Сотрудники лаборатории сейсмологии Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Архангельск) выявили новые механизмы геодинамических процессов в Российской Арктике. Учёные доказали, что землетрясения, происходящие на северных шельфовых и платформенных территориях, связаны с геодинамикой срединно-океанических хребтов Арктической зоны.

Явление вызвано распространением тектонических напряжений, создающих дополнительную нагрузку в литосфере. В отечественной сейсмологии его принято называть «деформационными волнами», а в зарубежной – «передачей возмущений». Дополнительные напряжения могут служить спусковым крючком (триггером) сейсмичности, особенно в сегментах разломов с высокой концентрацией упругих напряжений. Участок литосферы становится сейсмически активным, затем возмущение перемещается, и сейсмичность начинает проявляться в другом районе.

Источником деформационных волн являются толчки, создаваемые в рифтовых зонах – крупных тектонических разломах в земной коре, которые характерны для срединно-океанических хребтов, где происходит процесс раздвигания литосферных плит.

Платформенные территории и континентальный шельф в западном секторе Российской Арктики долгое время считались слабо сейсмоактивными, что связано с редкой сетью сейсмостанций. Однако данные современных сейсмологических наблюдений демонстрируют обратное.

Архангельская сейсмическая сеть периодически фиксирует землетрясения магнитудой 3–4 на архипелаге Новая Земля и в различных точках севера Восточно-Европейской платформы (ВЕП). Например, в марте 2020 года подобное землетрясение произошло в Ленском районе Архангельской области, в 70 км от станции Шиес. Более того, анализ исторических источников свидетельствуют о том, что в 1627 году в акватории Белого моря произошло крупное землетрясение, силу которого специалисты оценивают от 6,5 до 8 баллов. Тем не менее, причина платформенных землетрясений была не ясна.

Учёные ФИЦКИА УрО РАН составили детальный сейсмический каталог, включающий инструментальные данные Архангельской сейсмической сети и наблюдения других станций в период с 1980 по 2019 годы. Анализ данных и созданная расчётная модель позволили оценить степень воздействия процессов, происходящих в срединно-океаническом хребте, на шельфовые зоны в Северном Ледовитом океане и северную окраину Восточно-Европейской платформы.

Сейсмологи также учитывали явление постледниковой изостатической компенсации (когда земная кора постепенно восстанавливает свою структуру после нагрузки), концентрацию напряжений в районах разрывных нарушений и ряд других факторов, способных влиять на сейсмичность ВЕП. Однако триггером сейсмичности, по мнению архангельских учёных, являются процессы, происходящие в срединно-океаническом хребте и проявляющиеся там также в высвобождении сейсмической энергии.

– Мы предполагаем, что на сейсмичность платформенных и шельфовых территорий помимо таких факторов, как сброс частичных напряжений вследствие региональной геодинамики, постледниковая разгрузка, индуцированная сейсмичность и ряда других, может влиять и совместная деятельность арктических рифтовых структур, – отмечает завлабораторией сейсмологии ФИЦКИА УрО РАН Галина Антоновская.

Анализируя данные, сейсмологи выделили временные интервалы, за которые возмущения, создаваемые силами отталкивания в районах срединно-океанического хребта, могут достигать Новой Земли и северной окраины Восточно-Европейской платформы.

Так, до архипелага Новая Земля возмущения, идущие от хребта Гаккеля, распространяются за 3 года; от сегмента «хребет Книповича–трог Лены» – за 4 года; от хребта Мона – за 8 лет.

Северной окраины Восточно-Европейской платформы возмущения достигают: от хребта Гаккеля за 5 лет; от сегмента «хребет Книповича–трог Лены» – за 4 года; от хребта Мона – за 7-8 лет.

Результаты моделирования также позволили учёным ФИЦКИА УрО РАН оценить амплитуду затухания возмущений, распространяющихся от арктических хребтов. К примеру, максимальное возмущение на расстояниях около 1500 км (район архипелага Новая Земля) составляет 15% от приложенного значения возмущения; 10 % – на расстояниях 2000-2500 км.

