В зоне тектонических разломов Каскадия, породившей некоторые из самых сильных землетрясений в Северной Америке, тишина оглушает. Каскадия, расположенная в северо-западной части Тихого океана, где плита океанической коры встречает североамериканскую тектоническую плиту, известна прежде всего сильнейшим землетрясением магнитудой 9 баллов, которое произошло в 1700 году и из-за которого Японию накрыло цунами. Однако последнее время она оставалась зловеще тихой, и там практически не было тех незначительных ежедневных землетрясений, которые характерны для других зон субдукции. Напряжение, нарастающее в породах, по всей видимости, никак не высвобождается. «Все тихо. Слишком тихо», — сказал Крис Голдфингер (Chris Goldfinger), морской геолог из Орегонского государственного университета.
Тем не менее, в мае тишину в этом регионе нарушило прибытие исследовательского судна Marcus G. Langseth, которое в ходе своей двухмесячной экспедиции самостоятельно генерирует мини-землетрясения. Ученые на борту этого корабля, который принадлежит Колумбийскому университету и миссия которого финансируется Государственным научным фондом США, используют пневмопушку, чтобы отправлять волны к океанической коре. Длинная цепочка гидрофонов, которая тянется за кораблем, улавливает звуки, отражающиеся от внутренних участков Каскадии, протяженность которой составляет 1300 километров. Другие датчики, разбросанные по дну и по прибрежным сельскохозяйственным землям и лесам, улавливают отраженную активность более глубоких частей этого сброса, уклон которого направлен на восток и который пролегает у самого берега.
Полученные в результате видеоданные и другие изображения и снимки Каскадии — гораздо более четкое, чем все то, что было получено прежде, — могут рассказать о том, является ли эта тишина затишьем перед бурей, а значит — причиной для беспокойства. «Мы ждали этого момента много лет», — сказал Келин Ван (Kelin Wang), геофизик из Геологического управления Канады.
Ученые долгое время считали, что молчание Каскадии является признаком того, что этот сброс полностью заблокирован и что край североамериканской тектонической плиты плотно осел на океанической плите Хуана де Фука, которая ежегодно опускается примерно на 4 сантиметра вниз. Поскольку континентальная плита прогибается и в ней нарастает напряжение, вполне возможно, Каскадия приближается к новому мегаземлетрясению, сравнимому в тем, которое произошло в 1700 году. Тогда тектоническая зона раскололась по всей своей длине, от канадского Ванкувера до Портленда, штат Орегон. Если это землетрясение повторится, побережье может накрыть волна высотой до 30 метров, которая размоет землю под городами и унесет тысячи жизней.
Сильные землетрясения случаются в Каскадии примерно каждые 500 лет, поэтому проектные и строительные нормы на северо-западе Тихого океана основаны на наиболее пессимистичных сценариях развития событий. Однако, не имея современного примера землетрясения, сравнимого с тем, которое произошло в 1700 году, никто точно не знает, сможет ли следующее землетрясение в Каскадии снова сломать всю плиту целиком, как сказала Лидия Стайш (Lydia Staisch), геолог из Геологической службы США. «Это действительно увеличивает масштабы загадки».
Движения, которые последние несколько лет улавливают GPS-станции, внушают некоторый оптимизм, поскольку они свидетельствуют о том, что часть сброса в районе Орегона медленно сдвигается, высвобождая часть напряжения в земной коре без землетрясений. Палео-сейсмологи также нашли доказательства того, что многие сильные землетрясения последних 10 тысяч лет не сумели разломить всю плиту. Отдельные участки плиты вдоль этого сброса могут расколоться на сегменты, взяв на себя функцию «ворот», которые могут предотвратить раскол всей плиты. Размытые изображения, полученные в ходе прошлых экспедиций, указывают на потенциальные «ворота»: разрушенные подводные горы на океанской плите или разломы в континентальном шельфе. Если точно определить очертания этих структур, это позволит подтвердить идею сегментации Каскадии — то есть обосновать более низкую вероятность масштабных, катастрофических землетрясений, как сказала Сюзанна Карбот (Suzanne Carbotte), морской геофизик из Колумбийского университета, возглавляющая эту экспедицию.
