Тайны Иссык-Куля: как древние разломы земной коры помогают ученым прогнозировать периодичность землетрясений

Берега озера Иссык-Куль, расположенного в Северном Тянь-Шане, сложены различными геологическими структурами – в этом особенность данной территории. Северное побережье – наклонная равнина, не нарушенная предгорьями, там построено большое количество пансионатов, развито сельское хозяйство. Почему мы там работаем? Похожие по своей структуре горы есть и у нас – это Алтай, Саяны. Удобство работы на Тянь-Шане заключается в том, что там нет обширной таежной растительности, все геологические структуры прекрасно выражены. Тянь-Шань – открытая природная лаборатория, мы ездим туда, чтобы понять, как формировались эти структуры. Потом переносим полученные знания на Алтай и Саяны, где работать гораздо тяжелее из-за обилия лесов.

На северное побережье Иссык-Куля наша группа отправилась в сентябре 2021 года – в это время проводить исследования наиболее комфортно. Основная часть отдыхающих покинула курортную зону, погода не такая жаркая, как летом. В экспедиции было несколько человек из числа сотрудников лаборатории палеосеймологии и палеогеодинамики ИФЗ РАН, позже к нам присоединились киргизские коллеги.

Почва в том регионе представляет собой каменистый грунт, что усложнило нашу работу. Этот грунт очень тяжелый: копать его вручную сложно и долго, геологам гораздо проще работать, например, с глинистым грунтом. Мы выкопали траншею перпендикулярно через разлом с помощью экскаватора и обнаружили в ней следы землетрясений – разрывы, смещенные слои(иначе говоря, смещение участка земли по разлому). Для изучения следов древних землетрясений в горных выработках мы используем палеосеймологический метод «тренчинга». Этот метод включает в себя изучение истории и динамики изменения рельефа с целью обнаружения доисторических сейсмических активностей, вскрытия их траншеями, определения их возраста и прогнозирования будущих изменений на этой территории.

После такой находки мы документируем выкопанную траншею, отбираем пробы на определение возраста землетрясения и устанавливаем его с помощью радиоуглеродного и археологического методов.

Возраст древних землетрясений варьируется в зависимости от региона. Древними мы считаем землетрясения, произошедшие до интенсивного развития науки. Для региона Тянь-Шаня – это землетрясения старше 150 лет.

Киргизия вошла в состав Российской империи в середине XIX века, с этого момента начинается документация землетрясений на данной территории. Беловодское (1885 г.) и Кеминское (1911 г.) землетрясения, к примеру, хорошо описаны исследователями, они не считаются древними.

Все верно, эти сейсмические события обладали разрушительной силой. Американский сейсмолог Чарльз Рихтер назвал Кеминское землетрясение величайшей катастрофой земного шара в ХХ веке. В результате этого события более 200 км горных массивов были вздернуты по линии разлома вверх на высоту 12 метров, за несколько мгновений на ровном участке земли образовался сейсмоуступ (образно, ступень) высотой с четырехэтажный дом. Магнитуда Кеминского землетрясения (М=8,2), максимальная сила в эпицентре (I0 > 10-11 баллов), очаг землетрясения был огромного размера. Можете представить, насколько разрушительными были последствия этой сейсмической активности.

Когда мы говорим про сильные землетрясения, мы имеем в виду, что их магнитуда (М) от 7 и выше, интенсивность (I0) составляет 8-12 баллов. Сразу поясню определения: магнитуда – безразмерная величина высвобожденной сейсмической энергии. Землетрясения происходят на разных глубинах, и чем меньше глубина очага землетрясения, тем сильнее его последствия. Интенсивность (сила землетрясения по его проявлениям на поверхности Земли) измеряется в баллах. Например, когда мы говорим про землетрясение в 8 баллов, это значит, что происходит серьезная деформация земной поверхности, разрушаются здания.

Во время экспедиции мы нашли интересную геологическую структуру – рамповый грабен (локальное понижение территории, которое накрывается надвигающимися со всех сторон уступами, образно говоря, ступенями). Мы обратили внимание, что этот ромбовидный грабен был обрублен сейсмическими разломами. При раскопке траншеи мы обнаружили три древних землетрясения: одно на юге грабена, второе и третье на севере. Сопоставив возраст землетрясений, пришли к выводу, что они произошли в нашу эру – в конце XVIII – нач. XIX вв. Точный возраст нам предстоит выяснить.

Благодаря полученным данным в ходе предыдущих экспедиций и информации о найденных древних землетрясениях на северном побережье Иссык-Куля, мы сделали вывод, что высвобождение сейсмической энергии на территории Северного Тянь-Шаня происходит в виде кластеров (периодов). 1000-1500 лет назад произошло от 3-5 сильных землетрясений, потом на протяжении пары тысяч лет было затишье, через 1000-1500 лет снова ожидается сейсмическая активность.

На основании полученных данных о древних землетрясениях мы можем составить долгосрочный прогноз будущих землетрясений. Строителей объектов инфраструктуры интересует, где именно будут происходить землетрясения, а также их сила. Мы не можем сказать, когда точно произойдет землетрясение, так как заглянуть вглубь земной коры не представляется возможным. Зато мы можем предоставить информацию о повторяемости землетрясений. Эта информация полезна и для жителей региона, проживающих в прибрежной зоне. Во время сильных землетрясений эта зона может уйти под воду, поэтому информация о периодичности сейсмической активности для них актуальна. Поскольку последнее сильное землетрясение произошло на Северном Тянь-Шане в 1911 году, мы полагаем, что в течение следующих 100-200 лет на территории исследованного нами грабена разрушительных землетрясений, скорее всего, не будет.

Полноценный каталог древних землетрясений на территории Иссык-Куля пока не создан, но наша лаборатория активно работает над его составлением.

Материал подготовлен Институтом физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН