Как микротрещины приводят к крупномасштабным разломам

Геологические и топографические особенности Земли во многом формируются разломами и трещинами в её хрупкой коре. Разломы зарождаются из существующих микроскопических неоднородностей в породе. При возрастающем напряжении в этих зонах образуются крошечные трещины, которые растут и взаимодействуют, пока порода не подвергнется крупномасштабному разрушению.

Компьютерное моделирование этого процесса углубляет понимание образования разломов и долгосрочного тектонического формирования поверхности планеты. Однако адекватно и эффективно смоделировать эволюцию разрушения породы — сложная задача.

Лéo Пети и его коллеги представили новый набор уравнений, описывающих деформацию горных пород в земной коре. Исследование опубликовано в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

Этот подход, названный SCAM-фреймворком (subcritically altered Maxwell), призван связать микроскопические процессы разрушения породы с крупномасштабной деформацией таким образом, чтобы метод был достаточно прост для широкого использования.

Отличие SCAM-фреймворка от предыдущих подходов в том, что его параметры можно калибровать по данным экспериментов по деформации пород, но с низкими вычислительными затратами. Это позволяет точнее моделировать, как микротрещины накапливаются и взаимодействуют, формируя разломы.

Исследователи также показали, что с помощью SCAM-фреймворка можно моделировать миллионы лет изменений в 10-километровой толще хрупкой коры. Размеры разломов и смещения в симуляции соответствуют реальным данным, что подчеркивает потенциал метода.

Несмотря на существующие ограничения, которые могут быть устранены в будущем, этот фреймворк уже способен углубить понимание таких явлений, как сейсмическая опасность, выветривание и эрозия пород, проницаемость и движение флюидов, а также долгосрочная судьба тектонических плит.