A geometria, mint a földrengések úttörő előrejelzője | EatchbQ

SciTechDaily

A Brown Egyetem kutatói felfedezték, hogy a törésvonalak súrlódása helyett a töréshálózatok geometriája jelentős hatással van a földrengések előfordulására és intenzitására. Jóváírás: SciTechDaily.com

A Brown Egyetem kutatói azt találták, hogy a hibageometria, beleértve az eltéréseket és a hibazónákon belüli összetett szerkezeteket, kritikus szerepet játszik a földrengések valószínűségének és erősségének meghatározásában. Ez a kaliforniai törésvonalak tanulmányain alapuló megállapítás megkérdőjelezi azokat a hagyományos nézeteket, amelyek elsősorban a súrlódásra összpontosítanak.

Azzal, hogy alaposabban megvizsgálják a kőzetek geometriai felépítését, ahol földrengések fordulnak elő, a Brown Egyetem kutatói új ráncot adnak a régóta fennálló hiedelmet illetően, hogy mi okozza a szeizmikus földrengéseket.

A földrengések dinamikájának újragondolása

A kutatást a folyóiratban nemrég megjelent cikk ismerteti Természet, feltárja, hogy a hibahálózatok összehangolásának módja kritikus szerepet játszik a földrengés helyének és erősségének meghatározásában. Az eredmények megkérdőjelezik azt a hagyományosabb elképzelést, miszerint elsősorban az ezeken a hibákon fellépő súrlódások típusa szabályozza, hogy előfordul-e földrengés vagy sem, és javíthatják a földrengések működésének jelenlegi megértését.

“A lapunk nagyon eltérő képet fest arról, hogy miért történnek földrengések” – mondta Victor Tsai Brown geofizikus, a lap egyik vezető szerzője. “És ennek nagyon fontos következményei vannak arra nézve, hogy hol várhatóak földrengések, és hol nem, valamint hogy hol lesznek a legkárosabb földrengések.”

A földrengés mechanikájának hagyományos nézetei

A törésvonalak azok a látható határvonalak a bolygó felszínén, ahol a Föld litoszféráját alkotó merev lemezek ütköznek egymással. Tsai elmondása szerint a geofizikusok évtizedek óta úgy magyarázták a földrengéseket, mint akkor, amikor a hibák miatti stressz annyira felhalmozódik, hogy a hibák gyorsan elcsúsznak vagy áttörik egymást, felszabadítva a felgyülemlett nyomást az úgynevezett bot-csúszási viselkedés során.

A tudósok elmélete szerint az ezt követő gyors csúszás és intenzív talajmozgás a hibákon fellépő instabil súrlódás eredménye. Ezzel szemben az ötlet az, hogy ha a súrlódás stabil, a lemezek lassan, földrengés nélkül csúsznak egymáshoz. Ezt a stabil és sima mozgást kúszásnak is nevezik.

Új perspektívák a törésvonal viselkedéséről

“Az emberek megpróbálták mérni ezeket a súrlódási tulajdonságokat, például azt, hogy a hibazónában van-e instabil vagy stabil súrlódás, majd ennek laboratóriumi mérései alapján megpróbálják megjósolni, hogy lesz-e földrengés vagy nem – mondta Tsai. “Eredményeink azt sugallják, hogy relevánsabb lehet megvizsgálni a hibák geometriáját ezekben a hibahálózatokban, mert lehet, hogy a határok körüli struktúrák összetett geometriája hozza létre ezt az instabil versus stabil viselkedést.”

A figyelembe veendő geometria magában foglalja az alatta lévő kőzetszerkezetek bonyolultságait, például a hajlatokat, repedéseket és lépcsőzeteket. A tanulmány a kaliforniai törészónák matematikai modellezésén és vizsgálatán alapul, felhasználva az US Geological Survey Quaternary Fault Database és a California Geological Survey adatait.

Részletes példák és korábbi kutatások

A kutatócsoport, amelyben a Brown végzős hallgató, Jaeseok Lee és Brown geofizikus, Greg Hirth is helyet kapott, részletesebb példát mutat be a földrengések előfordulásának szemléltetésére. Azt mondják, hogy az ember úgy képzeli el, hogy az egymásnak feszülő hibák fogazott fogaik vannak, mint a fűrész éle.

