Как геометрията на разлома диктува образуването на земетресения (видео)

Защо някои граници на разломите създават земетресения, а други не? Тайната може да е свързана с геометрията според ново проучване.

Проучването, публикувано в Nature от изследователи, ръководени от университета Браун, се отклонява предишните предстви за причината за земетресенията. То също така предлага нов модел за образуване на земетресенията, който не зависи изцяло от триенето, както обикновено се смяташе.

Изследователският екип смята, че геометрията (или формата на разломите) играе по-голяма роля, отколкото триенето. Освен това проучването може да помогне за предвиждането къде и колко силно може да бъде потенциалното земетресение въз основа на неговата форма.

"Нашата статия рисува една много различна картина за това защо се случват земетресенията", коментира геофизикът от университета Браун Виктор Цай (Victor Tsai), един от водещите автори на статията. "И това има много важни последици за това къде да очакваме земетресения срещу къде да не очакваме земетресения, както и за прогнозиране къде ще бъдат най-разрушителните земетресения", добавя изследователят.

Ако констатациите на изследването са верни, то може да бъде преломно в сеизмологията и да помогне по-добре да се подготвим и предвидим опустошителни земетресения много преди да се случат.

Какво причинява земетресенията?

Сега според преобладаващата представа земетресенията са резултат от внезапно движение по разломи. Това движение освобождава големи количества натрупана енергия от "еластичните деформации", заради което се образува сеизмични вълни в земната кора.

След това тези вълни се разпространяват, в крайна сметка причинявайки силно разклащане на земната повърхност. Обикновено се смята, че движенията по разломите са отговор на дългогодишна деформация и натрупване на напрежение.

В случай, че не знаете, разломните линии са малки или големи пукнатини, които могат, когато са достатъчно големи, да образуват видими граници на повърхността на планетата между тектоничните плочи на земната кора. На Земята тези плочи са в постоянно движение благодарение на движения дълбоко в Земята, което ги кара постоянно да се сблъскват и разделят една с друга.

Когато освобождаващото, енергия триене между плочите става, когато те се приплъзват една покрай друга успоредно на разлома, такива разломи се наричат отсед.

Това движение е много бавно, но включва невероятни количества енергия. Така че, когато нещата се объркат, резултатите могат да бъдат опустошителни.

"Разломите тип отсед имат изключително бавно движение (сантиметри на година), което освобождава натрупаното (също бавно) напрежението, докато разломите със земетресения, откриваме, че са по-назъбени, напрежението, което се натрупва бавно, се освобождава изключително бързо, за няколко секунди, по време на земетресение", обяснява Цай .

Неправилно подравняване на разлома и скорости на повърхностно пълзене по главните разломи в Калифорния. Източник: Jaeseok Lee et al 2024 г.

Нов елемент в стара идея

Досега се смяташе, че бързото приплъзване и интензивните земни движения, които следват, са резултат от нестабилно триене в разломите. Новото изследване обаче предполага, че когато триенето е постоянно, плочите могат да се движат една срещу друга бавно, без да причиняват земетресение.

"Хората се опитват да измерят тези свойства на триене, като например дали зоната на разлома има нестабилно триене или стабилно триене, и след това, въз основа на лабораторни измервания на това, те се опитват да предскажат дали ще имате земетресение там", обяснява Цай.

"Нашите открития предполагат, че може да е по-уместно да се разгледа геометрията на разломите в тези мрежи от разломи, тъй като може сложната геометрия на структурите около тези граници да създава това нестабилно поведение", добавя геофизикът.

В този смисъл геометрията е свързана с естеството на разлома под земята. Когато е сложна (понякога наричана "рояк от разломи"), зоната на разлома може да включва поредица от завои, празнини и стъпала. По-малко сложните прости разломи, по-близки до дълга права пукнатина (наречени "равнинни" или "линейни" разломи), обикновено не биха довели до образуване на земетресение.

Схематични илюстрации на обяснения на сеизмогенното поведение. Източник: Jaeseok Lee et al 2024 г.

