Механика землетрясений

Геологи не до конца понимают физику землетрясений. Однако большинство полагает, что они связаны с возникновением новых или распространением уже существующих разломов земной коры, возбуждающих колебания внутри нее и на ее поверхности. Сегодня понятно, что при высоких скоростях взаимного сдвига сторон образующегося разлома идет интенсивная генерация сейсмических волн; буквально за секунды рождаются опасные высокочастотные колебания, приводящие к сильным разрушениям. А низкочастотные волны, возникающие при медленных сдвигах, поглощает окружающая разлом среда, эти землетрясения мы просто не замечаем. В общем, чем быстрее распространяется разлом, тем быстрее энергия выделяется в окружающую среду.

Исследователи горячо обсуждают причины, которые вызывают вариации скорости сдвига. Недавно несколько ученых из европейских университетов опубликовали совместную статью, в которой показано, как различные виды сдвигов объединены единым физическим механизмом; главным фактором оказалась величина механических напряжений, накопленных до момента разрыва земной коры. Чтобы проверить теорию практикой, образцы гранитной горной породы, подвергаемые механическим напряжениям и обвешанные датчиками, нагревали так, будто они находятся на восьмиметровой глубине. В результате экспериментаторы добились своего и получили весь спектр наблюдаемых в природе скоростей разрывов. В полном согласии с теорией скорость варьировала от миллиметров до километров в секунду и зависела именно от того, сколько механической энергии удалось запасти в образце до начала сдвига, то есть от сил, приложенных вдоль будущего разрыва.

Работа доказывает, что медленные фронты характерны для неглубоких разрывов, а также для слоев земной коры, содержащих жидкие включения под большим давлением. Стало ясно, что один и тот же спящий и стабильный разлом может приводить и к слабым, и к сильным землетрясениям. Ранее считалось, что медленные разрывные движения в плотных и жестких средах, например гранитах, невозможны, а присущи, скажем, глинам и известнякам. К сожалению, теория пока не позволяет предсказать, где возникнет сильное землетрясение, так как ученые еще не умеют определять величины глубинных механических напряжений.

(Nature Communications, 11(5132), 2020)