Землетрясение руками человека
22 января, 2018 11:58
Источник: Научная Россия
Наведенная (или индуцированная) сейсмичность относится к сейсмическим событиям (обычно – землетрясениям), которые частично или полностью вызваны человеческой деятельностью. Примерами такой деятельности является разработка полезных ископаемых, создание крупных водохранилищ, эксплуатация подземных хранилищ нефти и газа и др. Если землетрясения, происходящие в результате природных процессов, в основном приурочены к активным тектоническим структурам, то индуцированная сейсмичность происходит в областях активной эксплуатации земных недр человеком и напрямую связаны с ведением экономической деятельности.
Многие работы курируются международным Комитетом по индуцированной сейсмичности. В октябре 2017 года в одном из ведущих мировых журналов в области сейсмологии «Seismological Research Letters» был представлен проект HiQuake—The Human‐Induced Earthquake Database, в международной базе данных которого на момент выхода публикации содержалось 728 случаев предполагаемой наведенной сейсмичности. При этом эксплуатация водохранилищ считается причиной повышения сейсмической активности в 23% случаев, уступая по количеству упоминаний только объектам горной промышленности.К примеру, полвека назад в асейсмичном районе западной Индии была построена крупная плотина, работу которой должно было обеспечить специально созданное водохранилище Койна. После его заполнения произошло крупнейшее в мире наведенное (индуцированное) землетрясение М=6.3, унесшее жизни около 200 человек. Серьезному ущербу подверглись жилые дома и сооружения, общее количество пострадавших и раненых превысило 2 тысячи человек. С этого землетрясения началась сейсмическая история данного региона.
Механизмы, вызывающие сейсмичность в этом районе до конца не ясны и сегодня, но повторяющиеся из года в год сейсмические события, в основном сосредоточенные на площади 30 х 20 км и на глубинах 2-7 км позволяют вести целенаправленный геофизический мониторинг этой территории. Для проведения сейсмологических исследований индийскими учеными была создана плотная сеть сейсмических станций, которые обеспечивают хорошую локацию сейсмических событий в районе Койна-Варна. В результате район стал уникальной природной лабораторией.
В изучении влияния этого крупного гидросооружения и оценке сейсмической опасности, обусловленной антропогенной деятельностью принимают участие ученые из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН). В ходе многолетнего научного сотрудничества с индийскими коллегами специалистами ИФЗ РАН создана база данных сейсмических событий с 1963 по 2015 год, опробованы методики прогноза наиболее сильных землетрясений.
В настоящее время совместные исследования проводятся в рамках российско-индийского проекта РНФ-DST India «Закономерности и природа наведенной сейсмичности в областях тектонических и техногенных воздействий по натурным и лабораторным данным». В международный коллектив вошли ученые ИФЗ РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и Национального геофизического исследовательского института (NGRI), Хайдерабад. Как отметил заместитель директора ИФЗ РАН и руководитель проекта РНФ с российской стороны доктор физико-математических наук Александр Вениаминович Пономарев, проект посвящен комплексным исследованиям и обобщению закономерностей наведенной сейсмичности и дальнейшего развития сейсмического процесса на основе созданных в ИФЗ РАН сейсмических каталогов, технологий радарной спутниковой интерферометрии и лабораторных экспериментов на образцах горных пород с использованием установок высокого давления Центра петрофизических и геомеханических исследований ИФЗ РАН и Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН.
Первые результаты позволили выявить связь изменения сезонной сейсмической активности с особенностями локального тектонического режима. Было обнаружено, что регулярные изменения сейсмической активности после заполнения водохранилища Койна обусловлены миграцией наведенной сейсмичности на юг вдоль сдвиговой разломной зоны и последующей активизацией сопряженных с ней сбросовых разломов. По мнению ученых, миграция процессов разрушения с севера на юг опережает диффузию флюида (проникновение воды в трещинно-поровое пространство горной породы) от водохранилища Койна, а последующее достижение фронтом обводнения южной сбросовой зоны вызывает повторную реактивацию сезонной сейсмичности. Это предположение подкрепляется и результатами лабораторного моделирования на образцах гранитов из глубоких скважин, пробуренных в области Койна-Варна. Эксперименты по инициированию процессов разрушения образцов в условиях повышении порового давления и фильтрации флюида при различных режимах нагружения были выполнены на установках высокого давления на базе Центра петрофизических и геомеханических исследований ИФЗ РАН и Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН.
