Исследователи из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (Москва) выяснили, что причиной значительных разрушений, завалов и цунами во время сильнейшего за последние 40 лет землетрясения на японском полуострове Ното стали высокие скорости и ускорения колебаний поверхности на большой территории, включая пункты, удалённые от эпицентра. Там скорости и ускорения оставались высокими из-за наложения сейсмических волн, распространяющихся из очага землетрясения.

Подобные наблюдения помогут заблаговременно предсказывать места, разрушения в которых могут быть велики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Russian Journal of Earth Sciences.

При землетрясении из очага распространяются сейсмические волны, которые выходят на поверхность и приводят к разрушениям зданий и инфраструктурных объектов — дорог, мостов и линий коммуникаций. Для защиты от разрушений нужно изучать свойства сейсмических очагов и условия, в которых распространяются сейсмические волны. Поскольку они имеют свои региональные особенности, в последние десятилетия в мире быстро развиваются сети сейсмических наблюдений.

Полуостров Ното в Японии. На карте обозначен эпицентр землетрясения и месторасположение сейсмологических станций.jpg

Исследования показали, что при сильных землетрясениях с протяженными очагами — таких как землетрясения в Турции в феврале 2023 года, землетрясения в Японии на Хоккайдо в 2003 году и в центральной части Хонсю в 2011 году — сейсмические волны при распространении могут накладываться друг на друга и выходить на поверхность одновременно, в виде короткого цуга (волнового пакета). Причина этого — эффекты направленности сейсмического излучения, когда трещина в протяженном очаге распространяется преимущественно в одном направлении. В результате амплитуды колебаний поверхности существенно увеличиваются. Такие волновые цуги оказывают разрушительное действие на здания, и именно они стали одной из основных причин катастрофических разрушений при турецких землетрясениях 2023 году. Чтобы по возможности обезопасить жителей сейсмически активных районов и предугадать, где колебания поверхности будут максимальными, нужны физические модели, описывающие распространение волн из очагов крупных землетрясений.

По записям сейсмических станций исследователи изучили распространение сейсмических волн при землетрясении магнитудой 7,5, которое произошло в северной части японского полуострова Ното 1 января 2024 года. Авторы проанализировали данные, собранные станциями, находившимися на расстояниях 2–60 километров от очага.

Анализ показал, что максимальные сейсмические эффекты наблюдались как на близких к очагу, так и на удаленных станциях, расположенных в направлении распространения трещины в очаге землетрясения. С удалением от эпицентра наблюдалось постепенное уменьшение продолжительности сильных движений, но пиковые ускорения колебаний поверхности не снижались и достигли максимума (в 2,8 раза больше ускорения свободного падения) на станции, расположенной в 60 километрах от эпицентра. Это объясняется проявлением эффектов направленности излучения протяжённого очага. В прошлом подобные эффекты наблюдались лишь при землетрясениях большей магнитуды. Таким образом, землетрясение Ното 2024 года с магнитудой 7,5 и длиной очага около 120 километров имеет некоторые «пороговые» параметры, начиная с которых могут наблюдаться эффекты направленности излучения очага землетрясения.

«Конец трещины, вспарывающей разломную плоскость (очаг землетрясения), представляет собой движущийся источник сейсмических волн, и наложение и взаимное усиление волн происходит вследствие слоистой структуры земной коры: волны, проникшие в более глубокие и плотные слои, распространяются быстрее и "догоняют" волны, распространяющиеся в слоях, более близких к поверхности. Это подтверждается расчётами, учитывающими путь распространения трещины и скорости в слоях земной коры. Движущийся конец трещины становится источником ударных волн, подобно носу сверхзвукового самолета. Эти опасные явления должны быть детально изучены для разработки методов защиты и снижения ущерба от сильных землетрясений», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Павленко, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник и заведующая лабораторией инженерной сейсмологии и интерпретации сейсмических наблюдений Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Источник: РНФ.