Лабораторные землетрясения показывают, как зерна на границах разломов приводят к сильным толчкам

Имитируя землетрясения в лаборатории, инженеры Калифорнийского технологического института (Caltech) получили убедительные экспериментальные доказательства в поддержку механизма распространения сейсмических разрывов, который, как сейчас считается, ответственен за землетрясение магнитудой 9.0, опустошившее побережье Японии в 2011 году.

Вдоль некоторых линий разломов, которые являются границами тектонических плит, образуется мелкозернистая породная масса (горная мука) в результате трения плит друг о друга. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 1 июня, показывает, что эта масса сначала останавливает распространение разрыва, но затем вызывает его повторное зарождение, что приводит к мощным толчкам.

Исследование опровергает представление о том, что так называемые «стабильные» или «ползучие» разломы, где плиты медленно скользят без сильных землетрясений, не подвержены крупным разрывам. Вместо этого, поведение горной муки сложнее: сначала она поглощает энергию и блокирует разрыв, но при достижении достаточно высокой скорости скольжения трение на контакте резко ослабевает, что приводит к «ренуклеации» — повторному зарождению землетрясения.

«Наши эксперименты показывают, как эти поведения могут сочетаться в одних и тех же точках разлома во время одного события скольжения, приводя к прерывистому скольжению и потенциально превращая барьер разлома в область, подверженную землетрясениям», — говорит соавтор работы Надя Лапуста.

Для моделирования использовалась «сейсмологическая аэродинамическая труба» Caltech. Ученые создавали давление и сдвиг в прозрачном пластиковом блоке с кварцевым порошком, имитирующим горную муку, и инициировали миниатюрный разрыв, записывая его развитие с высокой скоростью. В дальнейшем команда планирует изучить влияние флюидов, естественно присутствующих в земной коре, на поведение горной муки.