Как лед разрывает землю. Ученые анализируют криосейсмические явления
Криосейсмические явления (или криосейсмизм) наиболее распространены в экстремальных зимних условиях, когда влажная, бесснежная земля быстро замерзает. Особенно часто о таких явлениях сообщалось в северной Финляндии: они были зарегистрированы в 2016, 2019 и 2022 годах. Но учащаются эти явления не только в Финлянлии.
Дороги и территории, расчищенные зимой от снега, особенно уязвимы. «Раньше считалось, что дороги являются основными источниками криосейсмических явлений. В нашем исследовании мы показали, что большую роль в возникновении криосейсмизма играют водно-болотные угодья и дренажные каналы. Мы обнаружили, что зимой 2022–2023 годов основными источники криосейсмических явлений в Оулу, Финляндия были болота и территории с высоким уровнем грунтовых вод», — говорит соавтор работы Елена Козловская, профессор кафедры прикладной геофизики Горного факультета Университета Оулу.
Криосейсмизм
Когда вода в земле, скопившаяся во время обильных осенних дождей или таяния снега в теплую зимнюю погоду, замерзает и быстро расширяется, возникают трещины. Это сопровождается толчками и характерным громким шумом. Криосейсмы, возникающие в населенных пунктах, ощущаются людьми. Движение грунта во время криосеймов сравнимы с движениями с отдаленными землетрясениями или вибрациями, производимые грузовыми поездами. Криосеймы хорошо известны в регионах вечной мерзлоты.
Новое исследование Университета Оулу (Финляндия) и Геологической службы Финляндии (GTK) посвящено сейсмическим событиям в болотах и водно-болотных угодьях. Исследователи показали, что трещины в самых верхних слоях мерзлого грунта могут образоваться, если толщина мерзлого слоя превышает 5 см. Разрывы могут распространяться гораздо глубже и повреждать инфраструктуру — здания, подвалы, трубопроводы и дороги.
Криосейсмические явления становятся все более распространенными. Хотя их интенсивность обычно невелика, серия относительно сильных криосейсмов в Оулу в 2016 году разрушила дороги. «Это стало отправной точкой для наших исследований. Криосейсмы затрагивают северные регионы по всему миру, но они мало изучены с помощью сейсмических приборов», — говорит соавтор работы Кари Мойсио. Обычно зимой снежный покров защищает землю от холода. Но сегодня все чаще снег тает, и земля глубоко промерзает.
Лед разрывает землю
Зимой 2022–2023 годов исследователи установили две сети сейсмических станций на севере Финляндии, одну в Оулу, а другую в Соданкюля, специально для регистрации криосейсмических явлений. Сети записывали сейсмические сигналы и данные о температуре почвы. В течение нескольких дней, когда температура воздуха быстро падала, местные жители сообщали исследователям о толчках и резком грохоте. Эти наблюдения были использованы для идентификации криосейсмических явлений по сейсмическим данным. Ученые показали, что возникают криосейсмы при понижении температуры ниже -20°С со скоростью около одного градуса в час.
Рядом с сейсмическими станциями Оулу и жилым районом, где были обнаружены основные источники криосейсмов, расположено множество водно-болотных угодий. В Соданкюля кроисейсмы были вызваны еще и растрескиванием льда на реке Китинен.
Во время криосейсмов поверхностные сейсмические волны вызывают резкие смещения грунта на расстояниях до сотен метров. «Трещины быстро распространяются по дренажным каналам вблизи дорог и по заболоченным территориям», — говорит Козловская.
Дальнейшие исследования помогут выявить районы, подверженные риску криосейсмических явлений, что поможет защитить застройку от этой природной опасности. Исследователи из Университета Оулу работают над системой, которая могла бы прогнозировать криосейсмические явления на основе анализа почвы и спутниковых данных.