Глубоко в земной коре разломы, вызванные медленными землетрясениями, могут заживать всего за несколько часов, согласно новому исследованию, опубликованному в Science Advances 19 ноября. Этот замечательный механизм самовосстановления происходит в экстремальных условиях жары и давления глубоко под тектоническими плитами. Исследование даёт важные сведения о поведении разломов и имеет последствия для понимания как медленных оползней, так и потенциала более разрушительных землетрясений.
Бесшумные землетрясения и быстрое восстановление разломов
Геологи давно знают о «бесшумных» землетрясениях — медленных оползнях, когда земля деформируется в течение недель или месяцев вместо того, чтобы мгновенно разрушаться за секунды. В отличие от обычных землетрясений, они не генерируют сильных сейсмических волн, что делает их менее опасными в краткосрочной перспективе. Однако они происходят на тех же крупных разломных системах, что и крупные землетрясения, что заставляет исследователей задаваться вопросом, почему в одних областях происходит медленное смещение, а в других — внезапный разрыв.
Ключ, по словам ведущего автора Аманды Томас из Калифорнийского университета в Дэвисе, лежит в физических условиях: поведении трения на разломе и эффективном напряжении. «То, что определяет, будет ли разлом скользить медленно или внезапно, зависит от поведения трения на разломе и эффективного напряжения на нём». Медленные оползни происходят глубже, где высокие температуры и обилие жидкости.
Каскадная зона субдукции: естественная лаборатория
Исследование было сосредоточено на Каскадной зоне субдукции, регионе, где Тихоокеанская плита скользит под Северную Америку. Этот «мегаразлом» способен вызывать землетрясения магнитудой 8-9, но также часто испытывает медленные оползни. Каскада уникальна, потому что её обширная сеть мониторинга позволяет учёным изучать эти явления в деталях.
В исследовании было отмечено, что определённые участки Каскадного разлома неоднократно разрываются, а затем запечатываются в течение одного и того же медленного оползневого цикла. Эта быстрая реактивация предполагает, что напряжение быстро нарастает, но также и то, что материал разлома каким-то образом «заживает» между разрывами. Исследовательская группа попыталась объяснить это загадочное поведение.
Лабораторные симуляции воссоздают условия глубокой Земли
Для исследования исследователи воссоздали экстремальную среду зоны субдукции в лабораторных условиях. Серебряная капсула была загружена порошком кварца и водой, а затем подвергнута воздействию температуры 500°C и давления в 10 000 раз превышающего атмосферное. Электронная микроскопия показала, что даже через несколько часов зерна кварца слились воедино.
«Восстановление разломов сильно зависит от температуры, давления и наличия жидкости», — объяснила Томас. Эксперименты доказали измеримое укрепление за несколько часов в этих условиях. Это резко контрастирует с более мелкими разломами коры, которые для восстановления требуют годы или десятилетия.
Влияние приливов и быстрое перезагружение напряжения
В исследовании также была обнаружена связь между быстрым процессом восстановления и океанскими приливами. Каскадный разлом испытывает всплески низкочастотных землетрясений, которые совпадают с приливными циклами. Это говорит о том, что изменения давления от приливов могут вызвать повторные разрывы всего через несколько часов после того, как разлом восстановился.
Результаты показывают, что глубокие разломы в Каскаде могут быстро укрепляться, чтобы быть повторно подвергнутыми напряжению и реактивироваться в течение одного медленного оползневого цикла. Это понимание имеет решающее значение для точного моделирования поведения разломов и интерпретации сейсмических данных.
Последствия для оценки риска землетрясений
Восстановление разломов ограничено не только глубокими зонами субдукции; оно также происходит, хотя и медленнее, в более мелких регионах, где происходят крупные землетрясения. Исследователи утверждают, что включение процессов восстановления в будущие модели землетрясений улучшит оценку риска. Понимание того, как быстро разломы могут укрепляться, может уточнить прогнозы о том, где и когда произойдёт следующее крупное землетрясение.
«Наши результаты показывают, что тот же основной процесс может действовать по всей коре, но временные рамки меняются в зависимости от окружающей среды». — Аманда Томас, Калифорнийский университет в Дэвисе
