Недавние GPS-измерения показывают, что напряжение в регионе рифта Рилфут является сжимающим — разлом с обеих сторон сдавливается. Они также показывают, что за последние двадцать лет перемещения пород в регионе неуклонно уменьшаются; это побудило одну группу исследователей высказать предположение, что накопленная деформация уменьшается, а риск землетрясений снижается. Однако большинство специалистов не разделяет эту точку зрения. Геологическая служба США придерживается своего прогноза — в течение следующих 50 лет с вероятностью 7–10 % здесь состоится сильное землетрясение. К тому же данные геологической летописи показывают, что в прошлом здесь неоднократно происходили сильные землетрясения после длительных периодов затишья.
Откуда мы знаем об этих более ранних землетрясениях? Сейсмическая зона Нью-Мадрида расположена в широкой пойме реки Миссисипи, и весь этот регион покрыт накопившимися за тысячелетия глиной, песком и илом, которые откладывались во время наводнений. Если такой материал встряхивать (как это было во время землетрясений 1811–1812), он разжижается — превращается в основном в суспензию небольшой прочности. Это регулярно происходит, когда землетрясения случаются в районах с рыхлыми, илистыми, богатыми водой отложениями: результатом такого разжижения было обрушение кранов, доков и других портовых сооружений в Порт-о-Пренсе на Гаити при землетрясении магнитудой 7 в январе 2010 года. Во время землетрясений в Нью-Мадриде разжижение привело к «песчаным выбросам» — небольшим вулканоподобным извержениям, когда в воздух выбрасывалась взвесь песка и грязи. Один свидетель утверждал, что видел грязь, песок, воду и уголь, подброшенные на «тридцать ярдов в высоту»[41]. Отложения, образованные такими песчаными выбросами (иногда метровой толщины и до тридцати метров в диаметре), можно найти и сегодня, и когда геологи начали их датировать и наносить на карту, они обнаружили, что некоторые из них гораздо старше землетрясений 1811–1812. Определение возраста отложений, порожденных такими выбросами (практически все они лежат в области над рифтом Рилфут), показывает, что за последние четыре тысячи лет в этом регионе случилось минимум четыре крупных землетрясения.
Несмотря на огромное количество работ, посвященных механизмам землетрясений и событиям в таких местах как сейсмическая зона Нью-Мадрида, зона вдоль разлома Сан-Андреас и сейсмические зоны в Японии, Китае и Индии, прогнозирование землетрясений остается трудной задачей. На сегодняшний день всего один прогноз оказался успешным — в том смысле, что он появился незадолго до серьезного землетрясения и позволил местным властям подготовиться. Однако, хотя в этом случае и имелись явные предвестники бедствия, возможно, отчасти роль сыграла и простая удача.
Этот прогноз был сделан в 1975 году в Китае для окрестностей города Хайчэн на востоке страны. В то время в Хайчэне проживало около миллиона человек, и власти обеспокоились тем, что в течение нескольких месяцев увеличивалось число мелких землетрясений. Поступали сообщения о поднятии грунта и об изменениях уровня грунтовых вод. Затем частота мелких землетрясений резко возросла и власти приняли решение об эвакуации города. Это был смелый шаг, потому что повышение сейсмичности предшествует лишь небольшой доле крупных землетрясений, однако он оправдался: на следующий день землетрясение магнитудой 7,3 практически полностью разрушило город. Времени было мало, и не всем удалось спастись — погибло около тысячи человек. Однако без эвакуации потери были бы гораздо больше.
Возможно, точный прогноз землетрясения в Хайчэне был счастливым случаем, но он иллюстрирует важность подготовки для сведения к минимуму человеческих бедствий. Даже если катастрофу нельзя предсказать точно, очень важно просто знать о высокой вероятности беды — основываясь, возможно, на геологических данных о прошлых землетрясениях, GPS-измерениях перемещений суши, количестве слабых толчков или множестве других факторов. В таких местах как Япония и Калифорния, власти, осознавая угрозу, ввели строгие строительные нормы и правила для повышения сейсмобезопасности и регулярно проводят учения, чтобы население и аварийные службы знали, что делать при ударе стихии (большинство школьников в Калифорнии точно знают, что делать в случае подземных толчков, даже если их родителям это неизвестно). Такие меры значительно сокращают число погибших и пострадавших, а также уменьшают ущерб для зданий и инфраструктуры. Когда строгих строительных норм нет, а подготовка людей ведется бессистемно — удручающе обычная картина для многих сейсмически опасных регионов планеты — то даже умеренные и умеренно сильные землетрясения могут нанести большой вред[42]. В апреле 2009 года землетрясение магнитудой 6,3 около итальянского города Акуила унесло жизни примерно трехсот человек, десятки тысяч людей остались без крова. Один итальянский чиновник позже прокомментировал, что землетрясение аналогичной силы в Калифорнии, вероятно, не привело бы к гибели людей, а ущерб оказался бы минимальным.
