В исследовании, опубликованном 19 ноября в журнале Science Advances, ученые представили доказательства того, что трещины глубоко в земной коре могут «исцеляться», или склеиваться обратно, в течение нескольких часов после определенных сейсмических явлений. Этот процесс быстрого восстановления происходит преимущественно после так называемых событий медленного скольжения, расположенных глубоко под землей. Скорость этого явления значительно превышает темпы заживления неглубоких разломов, вызванных обычными землетрясениями, которым для восстановления могут потребоваться годы или даже десятилетия.
Ведущий исследователь Аманда Томас, профессор геофизики в Калифорнийском университете в Дэвисе, сосредоточила свое внимание на зоне субдукции Каскадия. Это геологически активный район, где плита Хуан-де-Фука погружается под Северо-Американскую плиту. Данная локация, известная как «мегаразлом», была выбрана из-за наличия исключительной сети сейсмического мониторинга и частых событий медленного скольжения. Наблюдения показали, что в Каскадии одна область разлома может разрушаться несколько раз в течение нескольких часов во время одного события, что указывало на наличие механизма быстрой перезагрузки напряжения и восстановления.
Для понимания природы этих процессов необходимо различать типы сейсмической активности. События медленного скольжения, или «тихие землетрясения», характеризуются деформацией и движением, которые длятся дни, недели или месяцы, в отличие от секунд или минут при обычных толчках. Они не излучают сильных волн и обычно не представляют опасности. Сопутствующие им низкочастотные землетрясения происходят вспышками, когда один и тот же участок разрывается многократно. Тип скольжения определяется фрикционным поведением разлома и эффективным напряжением, действующим на него.
Поскольку непосредственное изучение разломов на большой глубине невозможно, исследователи воссоздали необходимые условия в лабораторном эксперименте. Для имитации горной породы использовался порошкообразный кварц, помещенный в серебряную капсулу вместе с небольшим количеством воды, имитирующей глубинные флюиды. Капсулу заваривали и нагревали до температуры примерно 930 градусов по Фаренгейту (500 градусов по Цельсию), подвергая давлению, в 10 000 раз превышающему атмосферное. Образцы выдерживались в таких условиях до 24 часов.
Анализ результатов с помощью сканирующего электронного микроскопа подтвердил гипотезу ученых. Изображения показали, что фрагменты кварца и минеральные зерна фактически «сварились» вместе. Упрочнение материала было измеримым уже через несколько часов: склеивание происходило в образцах, которые подвергались термической обработке всего 6 и 24 часа. Эксперимент доказал, что процесс «исцеления» сильно зависит от трех факторов: температуры, давления и наличия флюидов.
Исследование также прояснило роль приливных сил в сейсмических циклах. Ученые установили связь между сейсмическими вспышками и циклами океанских приливов. Приливные изменения способны спровоцировать повторный разрыв разлома всего через несколько часов после того, как он восстановился. Это объясняет, как напряжение возвращается достаточно быстро, чтобы вызвать повторное разрушение в короткий промежуток времени.
Результаты работы проводят четкую грань между глубокими и неглубокими землетрясениями. Глубинные породы, находящиеся в условиях высоких температур, давления и обилия флюидов, восстанавливаются за часы. В то же время, более холодные породы в неглубоких зонах, где Каскадия способна порождать мощные землетрясения магнитудой 8 и 9, требуют для заживления от нескольких лет до десятилетий.
Понимание механизма «быстрого исцеления» имеет критическое значение для науки, так как оно меняет подход к моделированию циклов медленного скольжения и интерпретации сигналов мониторинга глубоких разломов. Аманда Томас и её коллеги настаивают на том, что процессы восстановления должны быть включены в следующее поколение моделей землетрясений. Это позволит значительно улучшить оценку рисков, особенно для более мелких регионов, способных вызывать крупные катастрофы.
Изображение носит иллюстративный характер
Ведущий исследователь Аманда Томас, профессор геофизики в Калифорнийском университете в Дэвисе, сосредоточила свое внимание на зоне субдукции Каскадия. Это геологически активный район, где плита Хуан-де-Фука погружается под Северо-Американскую плиту. Данная локация, известная как «мегаразлом», была выбрана из-за наличия исключительной сети сейсмического мониторинга и частых событий медленного скольжения. Наблюдения показали, что в Каскадии одна область разлома может разрушаться несколько раз в течение нескольких часов во время одного события, что указывало на наличие механизма быстрой перезагрузки напряжения и восстановления.
Для понимания природы этих процессов необходимо различать типы сейсмической активности. События медленного скольжения, или «тихие землетрясения», характеризуются деформацией и движением, которые длятся дни, недели или месяцы, в отличие от секунд или минут при обычных толчках. Они не излучают сильных волн и обычно не представляют опасности. Сопутствующие им низкочастотные землетрясения происходят вспышками, когда один и тот же участок разрывается многократно. Тип скольжения определяется фрикционным поведением разлома и эффективным напряжением, действующим на него.
Поскольку непосредственное изучение разломов на большой глубине невозможно, исследователи воссоздали необходимые условия в лабораторном эксперименте. Для имитации горной породы использовался порошкообразный кварц, помещенный в серебряную капсулу вместе с небольшим количеством воды, имитирующей глубинные флюиды. Капсулу заваривали и нагревали до температуры примерно 930 градусов по Фаренгейту (500 градусов по Цельсию), подвергая давлению, в 10 000 раз превышающему атмосферное. Образцы выдерживались в таких условиях до 24 часов.
Анализ результатов с помощью сканирующего электронного микроскопа подтвердил гипотезу ученых. Изображения показали, что фрагменты кварца и минеральные зерна фактически «сварились» вместе. Упрочнение материала было измеримым уже через несколько часов: склеивание происходило в образцах, которые подвергались термической обработке всего 6 и 24 часа. Эксперимент доказал, что процесс «исцеления» сильно зависит от трех факторов: температуры, давления и наличия флюидов.
Исследование также прояснило роль приливных сил в сейсмических циклах. Ученые установили связь между сейсмическими вспышками и циклами океанских приливов. Приливные изменения способны спровоцировать повторный разрыв разлома всего через несколько часов после того, как он восстановился. Это объясняет, как напряжение возвращается достаточно быстро, чтобы вызвать повторное разрушение в короткий промежуток времени.
Результаты работы проводят четкую грань между глубокими и неглубокими землетрясениями. Глубинные породы, находящиеся в условиях высоких температур, давления и обилия флюидов, восстанавливаются за часы. В то же время, более холодные породы в неглубоких зонах, где Каскадия способна порождать мощные землетрясения магнитудой 8 и 9, требуют для заживления от нескольких лет до десятилетий.
Понимание механизма «быстрого исцеления» имеет критическое значение для науки, так как оно меняет подход к моделированию циклов медленного скольжения и интерпретации сигналов мониторинга глубоких разломов. Аманда Томас и её коллеги настаивают на том, что процессы восстановления должны быть включены в следующее поколение моделей землетрясений. Это позволит значительно улучшить оценку рисков, особенно для более мелких регионов, способных вызывать крупные катастрофы.
