Ingineria ca principală predicție de cutremur

Cercetătorii de la Universitatea Brown au descoperit că geometria rețelelor de falii, nu doar frecarea la liniile de falie, afectează foarte mult apariția și intensitatea cutremurelor. Credit: SciTechDaily.com

Cercetătorii de la Universitatea Brown au descoperit că geometria faliei, inclusiv dislocațiile și structurile complexe din zonele de falie, joacă un rol critic în determinarea probabilității și a intensității unui cutremur. Această constatare, bazată pe studii ale liniilor de falie din California, contestă opiniile tradiționale care se concentrează în primul rând pe frecare.

Aruncând o privire mai atentă asupra compoziției geometrice a rocilor din care provin cutremure, cercetătorii de la Universitatea Brown adaugă o nouă zbârcire credinței de mult timp despre cauzele cutremurelor, în primul rând.

Dinamica cutremurelor revizuită

Cercetarea, descrisă într-un articol publicat recent în jurnal naturăDezvăluie că modul în care sunt aliniate rețelele de defect joacă un rol crucial în determinarea locului în care are loc un cutremur și cât de puternic este acesta. Aceste descoperiri provoacă ideea tradițională conform căreia tipul de frecare care are loc la aceste defecțiuni este cel care guvernează în primul rând dacă au loc sau nu cutremure și ar putea îmbunătăți înțelegerea actuală a modului în care funcționează cutremure.

„Hârtia noastră prezintă această imagine foarte diferită a motivului pentru care au loc cutremure”, a spus Victor Tsai, geofizician la Universitatea Brown și unul dintre autorii principali ai lucrării. „Acest lucru are implicații foarte importante pentru locurile în care se poate aștepta să se producă cutremure față de locurile în care nu se pot aștepta cutremure și, de asemenea, pentru prezicerea unde vor fi cele mai dăunătoare cutremure.”

Vederi tradiționale despre mecanica cutremurelor

Liniile de falie sunt limitele vizibile de pe suprafața planetei unde plăcile solide care alcătuiesc litosfera Pământului se ciocnesc unele cu altele. Timp de zeci de ani, geofizicienii au interpretat că cutremurele au loc atunci când stresul se acumulează pe falii până la punctul în care defecțiunile alunecă sau se sparg rapid unele peste altele, eliberând stresul reținut într-o acțiune cunoscută sub numele de comportament de alunecare, spune Tsai.

Cercetătorii au emis ipoteza că alunecarea rapidă și mișcările intense ale solului care urmează sunt rezultatul frecării instabile care pot apărea la defecte. În schimb, ideea este că atunci când frecarea este stabilă, plăcile alunecă una împotriva celeilalte încet, fără să aibă loc un cutremur. Această mișcare constantă și lină este cunoscută și sub denumirea de târare.

Noi perspective asupra comportamentului liniei de defect

„Oamenii încearcă să măsoare aceste proprietăți de frecare, cum ar fi dacă o zonă de defect are o frecare instabilă sau o frecare stabilă și apoi, pe baza măsurătorilor de laborator ale acesteia, încearcă să prezică dacă veți avea sau nu un cutremur acolo”, a spus Cai. El a spus. „Descoperirile noastre sugerează că ar putea fi mai important să ne uităm la geometria defectelor din aceste rețele de falii, deoarece geometria complexă a structurilor din jurul acelor limite poate fi cea care creează acest comportament instabil versus stabil.”

Geometria de luat în considerare include complexități în structurile de rocă subiacente, cum ar fi coturile, golurile și treptele. Studiul se bazează pe modelarea matematică și pe studiul zonelor de falie din California, folosind date din Baza de date cuaternare a erorilor de la US Geological Survey și de la California Geological Survey.

