Невелике поселення в Каліфорнії понад сто років страждало від підземних поштовхів приблизно кожні 22 роки, що створило передумови для значного сейсмологічного досліду в 1980-х і 90-х роках. Проте, поштовх в кінцевому підсумку відбувся з відставанням на 11 років. У цьому фрагменті з книги “Коли здригаються світи” геофізик Хрвоє Ткалчич аналізує, чому так скрутно передбачати поштовхи.
Розлом Сан-Андреас є найбільшим і найвідомішим у Каліфорнії. (Зображення: GaryKavanagh/Getty Images) Підпишіться на нашу розсилку
Передбачення землетрусів до того, як вони відбуваються, наразі неможливе, проте вчені все ближче просуваються до цього, використовуючи новітні та оригінальні способи спостереження за рухами земної кори. У цьому епізоді з книги “Коли тремтять світи: пошуки осягнення внутрішніх структур Землі та за її межами” (Princeton University Press, 2026) автор Хрвоє Ткалчич, завідувач кафедри геофізики Австралійського національного університету, заглиблюється в причини, чому прогнозування поштовхів є таким складним, беручи до уваги “Експеримент Паркфілд”, де науковці очікували майже 20 років на підземний поштовх на розломі Сан-Андреас.
Орієнтовну відповідь на ці відгуки можна було б дати за допомогою такого навмисного питання: “Ми досі не можемо здолати ракові захворювання, але чи варто нам через це зупиняти дослідження?”
Ми звикли до обговорень про причини підземних поштовхів після кожного випадку, особливо в місцях, де відбуваються поштовхи у світі. Тривають дебати про їх періодичність, і досить часто знаходяться ті, хто запевняє, що міг би розпізнати майбутній підземний поштовх у чомусь іншому. Чи то повний місяць, з’єднання планет, надмірна кількість опадів, біль у суглобах, надмірне використання ресурсів планети чи жадібність, люди схильні вважати, що підземні поштовхи мають простіші обґрунтування, ніж фізичні процеси в надрах Землі, і, безсумнівно, що їх можливо передбачити.
Давайте перенесемось до Каліфорнії 1970-х і 80-х років, до маленького мальовничого містечка з населенням лише 18 жителів — Паркфілд — розташованого між Сан-Франциско та Лос-Анджелесом, поблизу центральної частини розлому Сан-Андреас. Ви, напевно, запитуєте, чому. Так от, це невеличке містечко відоме сейсмологічному суспільству своєю неспокійною геологічною історією. А саме, в середньому, з середини 18 століття в Паркфілді кожні 22 роки траплялися значні підземні поштовхи.
Але було дивовижно, що зафіксовані сейсмограми підземних поштовхів 1922, 1934 та 1966 років були майже ідентичними, одна хвиляста лінія сейсмограми до іншої. Крім того, поштовхи 1934 та 1966 років мали попередні поштовхи — приблизно за 17 хвилин до головного поштовху — сейсмограми яких також виглядали дуже схожими.
Ви дивуєтеся, як таке взагалі можливо. Така подібність сейсмограм можлива лише за умови, що одна й та сама поверхня розлому завжди активується та записується одним і тим самим апаратом при достатньо довгих хвилях. Звичайно, чим коротші хвилі, тим більші відмінності. Іншими словами, у вас є джерело — підземний поштовх і приймач — сейсмометр у фіксованих місцях, і хвилі, що поширюються між ними через один і той самий матеріал. Отже, у вас є ідеальна природна лабораторія та проведений у ній експеримент. Вам просто потрібно почекати достатньо довго.
Тому вчені мали під рукою гарні можливості для дослідження механізмів поштовхів, що періодично повторюються на активному, добре контрольованому розломі. З середини 1980-х років вони встановили цілий комплекс приладів поблизу Паркфілда та вздовж розлому: потужні сейсмографи, потім деформометри, які вимірюють деформацію гірських порід на глибині 650 футів (~200 метрів) вздовж розлому, магнітометри для вимірювання напруженості магнітного поля, крипметри, які вимірюють зсуви на поверхні вздовж розлому, та іншу наукову “апаратуру”. Вони з впевненістю від 90 до 95% прогнозували, що наступний підземний поштовх там станеться між 1985 і 1993 роками. Деякі з основних питань були такими:
1. Як розподіляються напруження в просторі та часі на розломі внаслідок дії тектонічних сил до та після поштовху?
2. Чи повторюються підземні поштовхи через середній інтервал часу, чи кожен поштовх унікальний, це окрема історія?
3. Як структура розломів та навколишніх порід впливає на зародження менших поштовхів та можливість виникнення більших, а також на їх розподіл у часі та просторі?
Сейсмограф фіксує дані про підземні поштовхи на горі Сент-Хеленс у штаті Вашингтон. (Зображення: Furchin/Getty Images)
Вони запитували, що деформація, яку ми вимірюємо на поверхні, може розповісти нам про розподіл напружень на розломі, і покладали надії на позитивний результат — підтвердження передбачень щодо поштовхів між 1985 і 1993 роками. Вони чекали й чекали. У ті роки я раз на тиждень працював з колегами в каліфорнійському офісі Геологічної служби США в Менло-Парку, у північно-західній частині Кремнієвої долини, де мав змогу спостерігати за деякими вченими, які брали участь в експерименті.
Зрештою, у Паркфілді відбувся підземний поштовх магнітудою 6,0 балів, але лише у 2004 році. Ми зустріли найбільш спостережуваний та найвивченіший поштовх в історії людства з величезним знаком питання над головою; він стався через 11 років після прогнозованого часу. Невтішно. Ось чому “Паркфілдський експеримент” залишив неприємний присмак розчарування. Але, як кажуть, лише ті, хто наважується зазнати невдачі, врешті-решт досягають успіху. Дослідження тривали.
