Hluboko v zemské kůře se poruchy způsobené pomalu se pohybujícími zemětřeseními mohou zahojit během pouhých několika hodin, podle nové studie zveřejněné v Science Advances 19. listopadu Tento pozoruhodný samoléčivý mechanismus se vyskytuje za extrémních podmínek tepla a tlaku hluboko pod tektonickými deskami. Studie poskytuje důležité poznatky o poruchovém chování a má důsledky pro pochopení jak pomalu se pohybujících sesuvů půdy, tak potenciálu pro ničivější zemětřesení.
Tichá zemětřesení a rychlá oprava poruch
Geologové již dlouho věděli o „tichých“ zemětřesení – pomalých sesuvech půdy, při nichž se země deformuje během týdnů nebo měsíců, místo aby se okamžitě zhroutila během několika sekund. Na rozdíl od běžných zemětřesení nevytvářejí silné seismické vlny, takže jsou krátkodobě méně nebezpečné. Vyskytují se však na stejných velkých zlomových systémech jako velká zemětřesení, což vede výzkumníky k otázce, proč některé oblasti zažívají pomalý skluz, zatímco jiné zažívají náhlé protržení.
Klíč podle hlavní autorky Amandy Thomas z Kalifornské univerzity v Davisu spočívá ve fyzických podmínkách: chování při tření a efektivní stres. “To, co určuje, zda bude chyba klouzat pomalu nebo náhle, závisí na chování tření na poruše a efektivním namáhání na ni.” Pomalé sesuvy se vyskytují hlouběji, kde jsou vysoké teploty a dostatek tekutin.
Kaskádová subdukční zóna: Přírodní laboratoř
Studie se zaměřila na kaskádovou subdukční zónu, oblast, kde se tichomořská deska zasouvá pod Severní Ameriku. Tato “megaporucha” je schopna vyvolat zemětřesení o síle 8-9, ale také často zažívá pomalu se pohybující sesuvy půdy. Cascada je jedinečná, protože její rozsáhlá monitorovací síť umožňuje vědcům tyto jevy podrobně studovat.
Studie zaznamenala, že určité části kaskádového zlomu prasknou a poté se opakovaně utěsní během stejného cyklu pomalého sesuvu půdy. Tato rychlá reaktivace naznačuje, že se rychle hromadí stres, ale také to, že materiál poruchy se mezi rupturami nějak „hojí“. Výzkumný tým se pokusil toto záhadné chování vysvětlit.
Laboratorní simulace znovu vytvářejí hluboké pozemské podmínky
Pro studii vědci znovu vytvořili extrémní prostředí subdukční zóny v laboratorních podmínkách. Stříbrná kapsle byla naplněna křemenným práškem a vodou a poté vystavena teplotám 500 °C a tlaku 10 000krát většímu, než je atmosférický tlak. Elektronová mikroskopie ukázala, že i po několika hodinách se zrnka křemene spojila dohromady.
“Oprava závad je velmi závislá na teplotě, tlaku a dostupnosti kapaliny,” vysvětlil Thomas. Experimenty prokázaly měřitelné zpevnění během několika hodin za těchto podmínek. To je v ostrém kontrastu s menšími poruchami zemské kůry, jejichž oprava trvá roky nebo desetiletí.
Vliv přílivu a odlivu a rychlého resetu napětí
Studie také zjistila souvislost mezi rychlým procesem obnovy a přílivem a odlivem oceánu. Kaskádový zlom zažívá výbuchy nízkofrekvenčních zemětřesení, které se shodují s cykly přílivu a odlivu. To naznačuje, že změny tlaku od přílivu a odlivu mohou způsobit opakované praskliny jen několik hodin po opravě trhliny.
Výsledky naznačují, že hluboké zlomy v kaskádách mohou rychle zesílit, pouze aby byly znovu namáhány a reaktivovány během jednoho pomalého cyklu sesuvu půdy. Toto porozumění je zásadní pro přesné modelování poruchového chování a interpretaci seismických dat.
Důsledky pro hodnocení rizika zemětřesení
Oprava chyb není omezena pouze na hluboké subdukční zóny; vyskytuje se také, i když pomaleji, v menších oblastech, kde dochází k velkým zemětřesením. Výzkumníci tvrdí, že začlenění procesů obnovy do budoucích modelů zemětřesení zlepší hodnocení rizik. Pochopení toho, jak rychle mohou poruchy sílit, může zlepšit předpovědi o tom, kde a kdy dojde k dalšímu velkému zemětřesení.
“Naše výsledky naznačují, že stejný základní proces může fungovat v celém kortexu, ale načasování se mění v závislosti na prostředí.” — Amanda Thomas, UC Davis
