Нові відкриття кидають виклик традиційним уявленням про причини землетрусів

Уважно вивчивши геометричну структуру гірських порід, у яких виникають землетруси, дослідники з Університету Брауна додають нову складку в давнє переконання про те, що взагалі викликає сейсмічні землетруси. Робота, описана в журналі Nature, показує, що спосіб розташування мереж розломів відіграє вирішальну роль у визначенні місця землетрусу та його сили.

Висновки кидають виклик більш традиційному уявленню про те, що землетруси відбуваються чи ні, головним чином залежить від тертя, яке відбувається в цих розломах, і вони можуть покращити поточне розуміння того, як діють землетруси.

«Наша стаття малює зовсім іншу картину того, чому відбуваються землетруси», — сказав геофізик Браун Віктор Цай, один із провідних авторів статті. «І це має дуже важливе значення для того, де очікувати землетрусів і де не очікувати землетрусів, а також для прогнозування того, де будуть найбільш руйнівні землетруси».

Лінії розломів — це видимі межі на поверхні планети, де тверді плити, що утворюють літосферу Землі, стикаються одна з одною. Цай каже, що десятиліттями геофізики пояснювали, що землетруси відбуваються, коли напруга в розломах накопичується до точки, коли розломи швидко ковзають або розриваються один повз одного, вивільняючи накопичений тиск у дії, відомому як поведінка стрибка-ковзання.

Дослідники припустили, що швидке ковзання та інтенсивні рухи ґрунту, які слідують за цим, є результатом нестабільного тертя, яке може виникнути в розломах. Навпаки, вважається, що коли тертя стабільне, пластини повільно ковзають одна об одну без землетрусу. Цей рівномірний і плавний рух також відомий як повзучість.

«Люди намагаються виміряти ці властивості тертя, наприклад, чи є в зоні розлому нестабільне тертя чи стабільне тертя, а потім, ґрунтуючись на лабораторних вимірюваннях цього, вони намагаються передбачити, чи буде у вас там землетрус, чи ні», — Цай. сказав.

«Наші висновки свідчать про те, що, можливо, було б доцільніше подивитися на геометрію розломів у цих мережах розломів, тому що це може бути складна геометрія структур навколо цих кордонів, яка створює цю нестабільну проти стабільної поведінки».

Геометрія, яку слід враховувати, включає складності в підстилаючих скельних структурах, таких як вигини, проміжки та східці. Дослідження базується на математичному моделюванні та вивченні зон розломів у Каліфорнії з використанням даних із Бази даних четвертинних розломів Геологічної служби США та Геологічної служби Каліфорнії.

Дослідницька група, до якої також входять аспірант Брауна Джесок Лі та геофізик Брауна Грег Хірт, пропонують більш детальний приклад, щоб проілюструвати, як відбуваються землетруси. Кажуть, уявляти недоліки, які стикаються одна з одною, як зубчасті зубці, подібні до леза пилки.

Коли зубів менше або зуби не такі гострі, каміння ковзає одне повз одного плавніше, дозволяючи повзати. Але коли структури порід у цих розломах більш складні та зубчасті, ці структури зачіпаються одна за одну та застрягають. Коли це відбувається, вони створюють тиск і, зрештою, коли тягнуть і штовхають все сильніше й сильніше, вони ламаються, відриваючись один від одного, що призводить до землетрусів.

Нове дослідження спирається на попередню роботу з вивчення того, чому деякі землетруси викликають більші рухи ґрунту порівняно з іншими землетрусами в різних частинах світу, іноді навіть землетруси подібної величини.

Дослідження показало, що блоки, які стикаються всередині зони розлому під час землетрусу, значною мірою сприяють виникненню високочастотних коливань і породили думку про те, що, можливо, геометрична складність під поверхнею також відіграє роль у тому, де і чому відбуваються землетруси.

Аналізуючи дані про розломи в Каліфорнії, включаючи добре відомий розлом Сан-Андреас, дослідники виявили, що зони розломів, які мають складну геометрію під собою, тобто структури там не були вирівняні, виявилися сильнішими, ніж зони з меншою геометричною складністю. зони розломів. Це також означає, що в деяких із цих зон будуть сильніші землетруси, в інших – слабкіші, а в деяких не буде землетрусів.

Дослідники визначили це на основі середньої розбіжності проаналізованих несправностей. Цей коефіцієнт неузгодженості вимірює, наскільки близько розломи в певній області вирівняні й усі йдуть в одному напрямку, а не в багатьох різних напрямках.

Аналіз показав, що зони розломів, де розломи більш зміщені, викликають епізоди ковзання у вигляді землетрусів. Зони розломів, де геометрія розломів була більш вирівняною, сприяли плавному повзучому розлому без землетрусів.

«Розуміння того, як розломи поводяться як система, має важливе значення, щоб зрозуміти, чому і як відбуваються землетруси», — сказав Лі, аспірант, який керував роботою. «Наше дослідження показує, що складність геометрії мережі розломів є ключовим фактором і встановлює значущі зв’язки між наборами незалежних спостережень та об’єднує їх у нову структуру».

Дослідники кажуть, що для повної перевірки моделі потрібно зробити більше, але ця початкова робота свідчить про багатообіцяючу ідею, особливо тому, що вирівнювання або розбіжність розломів легше виміряти, ніж властивості тертя розломів. Якщо ця робота достовірна, одного разу її можна буде включити в моделі прогнозування землетрусів.

Наразі це ще далеко, оскільки дослідники починають окреслювати, як продовжити дослідження.

«Найбільш очевидна річ, яка буде наступною, — спроба вийти за межі Каліфорнії та побачити, як ця модель тримається», — сказав Цай. «Це потенційно новий спосіб зрозуміти, як відбуваються землетруси».