Динамика землетрясений, подпитываемая сейстическим CO2

Скрытый газ в землетрясениях

Большинство из нас представляет землетрясения как скольжение горных пород глубоко под землей. Это исследование добавляет к этой картине неожиданного участника: обычный углекислый газ. Авторы показывают, что во время мощных землетрясений в горных районах с известняками трение может кратковременно превратить твердую породу в источник высокодавленного CO₂. Этот газ, в свою очередь, облегчает скольжение по разлому, что потенциально делает толчки сильнее и более разрушительными.

Где происходят толчки

Исследование сосредоточено на нормальных разломах, пронизывающих карбонатные породы в Апеннинских горах Италии — районе, где за последние десятилетия случались несколько разрушительных землетрясений, в том числе события 2009 года в Л’Аквиле и 2016 года в Аматриче–Норча. Эти разломы прорезают толстые слои известняка и родственных пород, богатых кальцитом. На поверхности сегодня учёные могут пройти вдоль тех самых плоскостей, которые соскальзывали при прошлых землетрясениях, и изучить, как эти древние разрывы коры были изменены нагревом и флюидами.

Улики, записанные в разрушенной породе

Комбинируя полевые наблюдения с мощными микроскопами, рентгеновской дифракцией и измерениями стабильных изотопов, команда выявила ультратонкие слои — всего 2–10 микрометров толщиной — непосредственно под основными поверхностями скольжения. Эти слои содержат корродированные карбонатные зерна с округлыми порами и следами, соответствующими текстурам, возникающим в лабораторных экспериментах имитирующих землетрясение на высокой скорости. Поверхности скольжения также показывают немного меньшее содержание кальцита, чем порода чуть ниже, а их изотопные сигнатуры углерода и кислорода смещаются так, как ожидается при выделении горячей породы CO₂ и последующем частичном «заживлении», когда новая цементация кальцита заполняет полости. В совокупности эти свидетельства указывают на повторяющуюся, быструю декарбонизацию породы именно в тех местах, где скольжение наиболее интенсивно.

Сколько газа и какое давление

Используя эти микроскопические наблюдения как ограничения, авторы создали стехиометрическую и термодинамическую модель, чтобы оценить, сколько CO₂ могут сгенерировать большие апеннинские землетрясения. Даже при сознательно консервативных допущениях — принимая самые тонкие наблюдаемые реакционные слои и наименьшие измеренные потери кальцита — они обнаружили, что событие магнитуды 5,9–6,5 может произвести примерно 6–12 метрических тонн CO₂ вдоль скользящей секции разлома. Затем они рассчитали возникающее давление для двух крайних ситуаций. Если газ кратковременно заперт в почти герметичной зоне разлома (условие «без стока»), давления могут приблизиться к тем, которые создаёт окружающая порода на глубине в несколько километров, порядка сотен мегапаскалей. Если открываются пути и разлом допускает движение флюидов (условия «со стоком»), давления падают, но остаются значительно выше обычных уровней грунтовых вод, находясь в гидростатическом или сверхгидростатическом диапазоне.

Почему важно давление газа

Такие высокие поровые давления снижают эффективную силу сжатия, удерживающую разлом закрытым. Другими словами, CO₂, образующийся при быстром нагреве, действует как временная смазка: он ослабляет разлом, способствует продолжению скольжения и может даже позволить разрыву распространяться по разлому на необычно высоких скоростях. Авторы предполагают, что последовательности землетрясений в карбонатных районах могут в значительной степени формироваться этими короткоживущими импульсами CO₂. По мере того как событие угасает и давление падает, внешние флюиды могут втягиваться обратно в горячую, повреждённую зону, осаждая свежий кальцит, который сохраняет микроскопическую запись землетрясения.

Что это значит для людей

Исследование приходит к выводу, что во время землетрясений в областях, богатых известняком, сейстический CO₂ — это не просто безвредный побочный продукт, а активный участник механики разломов. Транзитное надувание газом может поддерживать быстрое скольжение по разлому и усиливать толчки, одновременно превращая разломы во временные резервуары CO₂, связывающие глубокий углерод с поверхностью. Осознание этого скрытого газового цикла улучшает физическое понимание того, почему некоторые землетрясения становятся большими и разрушительными, и указывает на необходимость учёта ослабления, управляемого флюидами, в будущих моделях опасности землетрясений.

Цитирование: Curzi, M., Billi, A., Aldega, L. et al. Earthquake dynamics sustained by seismic CO₂. Nat Commun 17, 2766 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69174-w

Ключевые слова: землетрясения, углекислый газ, зоны разлома, карбонатные породы, сейсмическая опасность