Exemple detaliate și cercetări anterioare

Echipa de cercetare, care include și studentul absolvent al Universității Brown, Jaesuk Lee, și geofizicianul Greg Hirth, oferă un exemplu mai detaliat pentru a ilustra modul în care au loc cutremure. Ei spun să ne imaginăm că defectele se ciocnesc între ele ca având dinți zimțați ca marginea unui ferăstrău.

Când există mai puțini dinți sau dinți tociți, pietrele alunecă unele peste altele mai ușor, permițând târârile. Dar când structurile de rocă din aceste falii sunt mai complexe și mai aspre, aceste structuri se lipesc împreună și se lipesc. Când se întâmplă acest lucru, ei măresc presiunea și, în cele din urmă, pe măsură ce trag și împing mai tare, se rup, se desprind și provoacă cutremure.

Efectele complexității geometrice

Noul studiu se bazează pe jobul anterior Luați în considerare de ce unele cutremure generează o mișcare mai mare a solului în comparație cu alte cutremure din diferite părți ale lumii și, uneori, chiar cu cele de aceeași magnitudine. Studiul a arătat că ciocnirea blocurilor dintr-o zonă de defect în timpul unui cutremur contribuie în mod semnificativ la generarea de vibrații de înaltă frecvență și a ridicat ideea că complexitatea geometrică subterană poate juca, de asemenea, un rol în locul și de ce au loc cutremure.

Dezechilibrul și intensitatea cutremurului

Analizând datele de la faliile din California – care include binecunoscuta falie San Andreas – cercetătorii au descoperit că zonele de falie care aveau o geometrie complexă dedesubt, ceea ce înseamnă că structurile de acolo nu erau consistente, s-au dovedit a avea mișcări ale solului mai puternice decât mișcări mai puțin geometrice. complex. Zone de eroare. Aceasta înseamnă, de asemenea, că unele dintre aceste zone vor avea cutremure mai puternice, altele vor avea cutremure mai slabe, iar unele nu vor avea cutremure.

Cercetătorii au determinat acest lucru pe baza dezechilibrului mediu al erorilor pe care le-au analizat. Acest raport de dezaliniere măsoară cât de aproape sunt defectele într-o zonă dată și toate merg în aceeași direcție față de mersul în direcții diferite. Analiza a relevat că zonele de falii în care faliile sunt mai oblice provoacă episoade de alunecare sub formă de cutremure. Zonele de falie în care geometria faliei a fost mai aliniată au facilitat curgerea lină a faliei fără cutremure.

„Înțelegerea modului în care defecțiunile se comportă ca sistem este esențială pentru a înțelege de ce și cum au loc cutremure”, a spus Lee, studentul absolvent care a condus lucrarea. „Cercetarea noastră sugerează că complexitatea arhitecturii rețelei de eroare este factorul cheie și creează conexiuni semnificative între seturi de observații independente și le integrează într-un nou cadru.”

Direcții viitoare în cercetarea cutremurelor

Cercetătorii spun că trebuie făcută mai multă muncă pentru a valida pe deplin modelul, dar această lucrare preliminară sugerează că ideea este promițătoare, mai ales că nealinierea sau alinierea greșită este mai ușor de măsurat decât proprietățile de aliniere greșită. Dacă această lucrare este valabilă, ar putea fi într-o zi încorporată în modelele de predicție a cutremurelor.

Acest lucru rămâne departe în acest moment, deoarece cercetătorii încep să stabilească cum să se bazeze pe studiu.

„Cel mai evident lucru care urmează este să încercăm să trecem dincolo de California și să vedem cum rezistă acest model”, a spus Tsai. „Acesta este potențial o nouă modalitate de a înțelege cum au loc cutremure.”

Referință: „Geometria rețelei de defecte influențează comportamentul de frecare al cutremurelor” de Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee și Daniel T. Trugman, 5 iunie 2024, natură.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Cercetarea a fost susținută de Fundația Națională pentru Știință. Pe lângă Li, Tsai și Hirth, echipa a mai inclus Avighyan Chatterjee și Daniel Trugman de la Universitatea din Nevada, Reno.