Чому прогнозування поштовхів таке складне? Кожен розлом відрізняється — про деякі з них ми знаємо, але про багато ні — каталоги поштовхів не сягають достатньо далекої історії, і, врешті-решт, підземна структура повністю невидима для нас.
Ми не знаємо, як глибоко сягає розлом, чи це рівна чи вигнута площина, чи гладка чи шорстка її поверхня, чи з’єднується вона з іншими розломами і де саме, хімічний склад порід з одного та іншого боку розлому, або їхні фізичні характеристики, наприклад, міцність та пористість. Ми не знаємо точно, як деформація, яку ми спостерігаємо на поверхні Землі, може бути пов’язана з деформацією та напруженнями в глибині розлому. Ми також не знаємо багатьох інших факторів. Прогноз можливо зробити, але за своєю природою він має бути ймовірнісним і сприйматися з певною часткою скептицизму. Отже, як нам діяти далі?
Тектонічні плити безперервно рухаються, створюючи нові зони океанічного дна, формуючи гори, провокуючи підземні поштовхи та виверження вулканів по всьому світу. (Зображення: Naeblys/Getty Images)
Не все так погано. Перша позитивна новина полягає в тому, що карти сейсмічної небезпеки існують у більшості країн. Вони добре зроблені, але, зрозуміло, їх слід постійно оновлювати. Інша позитивна новина полягає в тому, що, покладаючись на фундаментальні знання фізики та поширення сейсмічних хвиль у глибинах та по поверхні Землі, ми можемо передбачити, як поводитимуться земля та деякі споруди під час поштовху, і це вже є значною перевагою.
Це можливо завдяки фундаментальній науці та сейсмологічним дослідженням природи надр, подібно до того, як радіологи можуть висвітлювати внутрішню частину людського тіла. За іронією долі, поштовхи допомагають нам, оскільки вони виступають джерелом хвиль, що висвітлюють надра Землі. Завдяки розвитку інженерії, будівництва, інформатики та числових методів можливо передбачити поведінку інфраструктури під час поштовхів. У будь-якому разі, ці карти ризиків слугують вхідними даними для інженерів, будівельників та страхових фірм.
Зрештою, найбільш оптимістичне те, що сучасні дослідження за участю лабораторних моделей та штучного інтелекту проводяться по всьому світу, націлені на те, щоб одного дня ми могли передбачати поштовхи. Звичайно, не без значних інвестицій у науку та технології, які потребуватимуть постійного розвитку. Це може навіть призвести до того, що нам доведеться розміщувати тисячі чи мільйони мікросенсорів на кожному розломі в надрах Землі, а потім контролювати деформацію в режимі реального часу.
У певному сенсі, у нас буде “кришталева куля” — уявлення про динаміку та майбутню поведінку розломів. Фактично, ми вже робимо це сьогодні, але за допомогою супутників ми лише доторкнулися до поверхні Землі. InSAR, LIDAR та GPS — це лише деякі з мереж та методів, які дають нам уявлення про те, де земна кора найбільше напружена від деформацій поверхні.
Механізм накопичення напруги або тиску на розломі все ще досліджується. Найімовірніше, розжарені породи континентальної кори Землі на глибині приблизно 15 кілометрів є пластичними, і ця гірська маса “тече” з більшою швидкістю, ніж на поверхні, але без підземних поштовхів, і тому верхня частина кори згинається, і напруга вздовж поверхні розлому збільшується. Однак, як ця напруга розподіляється в просторі, поки що невідомо.
Крім того, лабораторні експерименти за високого тиску та температури дають нам уявлення про твердість гірських порід та про те, як пов’язані між собою деформація та напруження. Хімічну та фізичну структуру ґрунту досліджують за допомогою буріння навколо розлому. Досліджують давні стовбури дерев та проводять розкопки для виявлення історичних поштовхів на зразках гірських порід.
Інвестиції здійснюються у вивчення глибших надр Землі та механізму поштовхів за допомогою методів сейсмічних хвиль та томографії. Також здійснюються вкладення в математичну геофізику, а також у машинне навчання та вдосконалені методи обробки величезних обсягів цифрових даних. Також здійснюються інвестиції в системи сигналізації, засновані на виявленні P-хвиль. Навіть кілька секунд попередження перед приходом S-хвиль можуть мати вирішальне значення для порятунку людей та інфраструктури. Так само здійснюються вкладення в сучасне будівництво, стійке до поштовхів.
Але висновок такий, що, якщо ви не хочете переїхати до стабільних частин континентів, кудись у Сибір, до найпівнічніших, постійно замерзлих частин Канади чи віддалених регіонів Австралійської глибинки, які рідко вражають поштовхи, нам потрібно навчитися жити з підземними поштовхами.
Адаптовано з книги “Коли світи трясуться: пошуки розуміння внутрішніх структур Землі та за її межами”. Авторське право © 2026 належить Хрвоє Ткалчичу. Передруковано з дозволу видавництва Принстонського університету.
Коли світи трясуться: Квести, щоб зрозуміти надра Землі та за її межами: було $29.95, тепер $16.17 на Amazon
Коли світи трясуться: Квест у розуміння надр Землі та за її межами (видання для Kindle)
“Коли світовий землетрус” – це захоплива розповідь про те, як вчені з усього світу намагаються використовувати землетруси, щоб відповісти на складні питання про структуру та внутрішню динаміку нашої планети та розкрити найглибші таємниці наших найближчих сусідів у Сонячній системі.
Переглянути пропозицію
Sourse: www.livescience.com