Используя радиоактивные элементы, застрявшие в кристаллизованных кремовых «жилах» в породах Нью-Мексико, геологи заглянули во времени более чем на 400 000 лет, чтобы пролить свет на записи землетрясений вдоль разлома Лома-Бланка в Рио-Гранде. разлом.
Это самая длинная запись землетрясений, когда-либо задокументированных на разломе, показывающая 13 различных сейсмических событий, девять из которых произошли с регулярными интервалами в среднем от 40 000 до 50 000 лет, а четыре сгруппированы вместе всего пять- до-11, 000 лет друг от друга.
Работу, описанную в исследовании, опубликованном на прошлой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, возглавили постдокторант Университета Висконсин-Мэдисон Рэнди Уильямс и его советник Лорел Гудвин, профессор UW- Департамент геолого-геофизических исследований Мэдисона.
"Мы ничего подобного не ожидали", - говорит Гудвин. «Для нас это была настоящая одиссея».
Исследователи изначально намеревались лучше понять фон или сейсмическую активность по умолчанию вдоль разлома Лома-Бланка длиной 14 миль к югу от Альбукерке. Внутриплитный разлом, подобный этому, обычно вызывает землетрясения гораздо реже, чем на границах тектонических плит, таких как разлом Сан-Андреас в Калифорнии, и, как правило, менее хорошо изучен геологами. Однако в последние годы некоторые внутриплитные разломы испытали повышенную сейсмичность, вероятно, из-за глубоких нагнетательных скважин, используемых для сброса сточных вод.
В таких местах, как Техас, Оклахома и Огайо, объясняет Уильямс, сейсмическая активность была связана с выбросом сточных вод под высоким давлением глубоко под поверхность Земли. Отчасти для того, чтобы лучше понять эти антропогенные события, исследователи хотели понять, какие механические факторы контролируют природные землетрясения и как часто данный разлом вызывает их.
«Мы не можем предсказать точную дату, когда они произойдут, и маловероятно, что когда-либо это произойдет, - объясняет Гудвин, - но мы хотим понять, что ими движет, чтобы лучше подготовиться».
Чтобы найти ответы, Уильямс начал исследовать «вены», состоящие из минерального кальцита, которые пронизывают сегменты породы вдоль разлома. Кальцит выпадает в осадок из жидкостей под давлением, которые проходят через породу вблизи разломов во время некоторых землетрясений, и откладывается слоями, как годичные кольца дерева. Во время последующих землетрясений кальцит трескается и заживает, оставляя отчетливые следы, подобные старым сломанным костям.
Уильямс изучил радиоактивные элементы, уран и торий, заключенные в этих кристаллах кальцита, используя их как своего рода часы, основанные на скорости распада урана в торий. Он и остальная часть исследовательской группы, в которую входят Уоррен Шарп из Центра геохронологии Беркли и Питер Мозли из Института горного дела и технологии Нью-Мексико, могут измерить возраст каждого «поколения» кальцита, обнаруженного в жилах, и определить, когда произошли землетрясения. произошло относительно друг друга. Магнитуда этих землетрясений в Лома-Бланке оценивается от 6,2 до 6,9 баллов по аналогии с более поздними событиями.
Команда показала, что землетрясения в разломе контролируются двумя разными процессами. Землетрясения, которые происходили через равные промежутки времени, были результатом накопленного напряжения, которое в конечном итоге приводило к разрушению разлома каждые 40 000 лет или около того, но не были вызваны флюидами. Однако необычная группа землетрясений, произошедшая примерно 430 000 лет назад, была результатом увеличения давления жидкости глубоко под поверхностью. Повышение давления жидкости в Земле может уменьшить трение между двумя сторонами разлома, что приведет к более легкому скольжению - подобно сжатому воздуху на столе для аэрохоккея.
Команда также показала, что кальцит, связанный с двумя сейсмическими событиями в кластере землетрясений, указывает на очень быструю дегазацию углекислого газа, которая может произойти, когда высвобождается жидкость под высоким давлением - например, при открытии крышки встряхиваемой бутылки содовой.
«Когда поровое давление значительно превышает фоновый уровень, разлом разрушается и образуются трещины, высвобождающие жидкость из бассейна», - объясняет Гудвин. Уильямс говорит, что закачиваемые сточные воды, вероятно, будут повышать давление быстрее, чем большинство разломов происходило в геологическом прошлом.
Выводы также помогают внести свой вклад в давний вопрос в геологии относительно механики землетрясений во внутриплитовых разломах и того, происходят ли они периодически или случайно во времени.
Сегодня Уильямс работает над улучшением методов, которые использовала команда. «Мы хотим понять, как можно использовать метод кальцитового датирования для документирования сейсмических данных других разломов», - говорит он.