Учёные подтвердили существование глубоких мантийных землетрясений: «Как они вообще могут происходить?»
Почти полвека назад небольшое землетрясение на севере Юты оставило сейсмологов в недоумении. Событие, казалось, произошло на гораздо большей глубине, чем считалось возможным для землетрясений под континентом. Новое исследование Университета Юты подтвердило: необычный толчок был реальным и принадлежит к редкой категории сейсмических событий, происходящих глубоко в мантии Земли.
Землетрясение произошло ранним утром 24 февраля 1979 года под городом Рэндольф вблизи границ Юты с Айдахо и Вайомингом. Хотя его магнитуда составила 3,8, никто не сообщал о том, что почувствовал его. В то время постдокторант Университета Юты Джордж Зандт проанализировал данные и рассчитал, что землетрясение произошло примерно на глубине 90 километров ниже уровня моря. Эта глубина помещала его далеко за пределы земной коры и глубоко в верхней мантии — в место, где учёные обычно не ожидали возникновения землетрясений.
«Большая глубина объясняет, почему его не почувствовали люди на поверхности, — сказал Зандт. — Я провёл некоторый другой анализ, который убедил меня в реальности большой глубины, но было трудно убедить других в существовании сильно аномального мантийного землетрясения в регионе, где не должно быть ни одного».
Зандт опубликовал краткий реферат о рэндольфском землетрясении, но находка привлекла мало внимания. Интерес возродился десятилетия спустя, когда исследователи Университета Юты вновь обратились к оригинальным сейсмическим записям. Под руководством профессора геологии Кита Копера команда заново изучила данные волн от землетрясения 1979 года, а также от восьми других подозреваемых глубоких землетрясений, которые произошли в северной Юте и юго-западном Вайоминге. Их анализ подтвердил, что все девять событий произошли далеко за пределами коры, предоставив веские доказательства существования того, что учёные называют континентальными мантийными землетрясениями.
Выводы приобрели дополнительную значимость, когда 10 сентября 2025 года произошло ещё одно глубокое землетрясение вблизи Мейзера в бассейне Юинта в Юте. Это событие достигло магнитуды 4,1 и произошло примерно на глубине 68 километров. Его источник находился более чем на 20 километров ниже границы Мохоровичича, которая отмечает границу между земной корой и подстилающей мантией. В отдельном исследовании, опубликованном в The Seismic Record, исследователи описали мейзерское землетрясение как «архетипическое континентальное мантийное событие».
В отличие от большинства землетрясений, эти глубокие события происходят в среде, характеризующейся экстремальной жарой и давлением. На таких глубинах ожидается, что горные породы будут медленно деформироваться, а не внезапно разрушаться. «Это пример землетрясения, которое зарождается в очень необычных условиях: высокая температура, высокое давление, и почти весь материал на этой глубине будет течь, — сказал Копер, который руководит сейсмическими станциями Университета Юты. — Он больше похож на ириску. На больших временных масштабах, в масштабах миллионов лет, он течёт. Тем не менее, вы всё ещё можете видеть в породах, которые поднялись обратно на поверхность, как они были растянуты».
Чтобы определить, где начинаются землетрясения, сейсмологи изучают время пробега различных сейсмических волн, регистрируемых приборами на поверхности. Небольшие различия во времени прибытия помогают исследователям определить источник землетрясения. Сейсмические станции Университета Юты сохранили десятилетия сейсмических записей, создав ценный архив для современного анализа. «Это своего рода загадка с точки зрения фундаментальной физики, — сказал Копер. — Как, чёрт возьми, они могут происходить?»
Исследователи обнаружили несколько характеристик, которые отличают эти глубокие землетрясения от более знакомых сейсмических событий. Они происходят в одиночку, без форшоков и афтершоков, обычно связанных с мелкими землетрясениями. Они также сосредоточены вблизи западного края Вайомингского кратона и происходят в регионах, где температуры часто превышают 700 градусов Цельсия.
Вайомингский кратон — это древний, стабильный блок литосферы Земли, простирающийся под частями Вайоминга и соседних штатов. Копер сравнивает кратоны с айсбергами. Вместо того чтобы плавать в океане, они простираются вниз в мантию Земли, как киль корабля. Недавно подтверждённые глубокие землетрясения происходят в этой переходной зоне. «В масштабе миллионов лет мантия ударяется о кратон и затем обтекает его, — сказал Копер. — Именно это взаимодействие, когда поток мантии отклоняется вокруг этого твёрдого кратонического корня, вызывает повышенную скорость деформации и создаёт дополнительные напряжения. Мы думаем, что именно это взаимодействие между килем айсберга и средой вокруг него приводит к этим землетрясениям».
Вопрос остаётся открытым. Если горные породы на глубине 70–90 километров должны течь, как ириска, а не ломаться, — то как там вообще возникают землетрясения? И если учёные ошибались в оценке возможности таких событий, то какие ещё сейсмические «невозможности» скрываются в недрах континентов, которые мы просто не умели обнаруживать? И что будет, если однажды такое землетрясение произойдёт не с магнитудой 3,8, а с магнитудой 7?