Первые результаты и описанная выше схема миграции сейсмического процесса в результате антропогенной деятельности и сезонных явлений опубликованы декабрьском номере журнала Геологического общества Индии.
В настоящее время индийской стороной реализуется проект по глубокому бурению в области Койна-Варна, в результате которого планируется достигнуть глубин лоцируемых сейсмических событий и получить керновый материал из очаговой зоны землетрясений. Полученные образцы горных пород представляют большой интерес, так как их исследование позволит проверить существующие теоретические представления о связи наведенной сейсмичности, наблюдаемой под многими водохранилищами. Для изучения влияния сейсмических процессов на окрестности плотины Койна учеными также использовались современные технологии космического мониторинга. Так, по снимкам спутника ALOS-2 методами спутниковой радарной интерферометрии впервые были получены оценки полей смещений земной поверхности для района Койна и Варна. Выявлена устойчивая область смещений южнее водохранилища Варна.
серия землетрясений, включая два крупных события М=5 и М=5.2.
Некоторые результаты по проекту войдут в специальный выпуск одного из ведущих сейсмологических журналов – Bulletin of Seismological Society of America (BSSA) «50 Years after the 1967 Koyna Earthquake: Progress in our understanding of Reservoir Triggered Seismicity (RTS)», посвященный пятидесятилетию катастрофического наведенного землетрясения Койна.
Теги
СМИ о Фонде, Науки о Земле
Ученые прогнозируют рост числа разрушительных землетрясений в 2018 году
В 1.5-2 раза может возрасти число разрушительных землетрясений уже в 2018 году. «Газета.Ru» выяснила, чем это вызвано, и кто из российских ученых впервые указал на необычную сейсмическую закономерность.
Едва ли не двукратный рост землетрясений ожидается на Земле, начиная с 2018 года. К таким выводам пришел геофизик Роджер Билхэм из Университета Колорадо в Боулдере, изучив статистику землетрясений магнитудой свыше 7 с 1900 года.
Многолетние наблюдения показали, что землетрясения случаются чаще,
если скорость вращения Земли вокруг своей оси немного уменьшается за счет внутренних причин.
В XX веке было обнаружено пять таких периодов, когда число землетрясений значительно превышало среднее значение. «В эти периоды бывало 25-30 мощных землетрясений в год. В остальное время – порядка 15 крупных землетрясений», — рассказал ученый Guardian. Свои выводы, опубликованные в журнале Geophysical Research letters, ученый представил на недавней конференции Американского геологического общества.
«Корреляция между вращением Земли и сейсмической активностью сильна и предполагает, что в следующем году возрастет число сильных землетрясений», — заявил он.
Известно, что из-за солнечных и лунных приливов вращение Земли едва заметно тормозится. Однако на вращение Земли влияют и другие внутренние силы, которые то немного притормаживают, то ускоряют вращение, накладывая периодические колебания на многовековой тренд замедления.
Поскольку Земля вошла в очередную фазу замедления четыре года назад, уже в следующем году нашу планету может ожидать резкий рост сейсмической активности. «Газета.Ru» связалась с автором прогноза Роджером Билхэмом, и он поделился деталями своего исследования.
По его словам, зависимость между скоростью вращения Земли и частотой землетрясений хороша видна на столетенем графике:
close
100%
«Зеленым показано среднее пятилетнее число землетрясений, из которого удалены экстремальные значения, — пояснил Билхэм. – В некоторые годы число толчков достигает 26, в некоторые опускается до 6. В этом году, к примеру, у нас было только шесть землетрясений магнитудой выше 7».
В среднем, наблюдения показывают, что в годы замедленного вращения Земли землетрясения магнитудой 7 случаются на 25% чаще, чем при «быстрой» Земле, несмотря на то, что изменение продолжительности дня измеряется миллисекундами. Тем не менее, эти колебания в скорости вращения планеты легко детектировать при помощи современных средств радиоинтерферометрии и атомных часов.
