Пространственно-временная эволюция корковых деформаций перед разрушительными землетрясениями с использованием GNSS

Наблюдая, как земля «дышит» перед толчком

Представьте, что мы могли бы видеть, как земная кора постепенно напрягается и расслабляется за годы до крупного землетрясения — так же, как врач следит за жизненными показателями пациента. В этом исследовании спрашивают, могут ли тонкие изменения формы поверхности — измеренные с помощью спутниковой навигации — выявлять надежные предвестники перед разрушительными событиями, такими как землетрясение 2024 года на полуострове Ното в Японии. Преобразуя многолетние данные, похожие на GPS‑измерения, в карты того, как кора растягивается и сжимается, авторы изучают, оставляют ли землетрясения узнаваемые сигнатуры в ландшафте до того, как произойдет разрыв.

Как крошечные движения выдают скрытое напряжение

Современные навигационные спутники позволяют с точностью до нескольких миллиметров определять положение наземных пунктов. Япония создала одну из самых плотных таких сетей в мире — GEONET — более чем с тысячей станций Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) по всей стране. Вместо того чтобы просто отслеживать движение каждой станции, в этом исследовании рассматривают взаимные движения групп станций. Соединяя соседние станции в треугольные сети и применяя метод, используемый инженерами для мостов и зданий, команда переводит суточные изменения позиций в «корковые деформации» — показатели того, насколько поверхность земли растягивается, сжимается или сдвигается.

Более пристальный взгляд на землетрясение Ното

Исследователи сосредоточились на трех разрушительных японских землетрясениях последнего десятилетия, с особым вниманием к событию магнитудой 7.5 на полуострове Ното, произошедшему 1 января 2024 года. В окрестностях эпицентра они построили сеть треугольников, связывающих станции GEONET, и отслеживали, как деформация менялась день ото дня примерно в течение 13 лет, предшествовавших событию. Обычные смещения земли — насколько каждая станция смещалась на восток, запад, север, юг или вверх и вниз — выглядели в основном гладкими и ничем не примечательными. Даже когда с конца 2020 года локальная сейсмическая активность усилилась, кривые смещений мало что выдали из предвестников крупного разрыва.

Предвестия в расширении и сжатии

Деформация показала совсем другую картину. Команда уделила пристальное внимание одному из видов деформации, известному как дилатация, которая описывает, насколько меняется площадь поверхности — расширяется она или сжимается. Начиная примерно с декабря 2020 года, треугольные области вблизи будущего эпицентра Ното демонстрировали медленную, устойчивую смену дилатации, длившуюся несколько лет. Одни участки постепенно расширялись, другие постепенно сжимались, формируя отчетливый пространственный узор, усиливающийся ближе к будущему разлому. При аппроксимации этих многолетних трендов прямыми исследователи обнаружили, что регионы с наибольшими изменениями дилатации соотносились с последующей зоной разрыва и в целом совпадали с итоговым рисунком деформации, наблюдавшимся при ударе. Это указывает на то, что местоположение и общие размеры надвигающегося землетрясения были закодированы в развивающемся поле деформаций.

Краткосрочные вспышки перед разрывом

Помимо медленного фонового тренда, авторы проанализировали, насколько «шумной» становилась сигнатура дилатации со временем. Они сравнивали дневные значения с недельным скользящим средним и отслеживали величины отклонений. В течение многих лет эти флуктуации вели себя относительно регулярно, с сезонной зависимостью и более живой активностью летом. Но в 2023 году, за год до главного удара в Ното, отклонения стали необычно большими вокруг двух ключевых событий: предвестника магнитудой 6.5 в мае и основного толчка магнитудой 7.5 в Новый год. За недели до обоих землетрясений разброс значений дилатации заметно превысил свой долгосрочный статистический диапазон, особенно в элементах ближе к эпицентру, намекая на краткосрочное «дребезжание» коры по мере приближения к разрушению.

Подсказки из других недавних катастроф

Чтобы проверить, было ли Ното уникальным, исследование сравнило историю деформаций Ното с двумя другими разрушительными событиями: землетрясениями Кумамото 2016 года и Восточного Ибури (Хоккайдо) 2018 года. Каждое произошло в разных тектонических условиях и на различной глубине, но все показывали многолетнее, специфичное для каждого землетрясения нарастание дилатации вблизи будущей зоны разрыва. Продолжительность и стиль постепенного увеличения, по-видимому, масштабировались с размерами землетрясения, что предполагает, что крупным событиям могут предшествовать более длительные эпизоды медленной деформации. Различия между регионами, в которых произошли крупные землетрясения, и теми, где их не было, дополнительно подкрепляют идею, что эти паттерны — не просто фоновый шум.

Что это может означать для будущих предупреждений

Для неспециалистов главный вывод в том, что земля в Японии не просто внезапно «сломалась» без предупреждения при землетрясении на полуострове Ното. Скорее, кора в этом районе, по-видимому, медленно деформировалась характерным образом на протяжении нескольких лет, а её повседневные флуктуации стали необычно беспокойными в неделях перед крупнейшими толчками. Хотя это не рецепт для точного краткосрочного прогнозирования, это указывает на то, что тщательное наблюдение за корковой деформацией — особенно за дилатацией — на широких территориях может помочь определить, где вероятность крупных землетрясений возрастает, какого они могут быть размера и, возможно, когда кора входит в более рискованное окно. Авторы утверждают, что при наличии плотных сетей GNSS и усовершенствованного анализа деформаций сейсмология может приблизиться к практическим средствам раннего предупреждения, основанным на том, как поверхность Земли тихо «дышит» перед разрывом.

Цитирование: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

Ключевые слова: предвестники землетрясений, мониторинг GNSS, деформация коры, землетрясение Ното, медленная сдвиговая деформация