Новое исследование Калифорнийского технологического института показало, что так называемые «медленные» или «тихие» землетрясения ведут себя больше как обычные землетрясения, чем считалось ранее. Это открытие дает геологам возможность использовать эти частые и неразрушающие события в качестве легкого для изучения аналога, который поможет им выяснить, что вызывает землетрясения.
Случаи медленного скольжения были впервые отмечены около двух десятилетий назад геологами, отслеживающими незаметные сдвиги в земле с помощью технологии GPS. Они возникают, когда разломы невероятно медленно трутся друг о друга, как землетрясение в замедленной съемке. Например, событие с медленным скольжением, которое происходит в течение нескольких недель, может высвободить такое же количество энергии, как землетрясение магнитудой 7,0, продолжающееся в течение минуты. Поскольку они происходят глубоко под землей и высвобождают энергию очень медленно, деформация на поверхности очень мала, хотя медленные события могут затронуть территорию в тысячи квадратных километров. Таким образом, они были отмечены только тогда, когда технология GPS была усовершенствована до такой степени, что она могла отслеживать эти самые мельчайшие сдвиги. Замедленные проскальзывания также происходят не по каждому разлому; до сих пор они были замечены всего в нескольких местах, включая северо-запад Тихого океана, Японию, Мексику и Новую Зеландию.
Поскольку их только начали обнаруживать и каталогизировать, многое о них остается неизвестным, говорит Жан-Филипп Авуак, профессор геологии, механики и гражданского строительства Калифорнийского технологического института имени Эрла К. Энтони. Есть много неопределенности. Вы не можете изучать их с помощью традиционных сейсмологических методов, потому что создаваемый ими сигнал слишком слабый и теряется в шуме человеческой деятельности, а также естественных геологических процессов, таких как океанские волны, реки и ветры»., было недостаточно задокументированных событий медленного проскальзывания, чтобы надежно определить их свойства масштабирования, говорит он.
Группа Авуака разработала и применила инновационный метод обработки сигналов для обнаружения и отображения медленных сдвигов вдоль зоны субдукции Каскадия в штате Вашингтон, где Североамериканская тектоническая плита скользит на юго-запад по Тихоокеанской плите, используя сеть 352 GPS-станции. Исследователи проанализировали данные за период с 2007 по 2018 год и смогли составить каталог из более чем 40 медленных событий разного размера. Их выводы появятся в Nature 23 октября.
Собирая данные об этих событиях, исследователи смогли охарактеризовать особенности медленных проскальзываний более точно, чем это было возможно ранее. Одним из ключевых выводов исследования является то, что события с медленным скольжением подчиняются тем же законам масштабирования, что и обычные землетрясения.
В этом контексте закон масштабирования описывает «момент» события скольжения по разлому, который количественно определяет упругую энергию, высвобождаемую скольжением по разлому, как функцию продолжительности скольжения. С практической точки зрения это означает, что большой сдвиг на большой площади приводит к длительному землетрясению. Давно известно, что момент землетрясения пропорционален кубу времени, в течение которого длится землетрясение. В 2007 году команда из Токийского и Стэнфордского университетов предположила, что события с медленным проскальзыванием кажутся разными, а момент, по-видимому, прямо пропорционален времени.
Вооружившись своим новым уточненным каталогом, команда Авуака утверждает, что магнитуды медленных событий также пропорциональны кубу их продолжительности, как и обычные землетрясения.
Поскольку эти события ведут себя подобно обычным землетрясениям, их изучение может пролить свет на их более разрушительных кузенов, говорит Авуак, особенно потому, что медленно проскальзывающие события происходят чаще. В то время как традиционное землетрясение магнитудой 7,0 может происходить вдоль разлома только раз в пару сотен лет, медленное землетрясение такой магнитуды может повторяться вдоль одного и того же разлома раз в год или два.
«Если мы будем изучать неисправность в течение дюжины лет, мы можем увидеть 10 таких событий», - говорит Авуак. «Это позволяет нам тестировать модели сейсмического цикла, узнавая, как различные сегменты разлома взаимодействуют друг с другом. Это дает нам более четкое представление о том, как энергия накапливается и высвобождается со временем вдоль крупного разлома». По его словам, такая информация может помочь лучше понять механику землетрясений и физику, определяющую их время и магнитуду.