Собранные в ходе экспедиции изображения также позволят оценить еще один параметр будущей трещины, а именно то, насколько близко к поверхности она будет. Ученые думали, что трещины зоны субдукции не могут доходить до самого океанического дна, потому что пропитанный водой глинистый грунт верхней части океанической коры слишком слабый, чтобы там накапливалось напряжение. Однако в 2011 году подводное землетрясение Тохоку в Японии прорвалось сквозь морское дно, спровоцировав разрушительное цунами, которое в свою очередь вылилось в катастрофическую аварию на АЭС в Фукусиме. Изображения отложений в желобе Каскадии, где встречаются две плиты, могут рассказать о том, как часто такие трещины доходили до поверхности.
Эти отложения толщиной в несколько километров могут также содержать в себе подсказки касательно будущей потенциальной катастрофы. Ученые будут искать внутри этих отложений скопления газа, которые могут вырваться на волю во время землетрясения. И измеряя то, насколько быстро волны от пневмопушки проходят сквозь отложения по всему району, ученые смогут усовершенствовать системы раннего оповещения, которые предсказывают, насколько быстро волны от землетрясений придут в ту или иную точку и насколько разрушительными они будут, как объяснил Гарольд Тобин (Harold Tobin), директор организации Pacific Northwest Seismic Network, который весной этого года помог расширить систему оповещения ShakeAlert в северо-западной части Тихого океана.
Кроме того, ученые могут прийти к фундаментальным выводам о том, как ведут себя зоны субдукции. Примерно 15 лет назад сейсмометры в Каскадии начали фиксировать легкую дрожь — не сильнее, чем гул от проезжающего поезда, — которая длилась несколько недель. Выяснилось, что этот шум исходил из глубины разлома, где порода настолько сильно нагревается, что плиты начинают медленно скользить.
Некоторые ученые считают, что этот гул, который датчики фиксировали примерно раз в год, является следствием «медленного скольжения», то есть землетрясения в замедленном темпе. Подобные явления предшествовали Тохоку, а также землетрясению в Чили магнитудой 8,2 балла в 2014 году, то есть подобные «медленные скольжения» могут усиливать нагрузку на заблокированные участки плиты и провоцировать сильные землетрясения. Но другие ученые связывают эту дрожь с шумом от воды, поднимающейся у края плиты. 800 сейсмоприемников, размещенных на суше, должны добавить трехмерные детали самой глубокой части сброса и помочь решить этот спор, как сказала Эмили Хуфт (Emilie Hooft), морской геофизик из Орегонского университета. Это удастся сделать, если ученые сумеют собрать сейсмоприемники с хранящимися в них данными с площади в 130 тысяч квадратных километров. «Теперь наша проблема заключается в том, чтобы их найти».
Это не единственное препятствие, с которым столкнулась эта научная кампания, как сказала Карбот в своем интервью журналу Science. Когда необходимо начать стрелять из пневмопушки, небольшие лодки спускаются на воду, чтобы отогнать китов и дельфинов в попытке защитить их от звуковой волны, которая может повредить им слух. А в самом начале экспедиции рыболовные снасти намотались на 15-километровый кабель гидрофона. Затем, по словам Карбот, «мы практически его потеряли», когда он оборвался во время шторма. Ученым удалось быстро найти хвостовой буй, однако они потеряли несколько дней, восстанавливая работу гидрофона.
Ожидается, что в июле в Каскадии снова настанет затишье. Ученым потребуется несколько лет, чтобы проанализировать данные, которые они получат в ходе этой экспедиции. Но как только они это сделают — если им повезет, — некоторые из полученных изображений, возможно, объяснят, почему эта зона субдукции остается такой тихой по сравнению с другими. «Над Каскадией нависает большой вопросительный знак, — сказал Голдфингер. — Ученые до сих пор очень осторожны в своих гипотезах касательно нее».