Геофизики увидели приливные деформации породы с помощью сейсмических волн

8 апреля 2019
20

Геофизики придумали способ, с помощью которого можно точно измерять колебания скорости сейсмических волн, связанные с деформациями породы. В частности, ученым удалось соотнести колебания скорости с приливными силами. При этом ученые не создавали сейсмические волны искусственно и полагались на данные только одной сейсмологической станции. Как правило, геологические породы неоднородны, а потому их эластические свойства существенно зависят от величины приложенной силы. Теоретически это позволяет оценить напряженность породы с помощью сейсмических волн, скоростькоторых напрямую связана с эластическими свойствами породы. Такие оценки необходимы при разработке шахт и строительстве; кроме того, с их помощью можно наблюдать за геологическими процессами в окрестности вулканов и геологических разломов. К сожалению, установить, как скорость сейсмических волн связана с напряженностью конкретной породы, очень сложно. Конечно, такую зависимость можно получить в лаборатории, точно контролируя состав и напряженность породы, однако перенести этот результат на реальные системы, состав которых неизвестен, а сила воздействия неконтролируема, практически невозможно из-за высокой погрешности данных. Поэтому ученым приходится разрабатывать альтернативные методы, с помощью которых эластические свойства породы можно измерить непосредственно.

В основном, такие методы делятся на две группы. С одной стороны, можно устроить контролируемый взрыв и измерить параметры родившихся сейсмических волн. Этот метод позволяет получить довольно точные результаты, однако из-за высокой стоимости и сложности ученые редко к нему прибегают. С другой стороны, можно отслеживать природные события и корреляции между деформациями пород и природным шумом с помощью тысяч сейсмологических станций, расположенных по всему миру. Этот способ сравнительно дешев, однако его точность не позволяет сделать каких-либо значимых заключений. До сих пор ученым удавалось, в лучшем случае, различить периоды повышенной и пониженной напряженности пород, связанные с приливными силами (то есть притяжением Луны). Анализируя собранные данные, исследователи обнаружили, что скорость сейсмических волн периодически колеблется, причем колебания разбиваются на сумму колебаний с разной амплитудой и периодом. Период наиболее заметных колебаний (амплитудой около одного процента) примерно равен году. Ученые связывают эти колебания с сезонным нагреванием и охлаждением пород. Кроме того, на периодический сигнал иногда накладываются «всплески» от сильных землетрясений и последующих афтершоков.

При более пристальном рассмотрении ученые также обнаружили колебания, скоррелированные с теоретически рассчитанным напряжением от приливных деформаций геологических пород. Период таких колебаний составил 12 часов 25 минут и 12 часов 39 минут. Первый период в точности совпадает с периодом, в течение которого Земля поворачивается к Луне противоположной стороной (12 часов + 12 часов/27 суток). Более длинные колебания учитывают небольшое отклонение орбиты Луны от идеальной эллиптической. Кроме того, исследователи заметили еще несколько колебаний, периоды и амплитуды которых были скоррелированы с приливными силами Луны и Солнца. Впрочем, помимо «приливных» колебаний скорости ученые зафиксировали множество колебаний с периодом около ½, ⅓ и ¼ суток, которые не были связаны с приливными силами, но имели сравнимую амплитуду. Эти колебания физики связывают с деформациями пород, которые вызывают перепады температуры в течение дня.