Видът на скалите не е важен

Друг елемент на новия модел е, че той е и амбивалентен за вида скали. Това означава, че видът на скалите, в които са открити разломите, е вторичен фактор, не особено важен компонент.

"Основното откритие на нашата статия е, че базова е геометрията, а не видът на скалите", подчертава Цаи.

Според него когато геометриите са сложни "това прави разломите "по-лепкави", и обратното -  когато геометриите са прости, това прави разломите "по-малко лепкави".

"Дали разломите са подравнени (прости) или неправилно подравнени (сложни) със сигурност зависи от геоложката история по начин, в който нашето изследване не се задълбочава, но който може да е сложен", обяснява Цао.

Неотдавнашното проучване разширява предишни изследвания, които изследват защо някои земетресения предизвикват повече движение на земята от други в различни региони на света, дори когато имат подобни магнитуди. Те разкриват, че сблъсъкът на плочите в зоната на разлом по време на земетресение значително допринася за генерирането на високочестотни вибрации.

Въпреки това, новото проучване предполага, че геометричната сложност под повърхността вероятно също е важен фактор за появата и местоположението на земетресенията. За да тестват идеята си, изследователите анализират данни от разломи в Калифорния, включително добре известния разлом Сан Андреас.

Те откриват, че разломните зони със сложна геометрия отдолу, където структурите не са толкова подравнени, имат по-интензивни движения на земната кора, отколкото по-малко геометрично сложните разломни зони. Това предполага, че някои от тези зони биха имали по-силни земетресения, някои по-слаби, а някои няма да имат земетресения.

Храпов механизъм

Според Цай тази механика може да се оприличи на система с храпов механизъм - тресчотка и палец. В тази аналогия, бавното натрупване на енергия е като опит да се забие палеца между "зъбците" на тресчотката.

Когато палецът достигне върха на всеки зъб, тя бързо пада в следващия зъб, което освобождава огромно количество енергия в случая на земната кора. Тази енергия се проявява като земетресение на земната повърхност.

При по-малко сложни разломни зони механизмът е същият, но "зъбците" са по-малки или никакви. Това би довело до по-малко внезапно освобождаване на енергия и намален "риск" от създаване на земетресения.

"Нашата идея е доста интуитивна, че разломите се зацепват точно като трион с големи извити остри зъби, докато разломите с по-малки, по-гладки зъби не натрупват напрежение толкова лесно", заключава Цао.

Предстои още работа

"Разбирането на това как се държат разломите като система е от съществено значение, за да се разбере защо и как се случват земетресенията", обяснява Джаесок Лий (Jaeseok Lee), студент, който ръководи работата. "Нашето изследване показва, че сложността на геометрията на мрежата от разломи е ключовият фактор и установява значими връзки между набори от независими наблюдения и ги интегрира в нова рамка", добавя Лий.

Изследователите заявяват, че е необходимо по-нататъшно валидиране на модела, но първоначалните открития са обещаващи. Това е особено важно, тъй като подравняването или разместването на разлома е по-лесно за измерване, отколкото свойствата на триенето на разлома. Ако бъде потвърдено, тази работа може в крайна сметка да бъде включена в модели за прогнозиране на земетресенията.

Тази цел все още е далечна, но изследователите планират да разширят проучването.

"Най-очевидното нещо, което следва, е да се опитаме да отидем отвъд Калифорния и да видим дали този модел се потвърждава", обяснява Цай. "Това е потенциално нов начин за разбиране как се случват земетресенията", добавя изследователят.

Справка: Victor Tsai, Fault-network geometry influences earthquake frictional behaviour, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07518-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07518-6

Източник: How geometry could predict the next big quake, Interesting Engineering

Още по темата

05/04/2024

Физика

Как най-високият небостъргач в Тайван устоя на най-силното от 25 години земетресение (видео)

05/02/2024

Земята

Земетресението с магнитуд 7,5 повдигна части от Япония до 4 метра (видео)

15/11/2023

Земята

Някои от днешните земетресения са вторични трусове на земетресения отпреди 200 години

24/10/2023

Космос

Открита е изненадваща връзка между бързите радиоимпулси и земетресенията