Профессор инженерии раскрывает загадку глубокофокусных землетрясений

Профессор Ксандиппи Маркенскофф из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложила решение давней научной загадки о природе глубокофокусных землетрясений, происходящих на глубинах от 400 до 700 километров. Её работа, опубликованная в Journal of the Mechanics and Physics of Solids, объясняет, как под колоссальным давлением рождаются сейсмические сдвиговые волны, характерные для этих событий магнитудой до 8,3.

Ключом к разгадке стали две неустойчивости, возникающие при сверхвысоком давлении в мантии. Считается, что землетрясения на такой глубине вызываются фазовым переходом породы оливина в более плотный шпинель, что сопровождается «объемным коллапсом» (уменьшением объёма). Маркенскофф показала, что растущая область фазового перехода принимает не сферическую, а сплюснутую «блинообразную» форму, чтобы минимизировать энергию распространения. Это нарушение симметрии как раз и создаёт сдвиговую деформацию, генерирующую наблюдаемые сейсмические волны. Кроме того, её модель выявила вторую неустойчивость: после запуска процесс коллапса может разрастаться лавинообразно, не требуя дополнительной энергии.

«Нарушение сферической симметрии формы преобразующейся породы минимизирует энергию, необходимую для роста большой области фазового перехода, — пояснила Маркенскофф. — Вы не тратите энергию на перемещение поверхности большой сферы, а только её периметра».

Открытие, основанное на фундаментальных теоремах математической физики, не только решает многолетнюю геофизическую проблему, но и проливает свет на другие процессы, такие как планетарные удары и аморфизация, где происходят сходные динамические фазовые превращения под высоким давлением. Работа служит важным напоминанием о необходимости глубокого изучения фундаментальных наук для понимания тайн природы.