По его словам, ученым примерно понятны причины этих колебаний скорости вращения Земли.
«Быстрое вращение атмосферы Земли и жидкого ядра замедляет вращение «твердой» Земли», — пояснил он «Газете.Ru».
Впрочем, Билхэм не первый, кто обнаружил необычную связь между сейсмичностью планеты и ее вращением. «Готовя статью, мы обнаружили, что двое выдающихся ученых из вашей страны, доктор Левин и доктор Сасарова думали об этой проблеме уже несколько лет», — пояснил сейсмолог. Однако на открытие российских ученых мало, кто обратился внимание.
Еще 2015 году российские ученые член-корр. РАН Борис Левин из Института морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения РАН и профессор Елена Сасорова из Института океанологии РАН опубликовали в журнале «Доклады Российской академии наук» статью, в которой впервые показали существование связи между вариациями скорости вращения Земли и усилением сейсмической активности.
«Нами были собраны и обработаны наблюдательные данные по скорости вращения Земли и по сейсмичности с 1720 года.
Отметим, что в начале прошлого века (1900-1910 гг.) отмечалось значительное усиление количества землетрясений, которое было вызвано продолжительным процессом торможения скорости вращения, — рассказал «Газете.Ru» Борис Левин. —
В настоящее время, начиная с 2014 г., Земля вступила в новую фазу торможения, и наблюдается рост количества землетрясений с магнитудой более 6.
Также были обнаружены увеличения сейсмичности в некоторые месяцы года, связанные с внутригодовыми вариациями скорости вращения Земли».
По словам Левина, ученым удалось понять и физические причины, обославливающие обнаруженную связь. Дело в том, что возрастание скорости вращения планеты ведет к увеличению экваториального радиуса, уменьшению полярного радиуса и увеличению сплюснутости (или сжатия) небесного тела. При этом уменьшение скорости вращения тела, или затормаживание, приводит к уменьшению сплюснутости и соответствующему уменьшению площади поверхности тела.
Сфера обладает наименьшей площадью по сравнению с эллипсоидом равного объема.
Таким образом, торможение планеты приводит к уменьшению площади поверхности планеты. «Отсюда возникает усиление таких эффектов, как сжатие и столкновение тектонических плит, накопление деформаций и поврежденностей,
что в итоге вызывает активизацию землетрясений», — пояснил Левин.
Правы или нет окажутся ученые, ждать осталось недолго. Последнее разрушительное землетрясение магнитудой 7 произошло неделю назад на границе Ирана и Ирака, унеся сотни жизней и оставив тысячи людей без крова. А уже минувшей ночью, очередное, седьмое в этом году землетрясение магнитудой 7,3 произошло в Тихом океане.
Vital Signs of the Planet
Алан Буис,
Лаборатория реактивного движения НАСА
Двойные землетрясения силой 6,4 и 7,1 балла, произошедшие в районе Риджкрест в калифорнийской пустыне Мохаве к северо-востоку от Лос-Анджелеса 4 и 5 июля, соответственно, были испытали до 30 миллионов человек в Калифорнии, Неваде, Аризоне и Нижней Калифорнии, что привело к гибели людей, травмам, миллиардному ущербу и большому количеству нервов.
В то время как отдаленное место, несомненно, свело к минимуму последствия, землетрясения послужили тревожным сигналом для самодовольных калифорнийцев о том, что они живут в стране землетрясений и должны готовиться к неизбежному «Большому», который, по словам ученых, обязательно произойдет. Они также заставили людей говорить обо всех аспектах землетрясений.
О землетрясениях ходит множество мифов. Распространенным является то, что существует такое понятие, как «погода при землетрясениях» — определенные типы погодных условий, которые обычно предшествуют землетрясениям, например, жарко и сухо или сухо и облачно. Миф восходит к греческому философу Аристотелю, предложившему в 49010-м -м веке до н.э. что землетрясения были вызваны захваченными ветрами, вырвавшимися из подземных пещер. Он считал, что большое количество воздуха, попавшего под землю, сделает погоду на поверхности Земли перед землетрясением горячей и спокойной.
