Tyrėjai iš Browno universiteto nustatė, kad gedimų geometrija, įskaitant dislokacijas ir sudėtingas struktūras gedimų zonose, vaidina lemiamą vaidmenį nustatant žemės drebėjimo tikimybę ir stiprumą. Ši išvada, pagrįsta Kalifornijos lūžių linijų tyrimais, meta iššūkį tradiciniams požiūriams, kuriuose daugiausia dėmesio skiriama trintis.

Atidžiau pažvelgę ​​į geometrinę uolienų, iš kurių kyla žemės drebėjimai, sudėtį, Browno universiteto mokslininkai prideda naują raukšlę į ilgalaikį įsitikinimą, kas pirmiausia sukelia žemės drebėjimus.

Peržiūrėta žemės drebėjimo dinamika

Tyrimas, aprašytas neseniai žurnale paskelbtame straipsnyje gamtaTai atskleidžia, kad gedimų tinklų suderinimo būdas atlieka lemiamą vaidmenį nustatant, kur įvyksta žemės drebėjimas ir koks jis stiprus. Šios išvados meta iššūkį tradicinei idėjai, kad dėl šių gedimų atsirandanti trintis pirmiausia lemia, ar žemės drebėjimai įvyksta, ar ne, ir gali pagerinti dabartinį supratimą apie tai, kaip veikia žemės drebėjimai.

„Mūsų straipsnyje pateikiamas labai skirtingas žemės drebėjimų priežastis“, – sakė Browno universiteto geofizikas ir vienas iš pagrindinių šio straipsnio autorių Viktoras Tsai. „Tai turi labai svarbių pasekmių nustatant, kur gali įvykti žemės drebėjimai, o ne ten, kur žemės drebėjimų tikėtis negalima, taip pat numatant, kur žemės drebėjimai padarys didžiausią žalą.

Tradiciniai požiūriai į žemės drebėjimų mechaniką

Plyšio linijos yra matomos planetos paviršiaus ribos, kur kietos plokštės, sudarančios Žemės litosferą, susiduria viena su kita. Dešimtmečius geofizikai aiškino, kad žemės drebėjimai įvyksta tada, kai dėl gedimų susikaupia stresas iki taško, kai gedimai greitai slysta arba pertrūksta vienas per kitą, atpalaiduodami užsitęsusį stresą, vadinamą slydimo elgesiu, sako Tsai.

Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad greitas slydimas ir intensyvūs žemės judesiai yra nestabilios trinties, kuri gali atsirasti dėl gedimų, rezultatas. Priešingai, idėja yra ta, kad kai trintis yra stabili, plokštės lėtai slysta viena prieš kitą be žemės drebėjimo. Šis pastovus, sklandus judėjimas taip pat žinomas kaip šliaužiojimas.

Naujos gedimo linijos elgesio perspektyvos

„Žmonės bando išmatuoti šias trinties savybes, pavyzdžiui, ar gedimo zonoje yra nestabili trintis, ar stabili trintis, o tada, remdamiesi laboratoriniais matavimais, bando numatyti, ar ten neįvyks žemės drebėjimas“, – sakė Cai. Jis pasakė. „Mūsų išvados rodo, kad gali būti svarbiau pažvelgti į šių gedimų tinklų gedimų geometriją, nes tai gali būti sudėtinga struktūrų aplink šias ribas geometrija, kuri sukuria šį nestabilų ir stabilų elgesį.

Geometrija, į kurią reikia atsižvelgti, apima sudėtingas uolienų struktūras, tokias kaip posūkiai, tarpai ir laipteliai. Tyrimas pagrįstas matematiniu modeliavimu ir gedimų zonų Kalifornijoje tyrimu, naudojant duomenis iš JAV geologijos tarnybos kvartero gedimų duomenų bazės ir Kalifornijos geologijos tarnybos.

Išsamūs pavyzdžiai ir ankstesni tyrimai

Tyrimų grupė, kurią taip pat sudaro Browno universiteto absolventas Jaesukas Lee ir geofizikas Gregas Hirthas, pateikia išsamesnį pavyzdį, iliustruojantį, kaip vyksta žemės drebėjimai. Jie sako, kad įsivaizduokite, kad defektai susiduria vienas su kitu kaip su dantytais dantimis kaip pjūklo kraštas.

