Инженерството като водеща прогноза за земетресения

Изследователи от университета Браун установиха, че геометрията на разлома, включително дислокации и сложни структури в зоните на разлом, играе критична роля при определяне на вероятността и силата на земетресение. Това откритие, базирано на проучвания на разломните линии в Калифорния, предизвиква традиционните възгледи, които се фокусират предимно върху триенето.

Като разгледат по-отблизо геометричния състав на скалите, от които произлизат земетресенията, изследователи от университета Браун добавят нова гънка към дългогодишното вярване за това какво причинява земетресенията на първо място.

Преглед на динамиката на земетресението

Изследването, описано в наскоро публикувана статия в списанието природаТой разкрива, че начинът, по който мрежите от разломи са подредени, играе решаваща роля при определянето къде се случва земетресението и колко силно е то. Тези констатации оспорват традиционната идея, че типът триене, който възниква при тези разломи, определя основно дали земетресенията се случват или не, и може да подобри сегашното разбиране за това как действат земетресенията.

„Нашата статия рисува тази много различна картина защо се случват земетресения“, каза Виктор Цай, геофизик от университета Браун и един от водещите автори на статията. „Това има много важни последици за това къде могат да се очакват земетресения спрямо местата, където не могат да се очакват земетресения, а също и за прогнозиране къде земетресенията ще бъдат най-вредни.“

Традиционни възгледи за механиката на земетресението

Линиите на разлом са видимите граници на повърхността на планетата, където твърдите плочи, които изграждат литосферата на Земята, се сблъскват една с друга. В продължение на десетилетия геофизиците тълкуват земетресенията като възникващи, когато напрежението се натрупа върху разломите до точката, в която разломите бързо се плъзгат или се счупват един върху друг, освобождавайки задържан стрес в действие, известно като поведение на приплъзване, казва Цай.

Изследователите предположиха, че бързото приплъзване и последвалите интензивни земни движения са резултат от нестабилно триене, което може да възникне при разломи. За разлика от това, идеята е, че когато триенето е стабилно, плочите се плъзгат една срещу друга бавно, без да настъпи земетресение. Това стабилно, плавно движение е известно още като пълзене.

Нови перспективи за поведението на разломната линия

„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 там ще има земетресение или не“, каза Кай. Той каза. „Нашите открития предполагат, че може да е по-важно да се разгледа геометрията на грешките в тези мрежи от грешки, защото може да е сложната геометрия на структурите около тези граници, която създава това нестабилно срещу стабилно поведение.“

Геометрията, която трябва да се вземе предвид, включва сложности в подлежащите скални структури, като завои, празнини и стъпала. Изследването се основава на математическо моделиране и изследване на разломни зони в Калифорния, като се използват данни от базата данни за кватернерни разломи на US Geological Survey и от California Geological Survey.

Подробни примери и предишни изследвания

Изследователският екип, който също включва студента от университета Браун Джесук Лий и геофизика Грег Хирт, предоставя по-подробен пример, за да илюстрира как се случват земетресенията. Казват да си представят дефектите, които се сблъскват един с друг, като че имат назъбени зъби като ръба на трион.

Когато има по-малко зъби или тъпи зъби, камъните се плъзгат една върху друга по-плавно, което позволява пълзене. Но когато скалните структури в тези разломи са по-сложни и груби, тези структури се слепват и се слепват. Когато това се случи, те увеличават налягането и в крайна сметка, докато дърпат и натискат по-силно, те се счупват, разкъсвайки се и причинявайки земетресения.

Ефекти от геометрична сложност

Новото изследване се базира на предишна работа Помислете защо някои земетресения генерират по-голямо движение на земята в сравнение с други земетресения в различни части на света, а понякога дори и тези със същия магнитуд. Проучването показа, че сблъсъкът на блокове в зона на разлом по време на земетресение допринася значително за генерирането на високочестотни вибрации и повдигна идеята, че може би подземната геометрична сложност също играе роля в това къде и защо се случват земетресенията.

Земетръсен дисбаланс и интензитет

Анализирайки данни от разломи в Калифорния – който включва добре известния разлом Сан Андреас – изследователите откриха, че разломните зони, които имат сложна геометрия отдолу, което означава, че структурите там не са последователни, се оказаха с по-силни земни движения от движенията, които са по-малко геометрични комплекс. Зони на грешки. Това също означава, че някои от тези райони ще имат по-силни земетресения, други ще имат по-слаби земетресения, а някои няма да имат земетресения.

Изследователите определят това въз основа на средния дисбаланс на анализираните от тях грешки. Това съотношение на несъответствие измерва колко близо са разломите в дадена област и всички те вървят в една и съща посока, а не в различни посоки. Анализът разкри, че разломните зони, където разломите са по-наклонени, причиняват епизоди на приплъзване под формата на земетресения. Разломните зони, където геометрията на разлома е по-подравнена, улесняват гладкото пълзене на разлома без земетресения.

„Разбирането на това как се държат разломите като система е от съществено значение за разбирането защо и как се случват земетресенията“, каза Лий, студентът, който ръководи работата. „Нашето изследване предполага, че сложността на архитектурата на мрежата за грешки е ключовият фактор и създава значими връзки между набори от независими наблюдения и ги интегрира в нова рамка.“

Бъдещи насоки в изследването на земетресенията

Изследователите казват, че трябва да се направи още работа, за да се потвърди напълно моделът, но тази предварителна работа предполага, че идеята е обещаваща, особено след като несъответствието или несъответствието е по-лесно за измерване, отколкото свойствата на несъответствието. Ако тази работа е валидна, тя може един ден да бъде включена в модели за прогнозиране на земетресения.

В момента това остава далече, тъй като изследователите започват да определят как да надграждат проучването.

„Най-очевидното нещо, което следва, е да се опитаме да отидем отвъд Калифорния и да видим как този модел се задържа“, каза Цай. „Това е потенциално нов начин да разберем как се случват земетресенията.“

Справка: „Геометрията на мрежата от разломи влияе върху поведението на триене при земетресения“ от Jaesuk Lee, Victor C. Цай, Грег Хърт, Авигян Чатърджи и Даниел Т. Тругман, 5 юни 2024 г., природа.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Изследването е подкрепено от Националната научна фондация. Освен Ли, Цай и Хирт, екипът включваше и Авигян Чатърджи и Даниел Тругман от Университета на Невада, Рино.