Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience группой исследователей под руководством Калифорнийского университета, геологи Риверсайда теперь сообщают, что универсальный скользящий механизм действует при землетрясениях любой глубины — от глубоких до коровых.«Хотя мелкие землетрясения — такие, которые угрожают Калифорнии — должны инициироваться иначе, чем очень глубокие, наша новая работа показывает, что, начавшись, они оба движутся по одной и той же физике», — сказал эксперт по глубоким землетрясениям Гарри В. Грин II. , выдающийся профессор кафедры наук о Земле Калифорнийского университета в Риверсайде, который руководил исследовательским проектом. «В нашей исследовательской работе представлена новая, объединяющая модель того, как работают землетрясения.
Наши результаты обеспечивают более точное понимание того, что происходит во время землетрясения, что может привести к более совершенным компьютерным моделям и может привести к более точному прогнозированию опасности сейсмических сотрясений».Согласно исследованию, физика скольжения заключается в самосмазке разлома, вызванного землетрясением, потоком нового материала, состоящего из крошечных новых кристаллов.
И мелкие, и глубокие землетрясения связаны с фазовыми превращениями горных пород, в результате которых образуются крошечные кристаллы новых фаз, по которым происходит скольжение.«Другие исследователи предположили, что флюиды присутствуют в зонах разломов или генерируются там», — сказал Грин. «Наше исследование показывает, что флюиды не являются необходимыми для ослабления разлома.
Когда начинаются землетрясения, в зоне разлома происходит местное экстремальное нагревание. Результатом этого нагрева при неглубоких землетрясениях является инициирование реакций, подобных тем, которые имеют место при глубоких землетрясениях, поэтому они оба смазываются одинаково ".Грин объяснил, что на глубине 300-700 километров давление и температура настолько высоки, что скалы в этой глубокой глубине планеты не могут сломаться в результате хрупких процессов, наблюдаемых на поверхности Земли. В случае неглубоких землетрясений напряжения в разломе медленно увеличиваются в ответ на медленное движение тектонических плит, и начинается скольжение, когда эти напряжения превышают статическое трение.
Хотя глубокие землетрясения также возникают в ответ на возрастающие напряжения, породы там текут, а не разрушаются, за исключением особых условий.«Эти особые условия температуры и давления заставляют минералы в породе разлагаться на другие минералы, и в процессе этого фазового превращения может образоваться разлом и внезапно двигаться, излучая сотрясение — точно так же, как на небольшой глубине», — сказал Грин. .Исследование объясняет, почему у крупных разломов, таких как разлом Сан-Андреас в Калифорнии, нет аномалии теплового потока вокруг них.
Если бы неглубокие землетрясения скользили по скрежету и хрусту горных пород, как когда-то предполагали геологи, процесс генерировал бы достаточно тепла, так что крупные разломы, такие как Сан-Андреас, были бы немного теплее по своей длине, чем были бы в противном случае.«Но такой прогнозируемый теплый регион вдоль таких разломов никогда не обнаруживался», — сказал Грин. «Логический вывод состоит в том, что повреждение должно перемещаться легче, чем мы думали. Чрезвычайный нагрев в очень тонкой зоне вдоль разлома приводит к очень слабой смазке. Объем нагретого материала очень мал и сохраняется в течение очень короткого времени — — возможно, секунды — с последующим очень небольшим тепловыделением во время скольжения, потому что смазка очень слабая ".
Новое исследование также объясняет, почему разломы со стеклом на них (отражающие тот факт, что во время землетрясения расплавилась зона разлома) встречаются редко. Когда начинаются неглубокие землетрясения, температура локально повышается до тех пор, пока не станет достаточно высокой, чтобы начать химическую реакцию — обычно разрушение глин, карбонатов или других водосодержащих фаз в зоне разлома.
Реакции, которые разрушают глины или карбонаты, не позволяют температуре подниматься выше, при этом тепло используется в реакциях, которые производят нанокристаллическую смазку.Если в зоне разлома нет водной фазы или карбонатов, внезапный нагрев, который начинается при запуске скольжения, увеличивает локальную температуру в разломе вплоть до температуры плавления породы. В таких случаях расплав ведет себя как смазка, и поверхность скольжения оказывается покрытой расплавом (который превращается в стекло) вместо нанокристаллической смазки."Причина, по которой это случается нечасто, то есть причина, по которой мы не видим большого количества разломов со стеклом на них, заключается в том, что земная кора состоит в значительной степени из водной и карбонатной фаз, и даже горных пород, которые не имеют «У таких фаз обычно нет полевых шпатов, которые раздавливаются в зоне разлома», — пояснил Грин. «Полевые шпаты будут« разлагаться »до глины в течение ста лет или около того между землетрясениями, когда вода движется вдоль зоны разлома.
В этом случае, когда наступит следующее землетрясение, зона разлома будет готова с глинами и другими фазами, которые могут разрушиться, и процесс повторяется ".Исследование включало изучение лабораторных землетрясений — как землетрясений высокого давления, так и высокоскоростных — с помощью электронной микроскопии в экспериментах по трению и разломам. Именно лаборатория Грина впервые провела в 1989 году серию удачных экспериментов с правильным типом мантийных пород, которые позволили геологам понять, как действуют глубокие землетрясения.
В новой работе Грин и его команда также исследовали разлом Панчбоул, наследственную ветвь разлома Сан-Андреас, который был эксгумирован в результате эрозии с глубины в несколько километров, и обнаружили нанометрические материалы внутри разлома — как и было предсказано их моделью.