Глубинные разломы земной коры способны быстро восстанавливать свою целостность после сейсмических подвижек. К такому выводу пришли исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе, чья работа, опубликованная в журнале Science Advances, меняет существующие представления о поведении разломов, связанных с крупными землетрясениями. Это открытие, поддержанное грантами Национального научного фонда, указывает на важный фактор, который ранее недооценивался в сейсмологии.
Профессор Аманда Томас из Калифорнийского университета в Дэвисе, ведущий автор исследования, подчеркнула, что глубокие разломы могут «залечивать» себя в течение нескольких часов. Это заставляет ученых пересмотреть реологическое поведение разломов и задуматься, не упускали ли они из виду нечто очень важное.
Аманда Томас, ее коллега профессор Джеймс Уоткинс и их команда сосредоточили внимание на медленных сейсмических подвижках (SSEs), которые по своей природе напоминают крайне медленные землетрясения.
Обычные землетрясения происходят, когда напряжения, накапливающиеся на протяжении веков или тысячелетий в результате движения тектонических плит, внезапно высвобождаются, вызывая сильные толчки, длящиеся всего несколько секунд.
Около 2002 года исследователи начали фиксировать иной тип сейсмической активности. При медленных подвижках напряжения накапливаются от месяцев до нескольких лет, а затем высвобождаются в виде движений всего на несколько сантиметров, плавно происходящих в течение дней, недель или даже месяцев.
Чтобы глубже понять эти глубинные явления, ученые проанализировали сейсмические данные из зоны субдукции Каскадия на северо–западе Тихоокеанского региона. Здесь плита Хуан де Фука подползает под Североамериканскую плиту. В этом регионе медленные подвижки ведут себя иначе, чем обычные землетрясения: один и тот же участок разлома может вновь сместиться уже через несколько часов или дней. Это свидетельствует о том, что разлом частично восстановил свою прочность, и напряжение в нем снова нарастает очень быстро.
Аманда Томас отметила, что даже незначительные приливные силы демонстрируют, насколько быстро может восстанавливаться напряжение. Гравитационное притяжение Солнца и Луны воздействует на земную кору так же, как и на океанские приливы. Кроме того, смещающийся вес морской воды также оказывает давление на глубинные породы.
Главный вопрос оставался открытым: как разлом способен восстанавливаться так оперативно?
Профессор Уоткинс, геохимик, специализирующийся на поведении минералов при высоких температурах и давлениях, применил лабораторное оборудование, способное имитировать условия, существующие глубоко в земной коре или под вулканами.
Для воссоздания условий после медленной подвижки разлома Уоткинс и Томас поместили порошкообразный кварц в серебряный цилиндр, герметично запечатали его и подвергли давлению в 1 гигапаскаль (что в 10 000 раз превышает атмосферное давление) при температуре 500 градусов Цельсия.
Уоткинс пояснил, что они «имитируют то, что происходит после медленной подвижки: нагревают образец и наблюдают за ним».
Исследователи измерили скорость звуковых волн, проходящих через обработанный кварц, а затем вскрыли цилиндры и изучили образцы с помощью электронной микроскопии.
Оказалось, что минеральные зерна под действием давления вновь сплавились между собой.
Аманда Томас сравнила это со «своего рода быстросхватывающимся клеем для разломов», подчеркнув, что процесс происходит очень быстро и позволяет разлому значительно восстановить свою прочность.
Эта способность разломов восстанавливать прочность, известная как когезия, может быть важна и в других тектонических условиях, включая более мелкие системы и регионы, где происходят крупные землетрясения.
Аманда Томас добавила, что «в большинстве моделей когезия игнорируется, но при определенных условиях она может быть гораздо важнее, чем представлялось».
Томас и Уоткинс недавно получили новый грант Национального научного фонда для расширения своих исследований когезии в сейсмических разломах.
Уоткинс отметил, что это открытие «связывает события микроскопического масштаба с крупными надвиговыми землетрясениями, распространяющимися на сотни километров».
В исследовании также участвовали Николас Билер из Геологической службы США, Мелоди Френч из Университета Райса, Уитни Бер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Марк Рид из Университета Орегона.
