Группа исследователей во главе с Техасским университетом в Остине недавно обнаружила, что повседневная причуда физики может быть важным инструментом в прогнозировании самых сильных землетрясений в мире. По мнению экспертов, фрикционный феномен может быть важным ключом к пониманию того, когда и насколько сильно перемещаются разломы тектонических плит.
Хотя это открытие само по себе не может позволить ученым предсказать, когда и где произойдет следующее сильное землетрясение, (поскольку силы, стоящие за ним, очень сложны), оно, тем не менее, предложит ученым новый способ исследования причин разрушительных землетрясений и потенциальных возможностей их возникновения.
Границы между тектоническими плитами земной коры составляют систему разломов. Движение этих плит вызывает повышение давления в этих зонах разломов, а внезапный сброс этого давления вызывает землетрясения.
Но иногда это давление не снимается сразу; события медленного скольжения (SSE) происходят, когда разлом медленно смещается в течение нескольких дней, недель или даже месяцев, а не за секунды, как при типичных землетрясениях. Это означает, что они обычно не вызывают сильной тряски и обычно высвобождают сдерживаемую энергию безвредными способами.
«Мы видим этот принцип на границах тектонических плит. Когда поверхности скользят друг относительно друга, мы наблюдаем фрикционные свойства, в том числе фрикционное заживление, которое описывает степень восстановления сил разлома между землетрясениями. Однако мы мало знаем о том, как это явление может повлиять на будущие события скольжения, включая землетрясения», — говорит соавтор Шришаран Шридхаран, геофизик из Университета штата Юта.
Исследователи сдавили образцы горных пород, собранные в хорошо изученном разломе у побережья Новой Зеландии, в гидравлическом прессе и обнаружили, что богатые глиной породы очень медленно «заживают» и легко соскальзывают. Включение этих данных в компьютерную модель разлома, используемой для оценки сейсмической активности в этом районе, выявило небольшое медленное сотрясение каждые два года, что почти точно соответствует с наблюдениям новозеландского разлома в реальной жизни.
Это называется «фрикционное заживление» — способность разлома восстанавливать силы и накапливать энергию между землетрясениями. Ученые в исследовании обнаружили, что разлом, который «заживает» медленнее, с большей вероятностью безвредно высвобождает энергию в так называемых «событиях медленного скольжения». Разлом, который быстро залечивается, с большей вероятностью останется до тех пор, пока он не разрушится сразу в результате сильного разрушительного землетрясения. Явление, которое также объясняет, например, почему требуется больше усилий толкнуть тяжелый ящик с места, чем для того, чтобы удержать его в движении.
«Одна и та же физика и логика должны применяться ко всем видам разломов по всему миру», — сказал соавтор исследования Демиан Саффер, эксперт по геофизике в Техасском университете в Остине. «Имея правильные образцы и полевые наблюдения, мы теперь можем начать делать проверяемые прогнозы о том, насколько велики и как часто могут происходить крупные сейсмические подвижки на крупных разломах, таких как Зона субдукции Каскадия на северо-западе Тихого океана».
Карта мировых тектонических плит и их границ. Фото: seungyeon kim/Getty Images.
Эксперты считают, что богатые глиной породы, которые часто встречаются во многих крупных разломах, могут регулировать землетрясения, позволяя плитам бесшумно скользить друг мимо друга, ограничивая накопление напряжения.
«Это не приближает нас к фактическому предсказанию землетрясений, но позволяет нам понять, может ли разлом проскользнуть незаметно, без землетрясений, или же будут сильные землетрясения, сотрясающие землю», — объяснил Шридхаран.
Поскольку в Каскадии, например, мало свидетельств неглубоких медленных толчков, Тихоокеанская северо-западная сейсмическая сеть (PNSN) стремится разместить датчики в ключевых областях разлома, чтобы отслеживать возможность сильных землетрясений.
«Мы хотим сосредоточиться на процессах в неглубокой части разлома, потому что именно они определяют размер цунами», — сказал Гарольд Тобин, директор PNSN. «Заживление разломов не объясняет всего, но дает нам окно в работу разломов зоны субдукции, которого у нас не было раньше».
Статья об исследовании опубликована в журнале Science.
Источник: University of Texas at Austin.
