Инжењеринг као водеће предвиђање земљотреса

Истраживачи са Универзитета Браун открили су да геометрија раседа, укључујући дислокације и сложене структуре унутар зона раседа, игра кључну улогу у одређивању вероватноће и јачине земљотреса. Овај налаз, заснован на студијама раседних линија у Калифорнији, доводи у питање традиционалне погледе који се првенствено фокусирају на трење.

Пажљивије сагледавајући геометријски састав стена из којих настају земљотреси, истраживачи са Универзитета Браун додају нову бору дуготрајном веровању о томе шта уопште изазива земљотресе.

Ревидирана динамика земљотреса

Истраживање, описано у недавно објављеном чланку у часопису природаОткрива да начин на који су мреже кварова поравнате игра кључну улогу у одређивању где се земљотрес догодио и колико је јак. Ови налази доводе у питање традиционалну идеју да је врста трења која се јавља код ових раседа која првенствено утиче на то да ли се земљотреси дешавају или не, и могу побољшати тренутно разумевање како земљотреси функционишу.

„Наш рад даје ову сасвим другачију слику о томе зашто се земљотреси дешавају“, рекао је Виктор Тсаи, геофизичар са Универзитета Браун и један од водећих аутора рада. „Ово има веома важне импликације за то где се могу очекивати земљотреси у односу на места где се земљотреси не могу очекивати, као и за предвиђање где ће земљотреси бити најштетнији.

Традиционални погледи на механику земљотреса

Линије раседа су видљиве границе на површини планете где се чврсте плоче које чине Земљину литосферу сударају једна са другом. Деценијама су геофизичари тумачили да се земљотреси дешавају када се стрес нагомилава на раседима до тачке у којој расједи брзо клизе или се преламају једни преко других, ослобађајући нагомилани стрес у акцији познатој као понашање клизања, каже Тсаи.

Истраживачи су претпоставили да су брзо клизање и интензивна померања тла која следе резултат нестабилног трења до којег може доћи код раседа. Насупрот томе, идеја је да када је трење стабилно, плоче лагано клизе једна према другој без да дође до земљотреса. Ово стабилно, глатко кретање познато је и као пузање.

Нове перспективе понашања линије раседа

„Људи покушавају да измере ова својства трења, на пример да ли зона раседа има нестабилно трење или стабилно трење, а затим, на основу лабораторијских мерења тога, покушавају да предвиде да ли ћете тамо имати земљотрес или не“, рекао је Цаи. Рекао је. „Наши налази сугеришу да би можда било важније сагледати геометрију кварова у овим мрежама раседа, јер може бити сложена геометрија структура око тих граница која ствара ово нестабилно у односу на стабилно понашање.

Геометрија коју треба размотрити укључује сложеност у основним структурама стена као што су кривине, празнине и степенице. Студија је заснована на математичком моделовању и проучавању зона раседа у Калифорнији користећи податке из базе података квартарних раседа Геолошког завода САД и Калифорнијског геолошког завода.

Детаљни примери и претходна истраживања

Истраживачки тим, који такође укључује дипломираног студента Универзитета Браун Јаесук Лееа и геофизичара Грега Хиртха, пружа детаљнији пример који илуструје како се земљотреси дешавају. Кажу да замислите да се дефекти сударају један са другим као да имају назубљене зубе попут ивице тестере.

Када има мање зуба или тупих зуба, камење глатко клизи једно преко другог, омогућавајући пузање. Али када су структуре стена у овим раседима сложеније и грубље, ове структуре се држе заједно и држе. Када се то догоди, они повећавају притисак, и на крају како повлаче и гурају јаче, ломе се, растављају се и изазивају земљотресе.

Ефекти геометријске сложености

Нова студија је заснована на Претходни посао Размислите зашто неки земљотреси изазивају веће кретање тла у поређењу са другим земљотресима у различитим деловима света, а понекад чак и земљотресима исте магнитуде. Студија је показала да судар блокова унутар зоне раседа током земљотреса значајно доприноси генерисању високофреквентних вибрација и покренула је идеју да можда подземна геометријска сложеност такође игра улогу у томе где и зашто се земљотреси дешавају.

Неравнотежа и интензитет земљотреса

Анализирајући податке из раседа у Калифорнији – који укључује добро познати расед Сан Андреас – истраживачи су открили да се испоставило да зоне раседа које су имале сложену геометрију испод, што значи да структуре нису биле паралелне, имају јаче кретање тла од кретања која су била мање геометријски комплекс. Зоне грешака. То такође значи да ће нека од ових подручја имати јаче земљотресе, друга ће имати слабије земљотресе, а нека неће имати земљотресе.

Истраживачи су то утврдили на основу просечне неравнотеже грешака које су анализирали. Овај однос неусклађености мери колико су кварови близу у датој области и сви иду у истом правцу у односу на кретање у различитим правцима. Анализом је откривено да зоне раседа где су раседи више коси изазивају епизоде ​​клизања у виду земљотреса. Зоне раседа у којима је геометрија раседа била усклађенија омогућиле су глатко пузање раседа без земљотреса.

„Разумевање како се кварови понашају као систем је од суштинског значаја за разумевање зашто и како настају земљотреси“, рекао је Ли, студент који је водио рад. „Наше истраживање сугерише да је сложеност архитектуре мреже грешака кључни фактор и ствара смислене везе између скупова независних посматрања и интегрише их у нови оквир.

Будући правци истраживања земљотреса

Истраживачи кажу да је потребно више посла да се у потпуности потврди модел, али овај прелиминарни рад сугерише да је идеја обећавајућа, посебно зато што је неусклађеност или неусклађеност лакше измерити него својства неусклађености. Ако је ово дело валидно, могло би се једног дана укључити у моделе предвиђања земљотреса.

Ово је још далеко у овом тренутку, јер истраживачи почињу да одређују како да надограђују студију.

„Најочитија ствар која следи је да покушамо да одемо даље од Калифорније и видимо како се овај модел држи“, рекао је Цаи. „Ово је потенцијално нови начин да се разуме како настају земљотреси.“

Референца: „Геометрија мреже грешака утиче на фрикционо понашање земљотреса“ Јаесук Лее, Вицтор Ц. Цаи, Грег Хиртх, Авигиан Цхаттерјее и Даниел Т. Тругман, 5. јун 2024. природа.
дои: 10.1038/с41586-024-07518-6

Истраживање је подржала Национална научна фондација. Поред Лија, Цаија и Хирта, тим су чинили и Авигхиан Цхаттерјее и Даниел Т. Тругман са Универзитета Невада, Рено.