Згідно з новим дослідженням, опублікованим у Science Advances 19 листопада, глибоко в земній корі розломи, спричинені повільними землетрусами, можуть загоюватися всього за кілька годин. Цей дивовижний механізм самовідновлення відбувається в екстремальних умовах тепла та тиску глибоко під тектонічними плитами. Дослідження дає важливу інформацію про поведінку розломів і має наслідки для розуміння як повільних зсувів, так і потенціалу більш руйнівних землетрусів.
Тихі землетруси та швидке усунення несправностей
Геологи давно знають про «тихі» землетруси — повільні зсуви, під час яких земля деформується протягом тижнів або місяців замість того, щоб миттєво руйнуватися за секунди. На відміну від звичайних землетрусів, вони не створюють сильних сейсмічних хвиль, що робить їх менш небезпечними в короткостроковій перспективі. Однак вони відбуваються в тих же великих системах розломів, що й сильні землетруси, що змушує дослідників сумніватися, чому в одних областях відбувається повільне ковзання, а в інших – раптові розриви.
Ключ, за словами провідного автора Аманди Томас з Каліфорнійського університету в Девісі, полягає у фізичних умовах: поведінка тертя при несправності та ефективний стрес. «Те, що визначає, чи буде розлом ковзати повільно чи раптово, залежить від поведінки тертя на розломі та ефективного навантаження на нього». Повільні зсуви відбуваються глибше, де висока температура і велика кількість рідини.
Каскадна зона субдукції: природна лабораторія
Дослідження було зосереджено на Каскадній зоні субдукції, регіоні, де Тихоокеанська плита ковзає під Північну Америку. Цей «мегарозлом» здатний викликати землетруси магнітудою 8-9, але також часто зазнає повільних зсувів. Каскада унікальна, оскільки її розгалужена мережа моніторингу дозволяє вченим детально вивчати ці явища.
У дослідженні зазначено, що певні ділянки каскадного розлому розриваються, а потім повторно закриваються протягом того самого повільного циклу зсувів. Ця швидка реактивація свідчить про те, що напруга швидко накопичується, а також про те, що матеріал розлому якимось чином «загоюється» між розривами. Дослідницька група спробувала пояснити цю загадкову поведінку.
Лабораторне моделювання відтворює глибинні умови Землі
Для дослідження дослідники відтворили екстремальне середовище зони субдукції в лабораторних умовах. Срібну капсулу завантажили кварцовим порошком і водою, а потім піддали температурі 500 °C і тиску, що в 10 000 разів перевищує атмосферний. Електронна мікроскопія показала, що навіть через кілька годин зерна кварцу злилися разом.
«Усунення несправностей сильно залежить від температури, тиску та наявності рідини», — пояснив Томас. Експерименти довели вимірюване зміцнення протягом кількох годин за цих умов. Це різко контрастує з меншими розломами земної кори, для відновлення яких потрібні роки або десятиліття.
Вплив припливів і швидкого скидання напруги
Дослідження також виявило зв’язок між процесом швидкого відновлення та океанськими припливами. Каскадний розлом відчуває сплески низькочастотних землетрусів, які збігаються з приливними циклами. Це свідчить про те, що зміни тиску від припливів можуть спричинити повторні розриви через кілька годин після відновлення тріщини.
Результати вказують на те, що глибокі розломи в каскадах можуть швидко зміцнюватися, лише для того, щоб повторно напружуватися та активуватися протягом одного повільного циклу зсуву. Це розуміння має вирішальне значення для точного моделювання поведінки розломів та інтерпретації сейсмічних даних.
Наслідки для оцінки ризику землетрусу
Ремонт розломів не обмежується лише глибокими зонами субдукції; воно також відбувається, хоча й повільніше, у менших регіонах, де відбуваються сильні землетруси. Дослідники стверджують, що включення процесів відновлення в майбутні моделі землетрусів покращить оцінку ризику. Розуміння того, як швидко можуть посилюватися розломи, може покращити прогнози щодо того, де і коли станеться наступний сильний землетрус.
“Наші результати свідчать про те, що той самий основний процес може відбуватися в усій корі головного мозку, але час змінюється залежно від середовища”. — Аманда Томас, UC Davis
