Výskumníci z Brown University zistili, že geometria zlomu, vrátane dislokácií a zložitých štruktúr v zlomových zónach, hrá rozhodujúcu úlohu pri určovaní pravdepodobnosti a sily zemetrasenia. Toto zistenie, založené na štúdiách zlomových línií v Kalifornii, spochybňuje tradičné názory, ktoré sa zameriavajú predovšetkým na trenie.

Bližším pohľadom na geometrické zloženie hornín, z ktorých zemetrasenia pochádzajú, pridávajú výskumníci z Brown University novú vrásku k dlhotrvajúcemu presvedčeniu o tom, čo zemetrasenia v prvom rade spôsobuje.

Dynamika zemetrasenia bola prehodnotená

Výskum opísaný v nedávno publikovanom článku v časopise prírodyOdhaľuje, že spôsob, akým sú siete porúch zarovnané, zohráva kľúčovú úlohu pri určovaní toho, kde sa zemetrasenie vyskytuje a aké silné je. Tieto zistenia spochybňujú tradičnú myšlienku, že je to typ trenia, ktorý sa vyskytuje na týchto zlomoch, ktorý primárne riadi, či k zemetraseniu dôjde alebo nie, a mohol by zlepšiť súčasné chápanie toho, ako zemetrasenia fungujú.

„Náš článok vykresľuje veľmi odlišný obraz toho, prečo dochádza k zemetraseniam,“ povedal Victor Tsai, geofyzik z Brown University a jeden z hlavných autorov článku. „To má veľmi dôležité dôsledky na to, kde možno očakávať výskyt zemetrasení v porovnaní s tým, kde sa zemetrasenia očakávať nedajú, a tiež na predpovedanie, kde budú zemetrasenia najškodlivejšie.“

Tradičné názory na mechaniku zemetrasenia

Zlomové čiary sú viditeľné hranice na povrchu planéty, kde sa pevné dosky, ktoré tvoria zemskú litosféru, navzájom zrážajú. Po celé desaťročia geofyzici interpretovali zemetrasenia tak, že nastanú, keď sa na zlomoch nahromadí stres do bodu, keď sa zlomy rýchlo kĺžu alebo zlomia jedna cez druhú, čím sa uvoľní zadržiavaný stres v akcii známej ako sklzové správanie, hovorí Tsai.

Výskumníci predpokladali, že rýchly sklz a intenzívne pohyby zeme, ktoré nasledujú, sú výsledkom nestabilného trenia, ktoré sa môže vyskytnúť pri poruchách. Naproti tomu ide o to, že keď je trenie stabilné, dosky sa po sebe pomaly posúvajú bez toho, aby došlo k zemetraseniu. Tento rovnomerný a plynulý pohyb je známy aj ako plazenie.

Nové pohľady na správanie zlomovej línie

„Ľudia sa snažia zmerať tieto trecie vlastnosti, napríklad či má zlomová zóna nestabilné trenie alebo stabilné trenie, a potom sa na základe laboratórnych meraní snažia predpovedať, či tam budete mať zemetrasenie alebo nie,“ povedal Cai. Povedal. „Naše zistenia naznačujú, že môže byť dôležitejšie pozrieť sa na geometriu porúch v týchto poruchových sieťach, pretože to môže byť zložitá geometria štruktúr okolo týchto hraníc, ktorá vytvára toto nestabilné verzus stabilné správanie.“

Geometria, ktorú je potrebné zvážiť, zahŕňa zložitosti v podkladových horninových štruktúrach, ako sú ohyby, medzery a schody. Štúdia je založená na matematickom modelovaní a štúdiu zlomových zón v Kalifornii s použitím údajov z databázy kvartérnych zlomov americkej geologickej služby az Kalifornskej geologickej služby.

Podrobné príklady a predchádzajúci výskum

Výskumný tím, ktorého súčasťou je aj postgraduálny študent Brown University Jaesuk Lee a geofyzik Greg Hirth, poskytuje podrobnejší príklad na ilustráciu toho, ako dochádza k zemetraseniam. Hovorí sa, že predstaviť si defekty, ktoré sa navzájom zrážajú, ako majú zúbkované zuby ako ostrie píly.

