Древний разлом и нагрев: как текучая глина усиливает цунами

На японском полуострове Босо геологи нашли след катастрофы, застывшей в камне 15 миллионов лет назад. Чёрный, отполированный природой скол древнего морского дна хранит микроскопические завихрения — след глинистой каши, которая когда-то текла, почти не сопротивляясь. Исследователи из Осакского городского университета и Университета Тохоку расшифровали этот узор и поняли, как трение при землетрясении за доли секунды превращает твёрдую породу в жидкость. Их работу 27 июня 2026 года опубликовал журнал Scientific Reports.

Процесс называют термическим разжижением. Схема жёсткая, но простая. При быстром землетрясении края разлома проскальзывают со скоростью в несколько метров в секунду. Мгновенный нагрев расширяет воду, запертую в порах породы, и резко повышает её давление. Жидкость распирает частицы изнутри, сцепление в разломе падает, и плита срывается дальше обычного. Толща воды над ней получает удар, способный родить цунами.

Словно вода, но из камня

Команда профессора Тецуро Хироно препарировала главную зону смещения в надвиге аккреционного комплекса Хота. Под микроскопом порода открылась слоёным пирогом из 20 слоёв: ровные полосы, обломочные брекчии и массивные бесструктурные участки. Но настоящий переполох вызвали слои с изогнутыми, волнистыми и оборванными ламинациями — исследователи назвали их «похожими на турбулентный поток». В них, словно размешанная ложкой глина, застыли крошечные вихревые структуры.

Авторы интерпретируют такие завихрения как результат вязкого, похожего на жидкостное, течения материала. Применив гидродинамическую модель течения Куэтта-Пуазёйля и замерив толщину структур от 69 до 233 микрометров, они получили диапазон вязкости от 1.2·10⁻⁴ до 2.3·10⁻³ Па·с. Для сравнения: вода комнатной температуры имеет вязкость около 1·10⁻³ Па·с. Порода, ещё мгновение назад бывшая твёрдой, становилась почти водой.

Причина этого перехода — тепловое давление поровой жидкости. Явных геологических признаков трения с плавлением исследователи не обнаружили: ни стеклянной крошки, ни пузырьков в зоне смещения не нашлось. Разлом ослабила не магма, а вода с растворённой глиной. Картирование химических элементов показало, что в слоях с вихрями резко подскакивают концентрации магния, железа и кальция, а калия становится заметно меньше. Это признак, совместимый с высокотемпературным взаимодействием флюида с породой, но не доказывающий его сам по себе.

Представим банку с мокрым песком. Если резко крутануть крышку, песок сначала сопротивляется, а потом проседает и начинает течь почти без усилий — вода выдавливается между частицами, и те расходятся. Разлом во время землетрясения делает то же самое, только роль банки играют тектонические плиты. Скорость скольжения там, конечно, несопоставимо выше — несколько метров в секунду, — но эффект тот же: твёрдое на миг становится текучим.

Авторы честно оговаривают зыбкие места. Расчёт вязкости опирается на критическое число Рейнольдса 1400 — эвристический ориентир, подходящий для чистой воды, но не строгое ограничение для грязевой смеси. Кроме того, нет пока полной уверенности, что каждый слой соответствует одному землетрясению: похожие слоёные структуры воспроизводили и в лабораторных экспериментах с быстрым скольжением. Высокоточный геохимический анализ микрослоёв и лабораторное моделирование ещё впереди. Но даже сейчас древний разлом дал геологам гипотезу, объясняющую, как в отдельных случаях сцепление в разломе падает настолько, что тектонический сдвиг становится значительно больше ожидаемого.

Тем не менее общая картина складывается. Глинистый разлом, насыщенный водой, при резком нагреве может резко снижать сопротивление сдвигу — и плита скользит значительно дальше. Работа предлагает направление дальнейших исследований, а не готовую методику: понадобятся лабораторное воспроизведение процесса, наблюдение слоистых структур в экспериментальных и природных разломах, а также высокоточный геохимический анализ. Если похожие структуры найдут в современных активных разломах, оценка максимального смещения станет точнее, а значит — и представление о возможном размахе цунами. О том, как устроена подготовка подобных научных проектов, можно прочитать в разделе магистерских диссертаций на нашем сайте.