С появлением сейсмологии — изучения землетрясений — мы теперь знаем, что большинство землетрясений вызываются тектоническими процессами — силами внутри твердой Земли, вызывающими изменения в структуре земной коры, в первую очередь разрыв подземных массивов горных пород по разломам ( линейные зоны слабости).
Мы также знаем, что большинство землетрясений происходит глубоко под поверхностью Земли, вне зависимости от температуры и условий поверхности. Наконец, мы знаем, что статистическое распределение землетрясений примерно одинаково для всех типов погодных условий. Миф разрушен.
На самом деле, по данным Геологической службы США, единственная обнаруженная корреляция между землетрясениями и погодой заключается в том, что большие изменения атмосферного давления, вызванные сильными штормами, такими как ураганы, иногда вызывают так называемые «медленные землетрясения». которые высвобождают энергию в течение сравнительно длительного периода времени и не вызывают сотрясений земли, как это происходит при традиционных землетрясениях. Они отмечают, что, хотя такие большие изменения низкого давления потенциально могут способствовать возникновению разрушительного землетрясения, «цифры невелики и не являются статистически значимыми».
А как же климат? Есть ли связь между климатическими явлениями и землетрясениями? Мы попросили геофизика Пола Лундгрена из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, провести научную проверку по этому вопросу.
Для того, чтобы установить какую-либо связь между климатом и землетрясениями, говорит Лундгрен, вы должны сначала определить, какие виды тектонических процессов могут быть связаны с климатическими явлениями. Ученые знают, что землетрясения могут быть вызваны или остановлены изменением величины нагрузки на разлом. Самой большой климатической переменной, которая может изменить стрессовые нагрузки разломов, являются поверхностные воды в виде дождя и снега. Лундгрен говорит, что несколько исследований подтвердили такие корреляции. Но есть одна загвоздка.
«Обычно мы наблюдали эти типы корреляций в микросейсмичности — крошечных землетрясениях с магнитудой меньше нуля, гораздо меньших, чем может чувствовать человек», — сказал он. — Такие случаются довольно часто.
Лундгрен процитировал работу своего коллеги Жана-Филиппа Авуака из Калифорнийского технологического института и других, которые обнаружили корреляцию между уровнем микросейсмичности в Гималаях и ежегодным сезоном дождей.
В летние месяцы большое количество осадков выпадает на Индо-Гангской равнине, охватывающей северные районы Индийского субконтинента. Это увеличивает там стрессовые нагрузки на земную кору и снижает уровень микросейсмичности в прилегающих Гималаях. В зимний засушливый сезон, когда вес воды на земной коре на равнине меньше, гималайская микросейсмичность достигает пика.
Лундгрен говорит, однако, что делать такие выводы о более сильных землетрясениях становится гораздо труднее.
«Мы видели, что относительно небольшие изменения напряжения из-за климатоподобных воздействий могут влиять на микросейсмичность», — сказал он.
«Многие мелкие трещины в земной коре нестабильны. Мы также видим, что приливы могут вызывать слабые толчки Земли, известные как микросейсмы. Но настоящая проблема заключается в том, чтобы взять наши знания о микросейсмичности и масштабировать их, чтобы применить к сильному землетрясению или землетрясению любой силы, которое люди могли бы почувствовать». Связанные с климатом изменения напряжения могут способствовать, а могут и не способствовать землетрясению, но мы не можем знать, насколько сильно.
«Мы не знаем, когда разлом может быть в критической точке, где нетектоническое воздействие, связанное с климатическим процессом, может стать той соломинкой, которая сломает спину верблюду, что приведет к значительному землетрясению, и почему тогда, а не раньше ?» он сказал. «На данный момент мы просто не можем сказать, что климатические процессы могут вызвать сильное землетрясение».
А как насчет засухи?Мы знаем, что сезонные эффекты могут вызывать изменения в разломах, но как насчет менее периодических климатических явлений, таких как длительная засуха? Могут ли они также вызвать изменения?
Как оказалось, изменения стрессовых нагрузок на земную кору от периодов засухи действительно могут быть значительными.