Kai yra mažiau dantų arba buki dantys, uolos sklandžiau slysta viena per kitą ir leidžia šliaužti. Tačiau kai šių lūžių uolienų struktūros yra sudėtingesnės ir šiurkštesnės, šios struktūros sulimpa ir prilimpa. Kai taip atsitinka, jie padidina slėgį, o galiausiai traukdami ir stumdami stipriau jie lūžta, atsiskiria ir sukelia žemės drebėjimus.

Geometrinio sudėtingumo padariniai

Naujasis tyrimas pagrįstas Ankstesnis darbas Apsvarstykite, kodėl kai kurie žemės drebėjimai sukelia didesnį žemės judėjimą, palyginti su kitais žemės drebėjimais įvairiose pasaulio vietose, o kartais net ir tokio paties dydžio. Tyrimas parodė, kad blokų susidūrimas gedimo zonoje žemės drebėjimo metu labai prisideda prie aukšto dažnio virpesių susidarymo ir iškėlė mintį, kad galbūt požeminis geometrinis sudėtingumas taip pat turi įtakos tam, kur ir kodėl vyksta žemės drebėjimai.

Žemės drebėjimo disbalansas ir intensyvumas

Analizuodami duomenis apie Kalifornijos gedimus, įskaitant gerai žinomą San Andreaso lūžių, mokslininkai nustatė, kad gedimų zonose, kurių apačioje buvo sudėtinga geometrija, t. kompleksas. Klaidų zonos. Tai taip pat reiškia, kad kai kuriose iš šių sričių žemės drebėjimai bus stipresni, kitose – silpnesni, o kai kuriose jų nebus.

Tyrėjai tai nustatė remdamiesi vidutiniu analizuojamų klaidų disbalansu. Šis neatitikimo koeficientas matuoja, kaip arti gedimai yra tam tikroje srityje ir visi eina ta pačia kryptimi, o ne skirtingomis kryptimis. Analizė atskleidė, kad gedimų zonos, kuriose gedimai yra labiau įstrižai, sukelia slydimo epizodus žemės drebėjimų pavidalu. Gedimo zonos, kuriose gedimo geometrija buvo labiau išlyginta, palengvino sklandų gedimo šliaužimą be žemės drebėjimų.

„Supratimas, kaip gedimai veikia kaip sistema, yra būtinas norint suprasti, kodėl ir kaip vyksta žemės drebėjimai“, – sakė darbui vadovavęs magistrantas Lee. „Mūsų tyrimai rodo, kad klaidų tinklo architektūros sudėtingumas yra pagrindinis veiksnys ir sukuria prasmingus ryšius tarp nepriklausomų stebėjimų rinkinių ir integruoja juos į naują sistemą.

Ateities žemės drebėjimų tyrimų kryptys

Tyrėjai teigia, kad norint visiškai patvirtinti modelį, reikia nuveikti daugiau, tačiau šis preliminarus darbas rodo, kad idėja yra daug žadanti, ypač todėl, kad nesutapimą ar nesutapimą lengviau išmatuoti nei nesutapimo savybes. Jei šis darbas galioja, vieną dieną jis gali būti įtrauktas į žemės drebėjimo prognozavimo modelius.

Kol kas tai dar toli, nes mokslininkai pradeda spręsti, kaip remtis tyrimu.

„Akivaizdžiausias dalykas, kuris ateina, yra pabandyti peržengti Kalifornijos ribų ir pamatyti, kaip šis modelis išsilaiko“, – sakė Tsai. „Tai potencialiai naujas būdas suprasti, kaip vyksta žemės drebėjimai.”

Nuoroda: „Gedimų tinklo geometrija įtakoja žemės drebėjimų trinties elgesį“, autorius Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Gregas Hirthas, Avigyanas Chatterjee ir Danielis T. Trugmanas, 2024 m. birželio 5 d. gamta.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Tyrimą parėmė Nacionalinis mokslo fondas. Be Li, Tsai ir Hirth, komandoje taip pat buvo Avighyan Chatterjee ir Daniel T. Trugman iš Nevados universiteto Reno.