Ha kevesebb vagy nem olyan éles fog van, a kövek simábban csúsznak el egymás mellett, lehetővé téve a kúszást. Ha azonban ezekben a törésekben a kőzetszerkezetek összetettebbek és csipkézettebbek, ezek a struktúrák beszorítják egymást és elakadnak. Amikor ez megtörténik, nyomás nehezedik rájuk, és végül, ahogy egyre erősebben húznak és nyomnak, elpattannak, szétválnak, és földrengésekhez vezetnek.

A geometriai komplexitás következményei

Az új tanulmány erre épít Korábbi munkaviszony megvizsgálja, hogy egyes földrengések miért generálnak több földrengést, mint a világ különböző részein előforduló földrengések, néha még az azonos erősségűeket is. A tanulmány kimutatta, hogy a földrengés során a törészónában ütköző blokkok jelentősen hozzájárulnak a magas frekvenciájú rezgések kialakulásához, és felkeltették az ötletet, hogy talán a felszín alatti geometriai összetettség is szerepet játszik abban, hogy hol és miért fordulnak elő földrengések.

Az elmozdulás és a földrengés intenzitása

A kaliforniai hibák adatait elemezve – amely magában foglalja a jól ismert San Andreas-hibát is – a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a bonyolult alapgeometriájú, vagyis a szerkezetek nem olyan igazodó törészónái erősebb talajmozgást mutatnak, mint a kevésbé geometrikusak összetett hibái. zónák. Ez azt is jelenti, hogy ezen zónák némelyikében erősebb földrengések, mások gyengébbek lennének, és néhányban nem lenne földrengés.

A kutatók ezt az általuk elemzett hibák átlagos eltérése alapján határozták meg. Ez az eltolódási arány azt méri, hogy egy adott területen milyen szorosan illeszkednek a hibák, és mindegyik ugyanabba az irányba megy, szemben a sok különböző irányba. Az elemzés feltárta, hogy azok a törészónák, ahol a hibák hibásabbak, földrengések formájában csúszásos epizódokat okoznak. A törészónák, ahol a vetések geometriája jobban alkalmazkodott, megkönnyítették a földrengések nélküli kúszást.

“A hibák rendszerkénti viselkedésének megértése fontos annak megértéséhez, hogy miért és hogyan fordulnak elő földrengések” – mondta Lee, a munkát vezető végzős hallgató. “Kutatásunk azt mutatja, hogy a hibahálózat geometriájának összetettsége a kulcstényező, amely értelmes kapcsolatokat hoz létre a független megfigyelések halmazai között, és integrálja őket egy új keretbe.”

A földrengéskutatás jövőbeli irányai

A kutatók szerint még több munkát kell végezni a modell teljes validálásához, de ez a kezdeti munka azt sugallja, hogy az ötlet ígéretes, különösen azért, mert a hibák igazodása vagy eltolódása könnyebben mérhető, mint a hiba súrlódási tulajdonságai. Ha érvényes, a munka egy napon földrengés-előrejelzési modellekbe szőhető.

Ez egyelőre még messze van, mivel a kutatók elkezdik felvázolni, hogyan építsenek a tanulmányra.

“A legnyilvánvalóbb dolog, ami ezután következik, az, hogy megpróbálunk túllépni Kalifornián, és megnézni, hogyan állja meg a helyét ez a modell” – mondta Tsai. “Ez potenciálisan új módja annak, hogy megértsük, hogyan fordulnak elő földrengések.”

Hivatkozás: Jaeseok Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee és Daniel T. Trugman „Fault Network Geometry Affects Earthquake Friction Behavior”, 2024. június 5. Természet.
DOI: 10.1038/s41586-024-07518-6

A kutatást a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatta. Lee, Tsai és Hirth mellett Avigyan Chatterjee és Daniel T. Trugman is helyet kapott a Nevada Reno Egyetemről.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *