Как Великое землетрясение на Аляске потрясло науку

НАУКА |24 АПРЕЛЯ 2024 Г., 8:00

Шестьдесят лет назад крупнейшее землетрясение в истории США потрясло геологов. Он до сих пор способствует научным открытиям

В результате землетрясения 27 марта 1964 года Четвертая авеню Анкориджа и несколько автомобилей на ней упали примерно на 20 футов ниже нормы.

27 марта 1964 года на Аляске произошло крупнейшее землетрясение в истории США. Магнитудой 9,2 это было второе по силе землетрясение, когда-либо зарегистрированное на Земле. В Анкоридже улицы разделились пополам, и целый район скатился в море. Вдоль побережья Аляски мощное цунами разрушило порты и смыло целые деревни. Катастрофа нанесла ущерб в размере 3 миллиардов долларов (с поправкой на инфляцию) и навсегда изменила население и ландшафт Аляски, которая получила статус штата всего пять лет назад. Бизнес ушел. Целые общины были вынуждены переселиться и восстановиться.

Но, возможно, самое значительное и продолжительное воздействие Великое землетрясение на Аляске оказало на науку. Это произошло в ключевой момент в истории науки, как раз вовремя, чтобы изменить наше понимание землетрясений, цунами и природы самой земли под нашими ногами. Даже сегодня ученые, изучающие последствия землетрясения, делают неожиданные открытия в удивительно разных областях. Взгляд назад на землетрясение, произошедшее через 60 лет после того, как оно произошло, показывает, насколько оно изменило наше понимание геологии и геофизики.

Землетрясение вывело тектонику плит в мейнстрим

Сразу после катастрофы Геологическая служба США направила полевых геологов на Аляску для расследования причин землетрясения. В течение недель и месяцев эти ученые тщательно измеряли воздействие на ландшафт и обнаружили, что обширные пространства Аляски испытали массивные подъемы и опускания, постоянно поднимаясь или опускаясь, когда земля дрожала и прогибалась. Участок береговой линии, который они измерили возле Кадьяка, поднялся примерно на 30 футов. Примерно в 185 милях к северо-востоку, недалеко от Анкориджа, земля опустилась примерно на десять футов. Эти детальные измерения предоставили первые реальные доказательства существования тектоники плит — теории, которая затем бурно обсуждалась. Эта теория утверждает, что земная кора состоит из плит, плавающих в горячей мантии, и там, где эти плиты сходятся, скользя друг над другом или под друг другом, происходят сильные землетрясения, которые могут деформировать и изменить ландшафт. До землетрясения 1964 года у ученых не было данных, необходимых для доказательства существования зон субдукции — областей, подобных той, что у побережья Аляски, где Тихоокеанская океаническая плита погружается под Североамериканскую континентальную плиту или скользит под нее. После землетрясения на Аляске они получили это: тщательно задокументированные, неопровержимые доказательства, видимые на десятках тысяч квадратных миль леса, побережья и деревень, о том, что земная кора сместилась таким образом, что нельзя объяснить ничем, кроме сближения плит. Еще более сильное землетрясение магнитудой 9,5 потрясло Чили четырьмя годами ранее, но его последствия не были изучены столь тщательно.

«Итак, землетрясение 1964 года и землетрясение 1960 года в Чили действительно заставили геологов задуматься», — говорит Дайан Дозер, сейсмолог на пенсии, работавшая в Техасском университете в Эль-Пасо и тщательно изучавшая землетрясение на Аляске. «То, как работала геология в тот момент, было недостаточно, чтобы объяснить то, что наблюдалось. Но эти новомодные идеи о тектонике плит объяснили кое-что из того, что они видели во время этих землетрясений».

