Ученые моделируют среднюю кору Земли для понимания землетрясений

Впервые удалось измерить сопротивление материала разрушению при различных типах тектонических движений в средней коре Земли. Это открытие может улучшить понимание взаимодействия между крупными землетрясениями и более медленными событиями. Исследование провела команда из Института геофизики Техасского университета (UTIG), а его результаты опубликованы в сентябрьском выпуске журнала Nature Geoscience.

Ученые использовали гелеобразное вещество Carbopol, способное имитировать свойства горных пород средней коры, поскольку оно одновременно хрупкое и пластичное. Исследователи проводили сдвиговые испытания, растягивая части материала в противоположных направлениях, что аналогично процессам в породах во время землетрясений или медленных сейсмических событий. Последние похожи на землетрясения, но происходят в течение гораздо более длительного времени. Ранее подобные исследования в основном опирались на измерения GPS и законы трения, не учитывая поведение пород при размягчении под воздействием тепла и давления.

«До конца не ясно, как медленные события взаимодействуют с землетрясениями: могут ли они их запускать или, наоборот, землетрясения запускают медленные события», — отмечает ведущий автор исследования Жаклин Ребер. Работа также проливает свет на природу медленных деформационных транзиентов — временных изменений напряжения в окружающих породах, вызванных тектоническим движением. «Лучше понимая механику этих транзиентов, мы в конечном итоге надеемся получить лучшее представление об их связи с крупными катастрофическими землетрясениями».

В отличие от медленных событий, землетрясения (или события «прилипания-проскальзывания») происходят при быстром чередовании сцепления и скольжения поверхностей. «В то время как предыдущие исследования в основном фокусировались на поведении трения, мы в своей работе сосредоточились на влиянии реологии (как материал течет под напряжением), особенно в полухрупком состоянии», — пояснила Ребер. Полухрупкую среднюю кору можно сравнить с шоколадным батончиком из орехов и карамели, где орехи — хрупкая порода, а карамель — пластичная.

Используя простой пружинный сдвиговый аппарат, ученые воздействовали на Carbopol, в котором соотношение хрупких и пластичных компонентов определяет предел прочности перед необратимой деформацией или разрушением. При более низком пределе текучести материал имитировал более горячие и вязкие породы из глубоких слоев коры, становясь более пластичным; при более высоком — более холодные и хрупкие породы. Тесты показали вязкую деформацию и постоянное ползучее движение при низком напряжении и поведение типа «прилипание-проскальзывание» при высоком. Это подчеркивает важность сложных свойств материала для определения характера и скорости его реакции на нагрузку.