Ученые подтвердили существование редкого типа землетрясений, который долгое время считался почти невозможным. Речь идет о подземных толчках, возникающих не в земной коре, как обычно, а глубоко в верхней мантии.
Ранним утром 24 февраля 1979 года сейсмографы Университета Юты зафиксировали землетрясение под городом Рэндольф, который находится недалеко от границ штатов Айдахо и Вайоминг. Магнитуда составила 3,8. Такой толчок люди обычно могут почувствовать, однако тогда этого не произошло.
Позже исследователь Джордж Зандт внимательно изучил данные и пришел к выводу, что причина была в глубине очага. По его оценке, землетрясение произошло примерно на глубине 90 км ниже уровня моря. То есть источник находился не в земной коре, а значительно глубже — в верхней мантии.
«Большая глубина объясняет, почему люди на поверхности не ощущали этого», — отмечал Зандт. По его словам, дополнительные расчеты подтвердили такую глубину, однако убедить других специалистов в реальности настолько необычного мантийного землетрясения в этом районе тогда оказалось сложно.
Выводы Зандта были опубликованы, но почти 50 лет оставались без большого внимания. Теперь новое исследование Университета Юты подтвердило, что землетрясение 1979 года действительно произошло именно на такой глубине. Результаты работы опубликованы в журнале The Seismic Record.
Авторы новой работы также заявили, что случай в Рэндольфе стал первым задокументированным примером редкого и пока малоизученного класса подобных явлений. Позже такие события фиксировались и на севере Юты, и на юго-западе Вайоминга.
Исследование возглавил профессор Кит Копер. Его группа повторно проанализировала данные сейсмических волн по землетрясению 1979 года, а также еще по 8 предполагаемым глубинным событиям. В результате ученые подтвердили, что все 9 случаев произошли глубоко под земной корой, в верхней мантии.
Сейчас такие явления относят к категории континентальных мантийных землетрясений. Это важно потому, что на глубине, где возникают такие толчки, вещество мантии ведет себя не так, как хрупкие породы земной коры, в которых обычно происходят землетрясения.
При температуре и давлении, характерных для глубины 70-90 км, горные породы не должны просто раскалываться, как это бывает ближе к поверхности. В геологических масштабах времени они скорее текут. Копер сравнил такое поведение с ириской. «Это больше похоже на ириску. Это ириска в долгосрочном масштабе, например, в течение миллионов лет», — сказал он.
Еще одно подобное землетрясение произошло 10 сентября 2025 года рядом с Маэсером, в бассейне Уинта в штате Юта. Его магнитуда составила 4,1, а глубина очага — 68 км. Это более чем на 20 км ниже границы Мохоровичича, которая отделяет земную кору от мантии.
Чтобы определить место возникновения таких толчков, ученые анализируют время прихода разных типов сейсмических волн к наземным приборам. Даже очень небольшая разница по времени позволяет оценить глубину очага. Университет Юты хранит данные своих сейсмографических станций десятилетиями, и именно этот архив помог пересмотреть старые записи.
С таким архивом работал аспирант Шон Хатчингс. Он повторно изучил уже известные глубинные события и нашел несколько других случаев, которые раньше ошибочно относили к обычным землетрясениям в земной коре.
Выяснилось, что подтвержденные события имеют необычную особенность. В отличие от обычных землетрясений, они происходят изолированно, без форшоков и афтершоков.
Такие землетрясения сосредоточены возле западной окраины Вайомингского кратона — древнего блока литосферы, который находится под частью Вайоминга и соседних штатов. Они возникают в условиях очень высоких температур, часто выше 700 градусов Цельсия.
Чтобы объяснить причину этих событий, исследователи обратились к строению североамериканского континента. Кратоны представляют собой древние и устойчивые блоки литосферы, то есть жесткого внешнего слоя Земли, куда входят земная кора и верхняя мантия.
Копер сравнил кратон с айсбергом. По его словам, такой блок уходит глубоко вниз, как киль лодки, а более подвижное вещество мантии обтекает его. Вайомингский кратон находится на границе между тектонически активной западной частью США и более стабильной внутренней частью континента.
За очень долгий срок эта область подверглась сильной эрозии. В результате структура литосферы стала неоднородной, а к западу, в сторону Айдахо и Юты, она заметно истончилась. По мнению ученых, именно это истончение, а также контраст между жестким основанием кратона и текучей мантией вокруг него создают напряжение, которое и может вызывать такие необычные землетрясения.
«В масштабе миллионов лет мантия сталкивается с кратоном, а затем обтекает его. Именно это взаимодействие, при котором поток мантии отклоняется вокруг этого твердого кратонного корня, вызывает увеличение скорости деформации, усиление деформаций, а также создает дополнительные напряжения. Мы считаем, что именно это взаимодействие между килем айсберга и окружающей средой приводит к этим землетрясениям», — пояснил Копер.
У этой работы есть и практическое значение. Обычно оценка сейсмической опасности строится на изучении разломов у поверхности, измерении их длины и расчете возможной максимальной магнитуды. Но континентальные мантийные землетрясения этим правилам не подчиняются, потому что на поверхности нет разломов, которые можно было бы нанести на карту, и пока неясно, какой силы такие события вообще могут достигать.
«Это своего рода загадка с точки зрения фундаментальной физики. Как вообще такое может происходить? Еще одна причина, почему это так важно, заключается в том, что мы понятия не имеем, насколько сильными они могут быть», — сказал Копер.
Землетрясение в Рэндольфе в 1979 году не причинило ущерба и осталось незамеченным для жителей, находившихся над очагом. Однако вопрос о том, всегда ли такие глубинные события будут проходить без последствий, пока остается открытым.