Используя идеи тектоники плит и данные о поднятии и опускании, геологи работали в обратном направлении и правильно определили, что две плиты проскользнули на целых 60 футов вдоль зоны субдукции, вызвав землетрясение. В то же время ученые во всем мире быстро добивались других достижений в области геофизики, которые помогли им понять, как движется Земля. Исследователи создавали глобальную сеть сейсмографов, которые измеряют движение земли, чтобы контролировать испытания ядерного оружия. Эти инструменты также имели побочное преимущество: они собирали данные о землетрясениях. Исследователи также разрабатывали методы датирования одних и тех же типов горных пород, обнаруженных на разных континентах, и демонстрировали, что они разделились и переместились на большие расстояния по тектоническим плитам за миллионы лет.

«Все это сошлось воедино, и это стало очевидным, что это субдукция, это реальная вещь», - говорит Майкл Уэст, государственный сейсмолог Аляски. С 1964 года зоны субдукции были обнаружены в таких местах, как Индонезия, Япония и Чили, где позже произошли сильные землетрясения. «Я думаю, будет справедливо сказать, что землетрясение 1964 года стало важным этапом перехода теории тектоники плит к факту тектоники плит».

Раскопки в грязи выявили историю землетрясений

Пока полевые геологи картировали закономерности подъемов и опусканий на Аляске, они обнаружили кое-что еще. Прибрежные леса в районах, которые во время землетрясения внезапно опустились ниже уровня моря, теперь были затоплены морской водой и океанскими отложениями. Когда полевые ученые копнули глубоко в грязи в этих лесах, они обнаружили чередующиеся слои погребенных растений и океанских отложений. Это изменение было доказательством того, что те же районы, которые оседали в 1964 году, делали это много раз раньше во время сильных землетрясений на протяжении тысячелетий. Леса росли. Произошли землетрясения, леса затонули и покрылись океанскими отложениями. И леса снова выросли.

«Эти места переходили из подводного состояния в надводное и подводное в течение сотен и тысяч лет с каждым землетрясением», — говорит Уэст. «Я думаю об этом почти как о приливе и отливе на пляже. Вот только сам пляж движется вверх и вниз.

Пробурив глубокие керны отложений в этих призрачных лесах и используя новые методы для датирования слоев органического материала внутри, ученые смогли обнаружить землетрясения, произошедшие в прошлом тысячелетиями. Возникла область палеосейсмологии. И когда те же самые ученые повторили свои методы дальше на юг, на северо-западе Тихого океана, они обнаружили, что зона субдукции Каскадия у западного побережья США вызывала подобные сильные землетрясения в прошлом – и что региону следует ожидать своего собственного « Большого землетрясения ».

«Причина, по которой исторические данные имеют значение, заключается в том, как мы определяем статистику землетрясений в будущем», — говорит Уэст. «И даже если геологическая история вас не интересует, то, что вас действительно волнует, это: как часто нам следует ожидать такого землетрясения?»

Палеосейсмология, впервые разработанная на Аляске, составляет основу Национальных карт сейсмической опасности Геологической службы США, которые включают оценки вероятности землетрясений по всей стране. Правительства и компании полагаются на эти карты, чтобы выяснить, где безопасно строить, какие типы сооружений строить и какие должны быть страховые тарифы.

Изучение неожиданных цунами привело к подводному открытию

Цунами унесло жизни подавляющего большинства из примерно 130 жертв Великого землетрясения на Аляске. Ученые в целом поняли, что такое цунами в 1964 году: когда мощное землетрясение происходит в море, движение морского дна вытесняет морскую воду наверху, выталкивая ее вверх и в сторону суши. Обычно эти тектонические цунами возникают через десятки минут или часов после землетрясения, в зависимости от того, как далеко им придется пройти.

Но в 1964 году массивные цунами пронеслись по населенным пунктам еще до того, как земля перестала трястись. Только после десятилетий исследований и новых методов, таких как компьютерное моделирование и детальное картирование морского дна с использованием высокоточных гидролокаторов, ученые смогли объяснить, почему. Береговая линия Аляски образована ледниками, которые образуют фьорды и сбрасывают ил в море. При достаточно сильном землетрясении, как в 1964 году, скопившийся за тысячи лет ил может вырваться наружу. Возникающие в результате подводные оползни вызывают «локальные» цунами, проносящиеся по узким фьордам практически без предупреждения.