Исследование, проведенное ученым JPL Дональдом Аргусом и другими в 2017 году с использованием данных сети высокоточных станций GPS в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне, показало, что чередование периодов засухи и сильных осадков в Сьерра-Неваде в период с 2011 по 2017 год фактически привело к тому, что горный хребет поднимаются почти на дюйм, а затем падают на половину этой величины, так как горные породы теряли воду во время засухи, а затем вновь набирали ее. В исследовании специально не рассматривались потенциальные воздействия на разломы, но такие изменения напряжения потенциально могут ощущаться на разломах в пределах или вблизи диапазона.
Точно так же было показано, что откачка подземных вод из подземных водоносных горизонтов людьми, которая усугубляется во время засухи, также влияет на характер стрессовых нагрузок, «разгружая» земную кору.
Лундгрен указал на исследование 2014 года в журнале Nature, проведенное Амосом и др. в котором изучалось влияние добычи подземных вод в Центральной долине Калифорнии на сейсмичность соседнего разлома Сан-Андреас. Исследователи обнаружили, что такие извлечения могут способствовать боковым изменениям нагрузки на две стороны Сан-Андреас, которые движутся горизонтально друг против друга вдоль границы двух основных тектонических плит. Это потенциально может привести к тому, что они разблокируются и соскользнут, что приведет к землетрясению.
«Такие нагрузки небольшие, но если у вас есть откачка грунтовых вод в течение длительного периода времени, то они могут стать более значительными», — сказал он. «Даже несмотря на то, что такие изменения могут быть небольшими по сравнению с изменениями напряжения, вызванными нормальным накоплением напряжения в разломе из-за тектонических процессов, потенциально это может ускорить начало следующего крупного землетрясения в Сан-Андреас. Кроме того, поскольку величина подвижки по разлому увеличивается с увеличением времени между землетрясениями, это может привести к более частым, но меньшим землетрясениям».
Однако, говорит Лундгрен, ближайший к Центральной долине участок Форт-Теджон разлома Сан-Андреас последний раз прорвался в 1857 г. уровне знаний, ученые далеки от понимания того, когда и где на нем произойдет следующее сильное землетрясение.
Огонь и лед: ледники и тектонические процессы Извержение лавового поля Холухраун в Исландии, 4 сентября 2014 г.
Исследование вулканической активности Исландии 4500–5500 лет назад, проведенное в 2017 году, выявило связь между дегляциацией и усилением вулканической активности. Фото: peterhartree [CC BY-SA 2.0]Другое связанное с климатом явление, которое, как считается, связано с тектоническими процессами, — это оледенение. Отступление ледника может уменьшить стрессовые нагрузки на земную кору под ним, влияя на движение подповерхностной магмы. Недавнее исследование вулканической активности в Исландии между 4500 и 5500 лет назад, опубликованное в журнале Geology, когда Земля была намного холоднее, чем сегодня, обнаружило связь между дегляциацией и усилением вулканической активности. И наоборот, когда ледниковый покров увеличился, извержения уменьшились.
Было также показано, что быстрое движение ледников вызывает так называемые ледниковые землетрясения. Ледниковые землетрясения в Гренландии достигают пика частоты в летние месяцы и со временем неуклонно увеличиваются, возможно, в ответ на глобальное потепление.
Помимо воздействия воды на сейсмичность, связанного с климатом, человеческое управление и применение воды также могут влиять на землетрясения посредством явления, известного как наведенная сейсмичность.
Например, вода, хранящаяся в больших плотинах, была связана с землетрясением в различных местах по всему миру, хотя воздействие локализовано в природе. В 1975 году, примерно через восемь лет после того, как озеро Оровилль в Северной Калифорнии, второе по величине искусственное водохранилище в штате, было создано за плотиной Оровилль, поблизости произошла серия землетрясений, самое сильное из которых имело магнитуду 5,7. Вскоре после того, как вода в водохранилище опустилась до самого низкого уровня, так как оно было первоначально заполнено для ремонта водозаборов электростанции плотины, а затем снова заполнено, произошли землетрясения.