Keď je zubov menej alebo tupých zubov, kamene po sebe kĺžu hladšie, čo umožňuje plazenie. Ale keď sú horninové štruktúry v týchto zlomoch zložitejšie a drsnejšie, tieto štruktúry sa zlepia a zlepia. Keď k tomu dôjde, zvýšia tlak a nakoniec, keď silnejšie ťahajú a tlačia, zlomia sa, roztrhnú sa a spôsobia zemetrasenia.

Účinky geometrickej zložitosti

Nová štúdia je založená na predchádzajúce zamestnanie Zvážte, prečo niektoré zemetrasenia generujú väčší pohyb zeme v porovnaní s inými zemetraseniami v rôznych častiach sveta a niekedy dokonca aj s rovnakou silou. Štúdia ukázala, že kolízia blokov v zlomovej zóne počas zemetrasenia významne prispieva k vytváraniu vysokofrekvenčných vibrácií a vyvolala myšlienku, že možno aj podpovrchová geometrická zložitosť hrá úlohu v tom, kde a prečo dochádza k zemetraseniam.

Nerovnováha a intenzita zemetrasenia

Analýzou údajov z porúch v Kalifornii – medzi ktoré patrí aj známy zlom San Andreas – výskumníci zistili, že zlomové zóny, ktoré mali pod sebou zložitú geometriu, čo znamená, že štruktúry tam neboli paralelné, sa ukázali ako silnejšie pohyby zeme ako pohyby, ktoré boli menej geometrické. komplexné. Chybové zóny. To tiež znamená, že niektoré z týchto oblastí budú mať silnejšie zemetrasenia, iné budú mať slabšie zemetrasenia a niektoré nebudú mať žiadne zemetrasenia.

Výskumníci to určili na základe priemernej nerovnováhy chýb, ktoré analyzovali. Tento pomer nesúosovosti meria, ako blízko sú chyby v danej oblasti a všetky idú rovnakým smerom oproti tomu, ako idú rôznymi smermi. Analýza odhalila, že zlomové zóny, kde sú zlomy šikmejšie, spôsobujú epizódy sklzu vo forme zemetrasení. Zlomové zóny, kde bola geometria zlomu viac zarovnaná, uľahčili hladké dotvarovanie zlomu bez zemetrasení.

„Pochopenie toho, ako sa chyby správajú ako systém, je nevyhnutné na pochopenie toho, prečo a ako dochádza k zemetraseniam,“ povedal Lee, postgraduálny študent, ktorý viedol prácu. „Náš výskum naznačuje, že zložitosť architektúry chybovej siete je kľúčovým faktorom a vytvára zmysluplné spojenia medzi súbormi nezávislých pozorovaní a integruje ich do nového rámca.“

Budúce smery výskumu zemetrasení

Vedci tvrdia, že na úplné overenie modelu je potrebné vykonať viac práce, ale táto predbežná práca naznačuje, že myšlienka je sľubná, najmä preto, že nesprávne zarovnanie alebo nesprávne zarovnanie sa dá ľahšie merať ako vlastnosti nesprávneho zarovnania. Ak je táto práca platná, jedného dňa by mohla byť začlenená do modelov predpovede zemetrasení.

To je v súčasnosti ešte ďaleko, pretože výskumníci začínajú určovať, ako na štúdii stavať.

„Najzrejmejšou vecou, ​​ktorá príde potom, je pokúsiť sa ísť za Kaliforniu a zistiť, ako tento model obstojí,“ povedal Tsai. „Je to potenciálne nový spôsob, ako pochopiť, ako sa vyskytujú zemetrasenia.“

Referencia: „Geometria chybovej siete ovplyvňuje trecie správanie zemetrasení“ od Jaesuka Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee a Daniel T. Trugman, 5. júna 2024, prírody.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Výskum podporila Národná vedecká nadácia. V tíme boli okrem Li, Tsaia a Hirtha aj Avighyan Chatterjee a Daniel T. Trugman z University of Nevada, Reno.