Лодки, выброшенные на сушу цунами в Кадьяке, Аляска.

По словам Уэста, картирование опасных территорий и моделирование потенциальных последствий оползневого цунами все еще являются областью продолжающихся исследований, но семена для сегодняшних исследований и моделирования цунами были заложены катастрофой на Аляске. После этого Национальное управление океанических и атмосферных исследований открыло на Аляске Национальный центр предупреждения о цунами для мониторинга опасности цунами. «Я думаю, будет справедливо сказать, что землетрясение 1964 года привело к появлению на карте оползневых цунами», — говорит он.

Спустя десятилетия после землетрясения, из-за которого распространился загадочный грибок.

Великое землетрясение на Аляске и сегодня помогает разгадывать научные загадки. В 1999 году микроскопический гриб Cryptococcus gattii , который обычно растет на гниющей древесине тропических лесов, внезапно появился в прибрежных лесах на северо-западе Тихого океана. Поскольку он может вызывать смертельные инфекции у людей, Центры по контролю и профилактике заболеваний США связались с Дэйвом Энгелталером, директором отдела патогенов и микробиома Научно-исследовательского института трансляционной геномики в Аризоне, чтобы отследить его происхождение.

Секвенируя и датируя гриб, Энгельталер обнаружил, что он попал на северо-запад Тихого океана из портового города Ресифи в Бразилии примерно столетие назад. Он проследил за отчетами о перевозках и пришел к выводу, что судно, скорее всего, добралось автостопом до Ванкувера в балластной воде грузового судна сразу после открытия Панамского канала. Гриб, который хорошо приспосабливается к жизни в морской воде, был выброшен у северо-западного побережья Тихого океана, где он жил тихо и безвредно в течение десятилетий. Но как оно попало на сушу и загрязнило всю береговую линию, по-видимому, сразу, оставалось загадкой, пока Энгельталер не понял, что в недавней истории США было только одно событие, которое могло сдвинуть так много морской воды, — цунами, вызванное Великим землетрясением на Аляске. После того, как его вывезли на берег, гриб снова приспособился к жизни на суше.

«Это то, что мы называем «событиями черного лебедя», — говорит Энгельталер, ссылаясь на эпидемиологический термин, обозначающий статистически маловероятные события с серьезными последствиями. «Никто не мог предсказать, что это мощное землетрясение приведет к тому, что люди через 40, 50, 60 лет заболеют грибком, которому даже не место в этом районе».

Для Артуро Касадевалла, микробиолога из Школы общественного здравоохранения Джонса Хопкинса, который вместе с Энгельталером исследовал случай Cryptococcus gattii , эта ситуация является хорошим напоминанием о необходимости мыслить в нескольких временных масштабах, изучать прошлые события и размышлять о том, как они могут повлиять на наше будущее. «Я большой поклонник человечества, — говорит он, — но мы склонны сосредотачиваться на краткосрочной перспективе».

На Аляске амнезия катастроф становится растущей проблемой, говорит Уэст, государственный сейсмолог. В марте, в 60-ю годовщину Великого землетрясения на Аляске, Национальное управление океанических и атмосферных исследований объявило, что планирует ликвидировать Национальную программу по снижению опасности цунами, которая предоставляет Аляске до 700 000 долларов в год на сирены цунами, просвещение общественности и исследовательскую работу по картированию наводнений. . Поколение, которое помнит землетрясение 1964 года, исчезает, отмечает он, и это может иметь последствия, поскольку такое событие может произойти снова. «Я не преувеличиваю: на юге Аляски может случиться землетрясение, которое вызовет цунами и убьет тысячу человек, выберите свой город, это вполне осуществимо завтра», — говорит он. «Итак, должно быть несколько человек, которые говорят: «Эй, не забудь об этом». Это моя работа — следить за тем, чтобы мы не забыли».