С помощью данных о древних землетрясениях можно узнать много нового о гибели цивилизаций из-за геокатастроф, среди которых важнейшими являются сейсмические события. Кроме того, для достоверной оценки сейсмической опасности территорий ученым нужны данные о землетрясениях за десятки тысяч лет. Этим занимается наука палеосейсмология. Она подразделяется на три главных направления: палеосейсмологию, историческую сейсмологию и археосейсмологию. Археосейсмология позволяет найти следы древних землетрясений в тех местах, где сохранилось большое количество древних зданий и артефактов.
Во время землетрясений здания подвергаются сложным сейсмическим воздействиям, которые зачастую оказываются неоднородными. Из-за особенностей постройки и качества материалов при сильном сейсмическом событии может разрушиться новый небоскреб, в то время как древнее здание, построенное из кирпича-сырца, уцелеет, как это случилось во время Мексиканского землетрясения 1985 года. С помощью высокоточных, телеметрических, цифровых, широкополосных сейсмических приборов специалисты могут определить особенности колебаний во время современных землетрясений. Для изучения древних землетрясений ученые используют руины зданий, в которых можно выявить систематические наклоны, выдвижения и обрушения стен определенной ориентировки, специфические деформации углов зданий и сквозные трещины, пробивающие несколько строительных блоков подряд, развороты фрагментов строительных конструкций и многое другое. Эти особенности повреждений являются кинематическими индикаторами деформаций, позволяющие параметризовать древние сейсмические события.
Благодаря археосейсмологическому методу можно ответить на 4 главных вопроса сейсмологии: было ли землетрясение, какой силы, где оно произошло и когда. Результаты исследования передаются инженерным сейсмологам, которые с помощью современных компьютерных программ и алгоритмов производят оценку сейсмической опасности. Затем совместными усилиями ученые-сейсмологи и палеосейсмологи строят карты сейсмического районирования, которые потом используют строители. Итогом компьютерного моделирования являются вероятностные карты сейсмической опасности, востребованные строительными компаниями, возводящими важнейшие объекты инфраструктуры (атомные станции, газопроводы, мосты).
Сотрудники Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук принимали участие в разработке археосейсмологической методологии, которая предполагает использование кинематических индикаторов. С помощью этого метода можно построить «идеальную модель» древнего здания, которое получило определенные повреждения и разрушения вследствие сейсмического события. Деформации постройки могут показать направление на эпицентральную зону землетрясения, его силу, а также (с помощью археологов или методов определения радиологического возраста) время катастрофы. Подобная методика успешно используется сотрудниками ИФЗ РАН уже более 50 лет в археосейсмологических исследованиях на Ближнем Востоке, в Германии, на Алтае, Кавказе, в Средней Азии и Крыму.
В течение нескольких лет сотрудники ИФЗ РАН (к.г.-м.н. А.Н. Овсюченко, д.г.-м.н. А.М. Корженков, к.г.-м.н. А.С. Ларьков) и д.и.н. Д.А. Моисеев проводили палеосейсмологические работы в районе мыса Фиолент. Эта территория представляет особый интерес для ученых, изучающих древние землетрясения, поскольку на протяжении последних тысячелетий Крымский полуостров подвергался воздействию сильных землетрясений с интенсивностью 9 баллов, которые происходили здесь раз в несколько сот лет.
Склон мыса Фиолент сложен вулканическими и осадочными породами, которые находятся в активном тектоническом контакте. Основные разломы, которые генерируют землетрясения, расположены к югу от мыса Фиолент, в морской акватории. Это так называемые разломы Северо-Черноморской сейсмогенерирующей зоны. Сейсмогенерирующая зона – это не одна линия разлома, а глубинный шов, от которого ответвляются оперяющие разрывы, часть из которых выходит на поверхность как раз в районе мыса Фиолент. Из известных землетрясений, произошедших на данной территории и даже описанных в «12 стульях» Ильфа и Петрова, были два сильных Ялтинских землетрясения 1927 года с магнитудой 6 и интенсивностью 8-9 баллов.
На склоне мыса Фиолент сохранилось большое количество древних, прежде всего религиозных памятников. Эти постройки очень сильно деформированы, они активно исследуются археологами, которые определяют их возраст по остаткам керамики и древним монетам. Сотрудники ИФЗ РАН проводят исследования на территории археологических памятников, исследуют проявления землетрясений в рельефе или рыхлых отложениях.
С мысом Фиолент связаны необычные события. В исторических хрониках сохранилось описание сильного шторма, во время которого корабль терпел крушение. Моряки уже отчаялись добраться до берега, как вдруг на берегу появился свет, в котором моряки увидели очертание воина на коне. Буря стихла, корабль благополучно пристал к берегу, некоторые моряки остались жить на этой местности, основав монастырь в честь св. Георгия Победоносца, который действует до сих пор.
По всей видимости, моряки наблюдали явление, известное сейсмологам. При большинстве сильных землетрясений (до, после или во время сейсмического события) возникают свечения в эпицентральных областях, наблюдаемые тысячами человек. Такие свечения заметили во время Ялтинских землетрясений 1927 года. Ученые предполагают, что источником этих свечений является пьезоэлектрический эффект – два борта разлома, готовящиеся к подвижке. Между зернами кварца и полевого шпата на обоих крыльях разлома возникают напряжения, приводящие к деформации и свечению. Вероятно, моряки из исторической хроники наблюдали как раз такое явление во время шторма.
Исследования сейсмической опасности сотрудниками ИФЗ РАН проходят не только в районе мыса Фиолент, но и по всему Крымскому полуострову. Данные, полученные с помощью методов археосейсмологии, лягут в основу новой оценки сейсмической опасности региона, в котором идет активное строительство объектов инфраструктуры.
Современные ученые довольно уверенно могут доказать, что землетрясение было, локализовать его эпицентральную зону, определить силу (высвобожденную сейсмическую энергию – магнитуду). Главный вопрос для них – время землетрясения. Почему оно так важно? Краткосрочный и среднесрочный прогнозы выполнить проблематично, а долгосрочный – повторяемость сильных землетрясений вдоль конкретной разломной зоны – представляется наиболее достижимым и используется при современной оценке сейсмической опасности. На картах сейсмической опасности показываются сами сейсмогенерирующие зоны, сила землетрясения (интенсивность) и повторяемость в сотнях или тысячах лет. Методы археосейсмологии позволяют вычислить эти временные интервалы. Строительство новых объектов инфраструктуры ведется с учетом данных, полученных специалистами-сейсмологами, что позволяет минимизировать риски для населения во время сейсмических событий.
Информация и фото предоставлены департаментом по связям с общественностью ИФЗ РАН
Автор фото: А.М. Корженков / ИФЗ РАН