Сейсмологи также рассмотрели вероятность наложения воздействий от разных арктических хребтов. Практически это означает, что максимальное суммарное значение возмущений, синхронно распространяющихся от трёх хребтов на расстоянии около 1500 км, может достигать 45%. Это существенная нагрузка, оказываемая на внутриплитную сейсмичность.

Учёные отмечают, что данные оценки хоть и являются оценочными и будут подкреплены дополнительными исследованиями, но могут быть учтены при будущих исследованиях внутриплитной сейсмичности Европейской Арктики.

Научная статья опубликована в журнале Seismological Research Letters

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 1. Сейсмичность Баренцево-Карского региона, северной окраины ВЕП и северной части Уральского складчатого пояса за 1980-2019 годы (а). Схема переноса возмущений от срединно-океанических хребтов (b). Изолиниями показаны мощность осадочного чехла в соответствии с (Pubellier et al., 2018); треугольники – сейсмические станции в соответствии с (ISC, 2021b).

Рисунок 2. Современная сейсмичность на карте основных структурно-тектонических элементов Баренцевоморского региона (с использованием данных (Ступакова, 2011; Arctic Petroleum Geology, 2011; Атлас природных и техногенных опасностей…, 2011), информация по разрывным нарушениям в соответствии с (Хаин и Леонов, 1996, Spencer et al., 2011, Pubellier et al., 2018). Обозначения: SA – желоб Святой Анны, HO – Хипопен–Ольгинский желоб, FV – желоб Франц-Виктории, O – трог Орли. 1 – депрессии: а – Центрально-Баренцевская; b – Северо-Баренцевская; 2 – платформенные массивы: а – Свальбардская антеклиза, b – Печорская плита, c – Северо-Сибирский порог; 3 – краевые прогибы: а – прогиб Седова; b – Коротаихинская впадина; c – Косью-Роговская впадина; 4 – склоны сверхглубоких депрессий: а – Восточно-Баренцевская зона ступеней; b – Южно-Баренцевская зона ступеней; c – Кольская моноклиналь; d – Восточно-Новоземельская моноклиналь; e – Восточно-Новоземельская зона ступеней; f – Северо-Сибирская зона ступеней; 5 – Байкальская складчатость: а – Тиманский кряж; b – Пайхойский кряж; 6 – Северо-Карская синеклиза; 7 – Скандинавская складчатость каледонского возраста; 8 – Лунинская седловина; 9 – Новоземельская складчатость раннекиммерийского возраста; 10 – сверхглубокие впадины: SB – Южно-Баренцевская; NB – Северо-Баренцевская; SK – Южно-Карская; 11 – границы пришельфовых и неклассифицированных разрывных нарушений; 12 – крупнейшие разломы, сдвиги и надвиги; 13 – активный спрединговый центр; 14 – надпорядковые структуры; 15 – разломы и рифтовые системы; (16) – различные типы разломов в соответствии с (Хаин и Леонов, 1996).

Рисунок 3. Распределение выделившейся сейсмической энергии по годам (сглаженное за пятилетний интервал) для: 1 – СОХ, 2 – хребет Мона, 3 – район архипелага Новая Земля, 4 – северная окраина ВЕП совместно с Уральским складчатым поясом. Пунктирные линии – визуальное сходство (возможную корреляцию) в передаче возмущений между тектоническими структурами.

Рисунок 4. Распределение выделившейся сейсмической энергии по годам (сглаженное за пятилетний интервал) для: 1 – хребта Гаккеля, 2 – района хребет Книповича–трог Лены, 3 – район архипелага Новая Земля, 4 – северная окраина ВЕП совместно с Уральским складчатым поясом. Пунктирные линии – визуальное сходство (возможная корреляция) в передаче возмущений между тектоническими структурами.