Влияние фрикционных неоднородностей на интерфейсе плит на динамику сейсмического цикла в зонах субдукции

Почему одни сильные толчки останавливаются, а другие продолжают распространяться

Вдоль глубоких океанских желобов иногда огромные землетрясения прорываются на сотни километров разлома, а в других случаях разрывы затухают или смещение происходит тихо, без сильных толчков. В этом исследовании ставится простой, но важный вопрос: когда шероховатости на погружающейся плите помогают остановить разрушительные землетрясения, а когда они не справляются с этой задачей. Комбинируя лабораторные эксперименты на столе, компьютерные модели и данные по реальным разломам на Аляске и в Гималаях, авторы выявляют удивительно простое правило размера, которое помогает решить, выступают ли такие объекты в роли надёжных заграждений или лишь как небольшие замедлители для мегаосколочных событий.

Скрытая шероховатость под морем

Там, где океаническая плита погружается под континент, её поверхность далека от гладкой. Субмаринные горы, хребты и другие бугры втягиваются в зону субдукции, создавая участки, где плиты либо блокируются и накапливают деформацию, либо ползут относительно друг друга более плавно. Запертые участки подвержены внезапным разрушительным землетрясениям, тогда как ползучие участки могут выступать в роли барьеров, замедляющих или останавливающих разрывы. Исследования морского дна и исторические землетрясения показывают, что в некоторых местах грубые структуры действительно останавливают большие события, но в других аналогичные особенности соседствуют с мощными разрывами. Эта загадка указывает на то, что важны не только наличие, но и размер и расположение таких фрикционных участков для того, как развивается сейсмический цикл.

Сейсмические циклы в лаборатории на столе

Чтобы упростить задачу до базовых элементов, исследователи собрали эксперимент «пружина‑блок», имитирующий участок разлома, скользящий по смешанной поверхности. Гладкая, мелкозернистая наждачная бумага представляет собой сильные, запертые зоны, которые разрушаются в виде внезапных «прилипов‑соскальзываний», похожих на обычные землетрясения. Более крупнозернистая наждачная бумага ведёт себя слабее, скользит более равномерно и служит моделью ползучих барьеров. Когда один круглый барьер мал, система даёт повторяющиеся резкие срывы с чёткими сейсмическими сигналами. По мере увеличения барьера срывы становятся меньшими и более нерегулярными, пока при критической площади примерно от 8 до 11 процентов контактной поверхности внезапные события не исчезают и движение не переходит в медленное или асейсмическое. Команда также расположила множество маленьких барьеров в линиях и кластерах. Они обнаружили, что барьеры, выровненные перпендикулярно направлению скольжения, всё ещё допускают смесь быстрых и медленных срывов, тогда как барьеры, ориентированные параллельно скольжению, способствуют преимущественно тихому, асейсмическому движению.

Простое отношение длин, которое имеет значение

Из этих лабораторных результатов авторы вывели одну ключевую меру: отношение продольной длины ползучего барьера к общей длине сегмента разлома, в котором он расположен. Если это отношение остаётся ниже примерно одной трети, соседние запертые области могут разрушаться совместно, позволяя разрывам перепрыгивать через барьер. Когда же оно достигает около 0,4 или выше, быстрые прилипово‑соскальзывающие события больше не пересекают барьер, и в его пределах доминирует медленное или асейсмическое смещение.

От Шумагин‑гэпа до Гималаев

Затем исследователи применили ту же схему к двум очень разным тектоническим условиям. В субдукционной зоне Аляска–Алеуты относительно тихий участок, известный как Шумагин‑гэп, отделяет соседние сегменты, которые когда‑то породили крупные землетрясения. Геодезические данные указывают, что этот разрыв в основном ползёт, а не блокируется. В модели, масштабированной исследователями, ползучая секция Шумагин занимает около 0,38 от комбинированной длины сегмента, как раз в пределах критического диапазона, где барьер должен надёжно блокировать крупные проходящие разрывы. Напротив, хребты под фронтом Гималаев, давно подозреваемые в делении больших землетрясений на отдельные сегменты, занимают гораздо меньшую долю дуги. Моделирование показывает, что при реалистичных условиях нагружения разрывы часто могут пересекать эти структуры, что подразумевает: некоторые исторические гималайские землетрясения могли быть крупнее и продолжительнее, чем позволяет судить разреженная поверхностная запись.

Что это значит для будущих опасностей

Исследование показывает, что то, будут ли грубые участки на интерфейсе субдукции надёжно останавливать землетрясения, зависит не только от их наличия, но и от их продольного размера вдоль разлома и от их ориентации относительно движения плиты. Возникает простое безразмерное отношение длины барьера к длине разлома в качестве полезного ориентира: когда это отношение мало, соседние запертые зоны могут объединяться в много‑сегментные землетрясения; когда оно приближается к двум пятым, ползучие участки способны действовать как устойчивые барьеры, удерживающие разрывы в пределах сегмента. Несмотря на то, что реальные зоны субдукции добавляют дополнительные сложности — флюиды, отложения и сложные трёхмерные формы — это исследование показывает, что правило первого порядка геометрии может помочь определить, где самые большие землетрясения с наибольшей вероятностью остановятся, а где они могут распространиться через сегменты.

Цитирование: Ray, S., Ghosh, A., Kundu, B. et al. Effects of plate interface frictional heterogeneities on earthquake cycle dynamics in subduction zones. Sci Rep 16, 15396 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43399-7

Ключевые слова: зона субдукции, мегаосколочное землетрясение, трение разлома, сейсмический барьер, сейсмический цикл