Иногда едва заметные, а иногда разрушительные землетрясения представляют собой серьезное геологическое явление, которое служит суровым напоминанием о том, что наша планета постоянно развивается. Ученые добились значительного прогресса в понимании этих событий за последние 50 лет благодаря датчикам, установленным по всему миру. И хотя мы знаем, что землетрясения вызываются сдвигами тектонических плит, многое еще предстоит узнать о том, как и почему они происходят.
Passelegue, ученый из Лаборатории экспериментальной горной механики ENAC (LEMR), изучал динамику разломов - или областей между тектоническими плитами, где происходит большинство землетрясений - в течение последних десяти лет. Недавно он совершил прорыв в понимании механизмов разрыва, которые в конечном итоге приводят к сейсмическим сдвигам вдоль линий разломов. Его выводы были опубликованы в Nature Communications 12 октября 2020 года.
"Мы знаем, что скорость разрыва может варьироваться от нескольких миллиметров в секунду до нескольких километров в секунду, когда происходит зародышеобразование [процесс, при котором скольжение расширяется экспоненциально]. Но мы не знаем, почему некоторые разрывы распространяются очень быстро. медленно, а другие быстро», - говорит Пасселиг. «Однако это важно знать, потому что чем быстрее распространение, тем быстрее высвобождается энергия, которая накапливается вдоль разлома».
Землетрясение обычно высвобождает одинаковое количество энергии независимо от того, движется оно медленно или быстро. Разница в том, что если он движется медленно, его сейсмические волны могут быть поглощены окружающей землей. Эти типы медленных землетрясений столь же часты, как и обычные; просто мы их не чувствуем. При чрезвычайно быстрых землетрясениях, которые случаются гораздо реже, энергия высвобождается всего за несколько секунд посредством потенциально разрушительных высокочастотных волн. Вот что иногда происходит, например, в Италии. Страна расположена в зоне трения между двумя тектоническими плитами. Хотя большинство его землетрясений незаметны (или едва заметны), некоторые из них могут быть смертельными - например, землетрясение 2 августа 2016 года, унесшее жизни 298 человек.
В своем исследовании Пассележ разработал экспериментальный разлом с такими же условиями температуры и давления, что и реальный разлом глубиной 8 км. Он установил датчики вдоль разлома, чтобы определить факторы, вызывающие медленное или быстрое распространение разрыва. «Существует множество гипотез - большинство ученых считают, что это связано с типом породы. Они считают, что известняк и глина имеют тенденцию к медленному распространению, тогда как более твердые породы, такие как гранит, способствуют быстрому распространению», - говорит он. В модели Пасселега используется сложный камень, похожий на гранит. Он смог воспроизвести различные типы скольжения на своем тестовом устройстве и обнаружил, что «разница не обязательно связана со свойствами окружающей породы. Один разлом может продемонстрировать все виды сейсмических механизмов».
Эксперименты Пасселега показали, что количество энергии, высвобождаемой во время скольжения, и продолжительность времени, в течение которого она высвобождается, зависят от начального напряжения, приложенного вдоль разлома; то есть сила, приложенная к линии разлома, обычно из-за смещения тектонических плит. Применяя к своей модели силы различной величины, он обнаружил, что более высокие деформации вызывают более быстрые разрывы, а более низкие деформации вызывают более медленные разрывы. «Мы считаем, что то, что мы наблюдали в лаборатории, применимо и в реальных условиях», - говорит он.
Используя результаты своей модели, Пассележ разработал уравнения, которые учитывают начальную деформацию разлома, а не только количество энергии, накопленной непосредственно перед сдвигом, который до сих пор использовался в других уравнениях. «Франсуа - один из первых ученых, измеривших скорость разрыва горных пород при тех же условиях температуры и давления, что и в природе. Он разработал способ физического моделирования механизмов - то, чего раньше никто не делал. И он показал, что все землетрясения следуют одним и тем же законам физики», - говорит Мари Виолей, глава LEMR.
Passelegue предупреждает, что его модель нельзя использовать для определения того, когда и где произойдет землетрясение. Поскольку разломы проходят слишком глубоко, ученые до сих пор не могут постоянно измерять напряжение горных пород вдоль разлома. «Мы можем определить, какое напряжение должно быть, чтобы вызвать разрыв, но, поскольку мы не знаем, сколько энергии «нагружено» разломом глубоко под землей, мы не можем предсказать скорость разрыва».
Одним из следствий исследования Пасселега является то, что землетрясения могут быть не такими случайными, как мы думали. «Большинство людей думают, что разломы, которые были стабильными в течение длительного времени, никогда не вызовут серьезного землетрясения. Но мы обнаружили, что любой разлом может вызвать множество различных типов сейсмических событий. быстрое и опасное распространение волны."