Пусть пока нереально делать точные долгосрочные прогнозы о землетрясениях, но с помощью современных технологий можно давать краткосрочные предупреждения, которые помогут смягчить последствия стихии. Благодаря сетям сейсмометров, подключенным к высокоскоростным компьютерам, можно обнаружить и проанализировать первые сейсмические волны, определить эпицентр землетрясения, провести оценку ожидаемой силы толчков в близлежащих городах — и всё это за несколько секунд. Сообщения можно мгновенно передавать в системы метрополитена, на электростанции, в школы, больницы, аварийные службы, рекомендуя им перейти к заранее определенным процедурам. Можно даже отправить предупреждение на все мобильные телефоны, находящиеся в зоне опасности. Волны двигаются с разной скоростью, которая зависит от местных горных пород, но, как правило, составляет примерно несколько километров в секунду. Поэтому предупреждение может опередить волны всего на несколько секунд, однако этого достаточно, чтобы школьники забрались под столы или остановились поезда метро. Система срочных предупреждений уже действует в Японии: в случае сильного землетрясения она отправляет сообщения во все школы страны. Аналогичную систему тестируют в Калифорнии, где в зависимости от местоположения эпицентра время предупреждения может оказаться довольно значительным. Например, в случае сильного землетрясения в южной части разлома Сан-Андреас — что прогнозируется с умеренно высокой вероятностью — Лос-Анджелес получил бы уведомление за целую минуту до прихода волн, а этого времени хватит для принятия многих заранее оговоренных мер.
Сильные землетрясения — суровые реалии жизни, я бы даже сказал — суровые реалии тектоники плит. Когда они происходят, они напоминают нам об огромной силе перемещения литосферных плит на поверхности планеты. Укротить мать-природу не получится, однако геонауки дают нам возможность предвидеть ее ходы, и такие знания вкупе с тщательным планированием могут свести к минимуму ущерб от периодических вспышек ее гнева.
Глава 7Горы, жизнь и большой холод
Хотя чтение летописи прошлых землетрясений остается сложной задачей, породы содержат массу свидетельств о других геологических процессах, причем даже весьма давних, как мы видели в предыдущих главах. Здесь я продолжу путешествие по истории Земли, начатое в главе 4, и мы посмотрим, что говорят нам горные породы о протерозойском эоне — отрезке времени в два миллиарда лет, заключенном между архейским и фанерозойским эонами. Хотя протерозой включает тот период времени, который некоторые ученые называют «скучным миллиардом» (в течение этого времени с земной поверхностью ничего особенного не происходило), этот эон также стал свидетелем судьбоносных изменений.
Цель этой главы — не столько дать всесторонний обзор того, что происходило в протерозое, сколько сосредоточить внимание на нескольких основных моментах. Породы протерозойского возраста встречаются гораздо чаще, чем архейские, и химическую и биологическую информацию, в них содержащуюся, обычно расшифровать проще. По этой причине мы более уверены в реконструкции событий на этой стадии жизни Земли. Один из наиболее важных аспектов исследований протерозоя состоит в том, что они дают представление о поведении Земли как системы в условиях, кардинально отличающихся от современных. Это не только обеспечивает нас фундаментальной информацией об истории нашей планеты, но и улучшает наше умение отвечать на вопросы «А что, если…?», тем самым помогая пролить свет на будущее.
Термин протерозой образован от древнегреческих слов πρóτερος («протерос»), что означает «первый, старший», и ζωη («зоо»), что означает «жизнь». На заре геологии ученые помещали начало кембрийского периода (то есть конец протерозоя) там, где в осадочных породах внезапно появляются многочисленные окаменелости. Хотя протерозойские породы казались безжизненными, ученые поняли, что у окаменевших организмов кембрия должны существовать примитивные предшественники — отсюда и название протерозой для таких более старых пород. Не существует четкого биологического сигнала, отмечающего начало эона; нет также каких-нибудь последовательностей слоев осадочных пород, где вы могли бы уверенно показать рукой на границу, отделяющую протерозой от архея (как это можно сделать в большинстве случаев для более молодых подразделений геологической шкалы). Поэтому граница проведена несколько произвольно. В большинстве случае отнесение той или иной формации к архею или протерозою приходится проводить на основе геологического датирования.
Если дать ученому полминуты на то, чтобы перечислить основные события протерозоя, большинство назовет что-нибудь из следующего: образование крупных стабильных континентов[43]; эволюция эукариотов и многоклеточных животных; накапливание кислорода в атмосфере; сильное оледенение во время событий, которые названы термином «Земля-снежок». В списке могут оказаться и другие пункты, но эти четыре — основные события и процессы, характеризующие этот эон. Всё это активно изучали в течение последних нескольких десятилетий. Удивительный и неожиданный результат такой работы — между этими, казалось бы, разными явлениями, возможно, существуют тесные связи.