Кристаллы из глубин Земли раскрывают микроскопические ключи к движениям грунта при землетрясениях

Микроскопические дефекты в кристаллах горных пород глубоко под поверхностью Земли играют решающую роль в том, как грунт медленно движется и "перезагружается" после крупных землетрясений. К такому выводу пришло новое исследование с участием Кембриджского университета.

Напряжения, возникающие из-за этих дефектов, достаточно малых, чтобы нарушить атомную структуру кристалла, могут изменять поведение горячих пород в верхней мантии Земли. Это, в свою очередь, влияет на передачу напряжения обратно к поверхности, запуская отсчёт времени до следующего землетрясения. Исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые детально картирует эти кристаллические дефекты и окружающие их силовые поля.

Понимание того, как эти дефекты влияют на породы верхней мантии, позволит учёным точнее интерпретировать измерения движений грунта после землетрясений. Эти данные несут жизненно важную информацию о том, где накапливается напряжение и, следовательно, где могут произойти будущие сейсмические события. Работа показывает, что то, как поверхность Земли "устаканивается" после землетрясения и накапливает напряжение перед следующим, в конечном итоге можно проследить до крошечных дефектов в глубоких кристаллах.

Команда подвергла кристаллы оливина — основного компонента верхней мантии — различным давлениям и температурам, чтобы воспроизвести условия на глубине до 100 км, где породы настолько горячие (~1250°C), что текут подобно сиропу. Наблюдения с помощью высокоразрешающей электронной микроскопии (метод дифракции обратнорассеянных электронов) показали, как горячие породы после землетрясения могут течь почти как сироп, а со временем становиться вязкими. Это изменение вязкости передаёт напряжение выше, в холодную и хрупкую кору, где оно накапливается до следующего разрыва.

«Если вы понимаете, как быстро эти глубинные породы могут течь и сколько времени требуется для передачи напряжения в разломах, мы можем получить более точные прогнозы, где и когда произойдёт следующее землетрясение», — сказал ведущий автор доктор Дэвид Уоллис. Он пояснил, что нерегулярности в кристаллах со временем всё больше «запутываются», и именно этот процесс, а не взаимодействие кристаллов друг с другом, делает породы более вязкими.

Исследователи надеются применить свои результаты для улучшения карт сейсмической опасности, которые часто используются в таких активных зонах, как южная Калифорния. Текущие модели обычно учитывают лишь непосредственные изменения в разломных зонах, а не постепенное перераспределение напряжений в глубоко залегающих текучих породах. В сотрудничестве с Утрехтским университетом команда также планирует применить новые лабораторные данные к моделям, анализирующим последствия разрушительных землетрясений 2004 года в Индонезии и 2011 года в Японии.