Озеро Оровилл в Калифорнии было местом землетрясения силой 5,7 балла в 1975 году, которое было связано с изменением стрессовых нагрузок на локальный разлом, вызванный колебаниями уровня воды в водохранилище.
Предоставлено: Куинн Комендант [CC BY-SA 2.0]В нескольких исследованиях, посвященных изучению землетрясений, сделан вывод о том, что колебания уровня водохранилища и соответствующие изменения веса водохранилища изменили стрессовые нагрузки на локальный разлом, вызвав землетрясения. Мониторинг сейсмической активности на водохранилище в годы после землетрясений установил сезонную зависимость между уровнем водохранилища и сейсмичностью. Сейсмичность уменьшается по мере заполнения водохранилища зимой и весной, а самые сильные землетрясения, как правило, происходят, когда уровень водохранилища падает летом и осенью.
Наведенная сейсмичность также может возникать, когда вода для смазывания разлома используется людьми. Исследования Геологической службы США и других учреждений связывают резкое увеличение сейсмической активности в Оклахоме и других штатах Среднего Запада и Востока США в последние годы с увеличением практики закачки сточных вод в землю во время нефтяных операций. Нагнетательные скважины помещают флюиды под землю в пористые геологические формации, где, как полагают ученые, они могут иногда проникать в погребенные разломы, готовые к проскальзыванию, изменяя поровое давление на них и вызывая их проскальзывание.
Лундгрен говорит, что, когда он впервые начал изучать землетрясения, все было сосредоточено на их понимании в контексте тектоники плит и процессов, происходящих в земной коре. Но теперь это меняется.
«За последнее десятилетие или около того, с широким распространением новых технологий, таких как GPS, которые имеют большее пространственное распределение и чувствительность, люди также начали обращать внимание на другие эффекты второго порядка — другие факторы, которые могут влиять на землетрясения, » он сказал.
«Очень интересно иметь возможность находить потенциальные связи между землетрясениями и климатом, такие как сезонные различия. Однако проблема состоит в том, чтобы согласовать такие связи с фундаментальной физикой.
«Мы не близки к тому, чтобы предсказать, когда может произойти землетрясение в результате климатических процессов», — заключил он. «Даже если мы знаем, что какой-то внешний климатический процесс потенциально влияет на систему разломов, поскольку мы не знаем потенциального состояния разлома, готового к разрушению, мы все равно не можем сделать дополнительный вывод, чтобы сказать: ага, я могу получить землетрясение через неделю или месяц».
Эти исследования подчеркивают невероятную сложность нашей земной системы. Продолжение исследований поможет нам лучше понять, как взаимосвязаны его различные компоненты, иногда неожиданным образом.
Землетрясения
Изображение
Землетрясение на Гаити вызвало оползни
Разрыв в облаках позволил спутникам увидеть склоны холмов, которые соскользнули во время землетрясения магнитудой 7,2.
Опубликовано 16 августа 2021 г.
Изображение дня Земельные участки Человеческое присутствие Землетрясения
Изображение
Десять лет после цунами
Один из наиболее пострадавших прибрежных городов Японии все еще пытается восстановиться.
Опубликовано 11 марта 2021 г.
Изображение дня Земельные участки Вода Человеческое присутствие Дистанционное зондирование Землетрясения
Изображение
Оползни Палу, связанные с орошением риса
Землетрясение в Индонезии заставило землю течь, как грязь, в месте, где наука ранее предсказывала, что этого не должно быть.
Опубликовано 1 ноября 2019 г.
Изображение дня Земельные участки Вода Человеческое присутствие Дистанционное зондирование Землетрясения
Изображение
Разрушения в Палу После землетрясения и цунами
Отрезвляющие спутниковые снимки показывают огромные разрушения на индонезийском острове Сулавеси.
Опубликовано 3 октября 2018 г.
Изображение дня Земельные участки Вода Человеческое присутствие Дистанционное зондирование Землетрясения
Изображение
Мощное землетрясение обнажило новую землю возле Каикоуры
Землетрясение подняло камни, водоросли и существ над уровнем воды в некоторых прибрежных районах Новой Зеландии.