Inženýrství jako hlavní předpověď zemětřesení

Vědci z Brown University zjistili, že geometrie zlomu, včetně dislokací a složitých struktur v zlomových zónách, hraje zásadní roli při určování pravděpodobnosti a síly zemětřesení. Toto zjištění, založené na studiích zlomových linií v Kalifornii, zpochybňuje tradiční názory, které se zaměřují především na tření.

Bližším pohledem na geometrické složení hornin, z nichž zemětřesení pocházejí, přidávají vědci z Brown University novou vrásku k dlouhotrvajícímu přesvědčení o tom, co zemětřesení vůbec způsobuje.

Dynamika zemětřesení přehodnocena

Výzkum popsaný v nedávno publikovaném článku v časopise PřírodaUkazuje, že způsob, jakým jsou sítě poruch zarovnány, hraje klíčovou roli při určování toho, kde k zemětřesení dojde a jak silné je. Tato zjištění zpochybňují tradiční myšlenku, že je to typ tření, ke kterému dochází u těchto zlomů, který primárně určuje, zda k zemětřesení dojde nebo ne, a mohl by zlepšit současné chápání toho, jak zemětřesení fungují.

„Náš článek vykresluje tento velmi odlišný obrázek toho, proč k zemětřesením dochází,“ řekl Victor Tsai, geofyzik z Brown University a jeden z hlavních autorů článku. „To má velmi důležité důsledky pro to, kde lze očekávat zemětřesení oproti tomu, kde nelze očekávat zemětřesení, a také pro předpověď, kde budou zemětřesení nejškodlivější.“

Tradiční pohledy na mechaniku zemětřesení

Zlomové čáry jsou viditelné hranice na povrchu planety, kde se pevné desky, které tvoří zemskou litosféru, vzájemně srážejí. Po celá desetiletí geofyzici interpretovali zemětřesení tak, že nastanou, když se na zlomech nahromadí napětí do bodu, kdy zlomy rychle sklouznou nebo se zlomí jedna přes druhou, čímž se uvolní zadržované napětí v akci známé jako skluzové chování, říká Tsai.

Výzkumníci předpokládali, že rychlý skluz a intenzivní pohyby země, které následují, jsou výsledkem nestabilního tření, ke kterému může dojít na zlomech. Naproti tomu myšlenka je, že když je tření stabilní, desky po sobě pomalu klouzají, aniž by došlo k zemětřesení. Tento plynulý a plynulý pohyb je také známý jako plazení.

Nové pohledy na chování zlomové linie

„Lidé se snaží změřit tyto třecí vlastnosti, například zda má zlomová zóna nestabilní nebo stabilní tření, a na základě laboratorních měření se pak snaží předpovědět, zda tam budete mít zemětřesení, nebo ne,“ řekl Cai. Řekl. „Naše zjištění naznačují, že může být důležitější podívat se na geometrii zlomů v těchto poruchových sítích, protože to může být složitá geometrie struktur kolem těchto hranic, která vytváří toto nestabilní versus stabilní chování.“

Geometrie, kterou je třeba zvážit, zahrnuje složitosti ve spodních skalních strukturách, jako jsou ohyby, mezery a schody. Studie je založena na matematickém modelování a studiu zlomových zón v Kalifornii s využitím dat z databáze kvartérních zlomů US Geological Survey az California Geological Survey.

Podrobné příklady a předchozí výzkum

Výzkumný tým, jehož součástí je také postgraduální student Brown University Jaesuk Lee a geofyzik Greg Hirth, poskytuje podrobnější příklad, který ilustruje, jak k zemětřesení dochází. Říká se, že si představit defekty, které na sebe narážejí, jako s ozubenými zuby jako ostří pily.

Když je zubů méně nebo tupých zubů, kameny po sobě klouzají plynuleji, což umožňuje plazení. Ale když jsou horninové struktury v těchto zlomech složitější a drsnější, tyto struktury se slepí a slepí. Když k tomu dojde, zvýší tlak a nakonec, jak tahají a tlačí silněji, prasknou, roztrhnou se a způsobí zemětřesení.

Účinky geometrické složitosti

Nová studie je založena na předchozí zaměstnání Zamyslete se nad tím, proč některá zemětřesení generují větší pohyb země ve srovnání s jinými zemětřeseními v různých částech světa a někdy dokonce i se stejnou velikostí. Studie ukázala, že kolize bloků v poruchové zóně během zemětřesení významně přispívá k vytváření vysokofrekvenčních vibrací a vyvolala myšlenku, že možná podpovrchová geometrická složitost také hraje roli v tom, kde a proč dochází k zemětřesení.

Nerovnováha a intenzita zemětřesení

Při analýze dat z zlomů v Kalifornii – včetně známého zlomu San Andreas – výzkumníci zjistili, že zlomové zóny, které měly pod sebou složitou geometrii, což znamená, že struktury tam nebyly rovnoběžné, vykazovaly silnější pohyby země než pohyby, které byly méně geometrické. komplex. Chybové zóny. To také znamená, že některé z těchto oblastí budou mít silnější zemětřesení, jiné budou mít slabší zemětřesení a některé nebudou mít žádná zemětřesení.

Výzkumníci to určili na základě průměrné nevyváženosti chyb, které analyzovali. Tento poměr nesouososti měří, jak blízko jsou chyby v dané oblasti a všechny jdou stejným směrem oproti tomu, jak jdou různými směry. Analýza odhalila, že zlomové zóny, kde jsou zlomy více šikmé, způsobují epizody skluzu ve formě zemětřesení. Zlomové zóny, kde byla geometrie zlomu více zarovnaná, usnadňovaly hladké dotvarování zlomu bez zemětřesení.

„Porozumění tomu, jak se chyby chovají jako systém, je nezbytné pro pochopení toho, proč a jak dochází k zemětřesení,“ řekl Lee, postgraduální student, který vedl práci. „Náš výzkum naznačuje, že složitost architektury chybové sítě je klíčovým faktorem a vytváří smysluplná spojení mezi sadami nezávislých pozorování a integruje je do nového rámce.“

Budoucí směry výzkumu zemětřesení

Výzkumníci říkají, že je třeba udělat více práce, aby bylo možné model plně ověřit, ale tato předběžná práce naznačuje, že myšlenka je slibná, zejména proto, že nesouosost nebo nesouosost se měří snadněji než vlastnosti nesouososti. Pokud je tato práce platná, mohla by být jednoho dne začleněna do modelů předpovědi zemětřesení.

To je v tuto chvíli ještě daleko, protože vědci začínají určovat, jak na studii stavět.

„Nejzřejmější věc, která přijde na řadu, je pokusit se dostat za hranice Kalifornie a zjistit, jak tento model obstojí,“ řekl Tsai. „Je to potenciálně nový způsob, jak pochopit, jak k zemětřesení dochází.“

Reference: „Geometrie poruchové sítě ovlivňuje třecí chování zemětřesení“ od Jaesuka Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee a Daniel T. Trugman, 5. června 2024, Příroda.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Výzkum podpořila National Science Foundation. Kromě Li, Tsaie a Hirtha v týmu byli také Avighyan Chatterjee a Daniel T. Trugman z University of Nevada, Reno.