Когда в 2011 году у берегов Японии произошло землетрясение магнитудой 9,0, его последствия не ограничились разрушениями на поверхности. Сейсмические волны прошли через всю планету — и одна из них, как теперь считают учёные, могла сыграть необычную роль.
По данным нового анализа, одна волна ушла примерно на 2 900 километров вглубь Земли, дошла до границы между мантией и жидким внешним ядром, отразилась от неё и вернулась обратно к поверхности.
И именно после этого, как предполагает группа исследователей во главе с сейсмологом Санён Пак из Чикагского университета, часть Японии могла слегка сместиться на восток.
Речь не о метрах и не о сантиметрах на поверхности. GPS-наблюдения того времени показали сдвиг примерно на 5–6 миллиметров. Но для сейсмологии это важная деталь: такой эффект раньше не фиксировали.
Землетрясение Тохоку стало одним из самых мощных в истории наблюдений. Оно вызвало цунами, которое привело к аварии на АЭС «Фукусима-1». Само землетрясение произошло из-за резкого движения Тихоокеанской плиты под плиту, на которой находится северная Япония.
Это событие до сих пор внимательно изучают. Оно оставило огромное количество данных, и учёные продолжают искать в них признаки того, как ведут себя крупные землетрясения и что происходит после основного толчка.
В этот раз исследователи обратили внимание на необычно чёткий сигнал ScS в японской сети спутниковых наблюдений GEONET. ScS — это тип сейсмической волны: сдвиговая волна уходит вниз, отражается от границы мантии и ядра, а затем возвращается обратно как сдвиговая волна.
Сигнал оказался настолько сильным, что его заметили даже в Китае.
Интересно и то, что GEONET — это не классическая сеть сейсмометров. Она измеряет движение грунта через спутниковые GPS-наблюдения. То есть учёные фактически увидели след сейсмической волны через движение поверхности.
Сначала всё могло выглядеть как ошибка обработки данных. Обычно после прохождения сейсмической волны земля должна вернуться в исходное положение. Но несколько GPS-станций в Японии показали другое: поверхность как будто осталась немного смещённой на восток.
Исследователи проверили возможные ошибки и попытались скорректировать данные. Но сдвиг всё равно сохранялся. Его также не получилось убедительно объяснить другими причинами — например, крупным подводным оползнем или уже известным основным разрывом землетрясения.
Самое важное: этот сдвиг совпал по времени с моментом, когда волна ScS вернулась к Японии после путешествия к границе ядра и мантии.
После этого учёные начали моделировать разные сценарии. Один из них подошёл к наблюдениям лучше остальных.
Согласно этой модели, вернувшаяся сдвиговая волна вызвала слабое, но широкое скольжение вдоль границы двух тектонических плит. Это не был новый мощный разрыв. Скорее — небольшое движение на большой площади.
Представьте две шероховатые поверхности, которые давят друг на друга под углом. Трение удерживает их на месте, но если силы становится достаточно, они резко сдвигаются. В огромном масштабе похожий процесс происходит при мегаземлетрясениях, когда одна плита уходит под другую.
В данном случае движение было гораздо слабее. Исследователи предполагают, что на глубине произошёл сдвиг всего на миллиметры или сантиметры, но на очень большой площади. Этого хватило, чтобы GPS-станции на поверхности зафиксировали смещение в несколько миллиметров.
По версии авторов работы, вернувшаяся волна могла стать чем-то вроде лёгкого толчка для разломов, которые уже находились под огромным напряжением после землетрясения Тохоку.
Сама волна ScS была намного слабее первоначального землетрясения. Но она пришла почти одновременно на большой участок Японии. Исследователи считают, что такой синхронный импульс мог запустить небольшое движение вдоль уже напряжённых границ плит.
Получается странная картина: событие было одновременно и большим, и маленьким.
По оценке учёных, суммарно оно могло высвободить энергию, сопоставимую с землетрясением магнитудой 7,5. Но эта энергия не вышла в виде одного сильного разрыва. Движение распределилось по огромному участку границы плит, поэтому дополнительная тряска была слабой, а сдвиг составил лишь миллиметры или сантиметры.
Если эта интерпретация подтвердится, это будет первый известный случай, когда скольжение разлома было вызвано сейсмической волной, отразившейся от границы мантии и ядра.
Для окончательного подтверждения понадобятся наблюдения будущих крупных землетрясений. Но находка уже важна: она показывает, что землетрясения могут быть сложнее, чем казалось раньше.
Авторы пишут, что наблюдение подчёркивает важность учёта ранее неизвестного источника сейсмической опасности — возможной повторной активации области основного толчка и соседних районов даже через десятки минут после главного землетрясения.
Исследование опубликовано в журнале Science.
