя использовали разработанный ими критерий: Ван и Клемперер обнаружили, что соотношение амплитуд двух характерных фаз сейсмических волн различается в зависимости от того, происходит ли землетрясение в «нормальной» хрупкой породе земной коры или в прочном массиве горных пород верхней мантии под ней. В качестве дополнительного критерия при исследовании учитывалась мощность земной коры вблизи соответствующего очага землетрясения. Под континентами она находится в среднем на 35 километров, но под высокими горами может достигать 90 километров.

Кроме того, все эти землетрясения не были особенно сильными в период исследования. Самое сильное событие имело магнитуду 6 и произошло на крайнем севере канадской провинции Нунавут зимой 2017 года. Однако ранее в верхней мантии случались гораздо более сильные землетрясения. В 1977 году в румынской зоне Вранча на глубине более 90 километров произошло сильное мантийное землетрясение магнитудой 7,5. Оно вызвало серьезные разрушения в Бухаресте и ощущалось на всех Балканах. Тогда погибло более 1500 человек.

Ван и Клемперер также обнаружили, что эти мантийные землетрясения распределены по миру неравномерно. Под Европой такие землетрясения происходят только в Тирренском море и глубоко под Румынией. В Азии такие мантийные землетрясения происходят преимущественно на большей территории вокруг Каспийского моря, в некоторых частях Гималаев и под Тибетом. В Северной Америке они встречаются ниже Берингова пролива между Аляской и Дальним Востоком России, а также в северной Канаде.

Несмотря на обширное исследование, которое дало новое представление о частоте и географическом распределении мантийных землетрясений, важный вопрос остается без ответа. Как могут возникнуть эти землетрясения в тех глубинах земли, где порода уже очень вязкая и пластически деформируемая и поэтому фактически не может сломаться, как хрупкий материал?