Forskere forklarer langsomtgående jordskælv kendt som langsom glidehændelser

Jordens undergrund er et ekstremt aktivt sted, hvor bevægelser og friktion af plader dybt under jorden former vores landskab og styrer intensiteten af ​​farerne ovenfor. Mens Jordens bevægelser under jordskælv og vulkanudbrud er blevet registreret af sarte instrumenter, analyseret af forskere og begrænset af matematiske ligninger, de fortæller ikke hele historien om de skiftende plader under vores fødder.

I løbet af de sidste to årtier, fremkomsten af ​​det globale positioneringssystem – inklusive modtagere med ekstremt følsomme sensorer, der fanger millimeters bevægelse – har gjort videnskabsmænd opmærksomme på jordskælvslignende fænomener, som har været udfordrende at udrede. Blandt dem er såkaldte slow slip-begivenheder, eller langsomt bevægende jordskælv - glidning, der sker over uger ad gangen, uden at mennesker ved det på overfladen.

Disse langsomme glidehændelser forekommer over hele verden og hjælper muligvis med at udløse større jordskælv. De største hændelser med langsom udskridning forekommer i subduktionszoner, hvor en tektonisk plade dykker ned under en anden, til sidst danner bjerge og vulkaner over millioner af år. Nye computersimuleringer produceret af forskere ved Stanford University og offentliggjort online 15. juni i Journal of the Mechanics and Physics of Faststoffer kan forklare disse skjulte bevægelser.

"Slow slip er så spændende et fænomen. Langsom glidehændelser er både så udbredte og virkelig så uforklarlige, at de er et puslespil, der dingler foran os som videnskabsmænd, som vi alle ønsker at løse, " sagde studie medforfatter Eric Dunham, en lektor i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth). "Vi har kendt til langsom slip i næsten 20 år, og der er stadig ikke en stor forståelse for, hvorfor det sker."

Smukke, men stærk

Disse begivenheder er især udfordrende at forklare på grund af deres ustabile, men træg karakter. Fejlen glider ikke støt, men i stedet, glider med jævne mellemrum, accelererer, når dog aldrig det punkt, hvor den udsender seismiske bølger, der er store nok til, at mennesker kan opdage.

På trods af deres snigende natur, begivenheder med langsom slip kan tilføje sig. I en isstrøm i Antarktis, begivenhederne med langsom skridning sker to gange dagligt, sidste 30 minutter og svarer til jordskælv med en styrke på 7,0, sagde Dunham.

Forskere mener, at ændringer i friktion forklarer, hvor hurtigt rock på hver side af forkastningen glider. Med det i tankerne, de antog, at langsomme skridhændelser startede som jordskælv, med en type friktion kendt som rate-weakening, der gør glidning fundamentalt ustabil. Men mange laboratoriefriktionseksperimenter modsagde den idé. I stedet, de havde fundet ud af, at sten fra områder med langsom skridning udviser en mere stabil form for friktion kendt som hastighedsforstærkning, almindeligt anset for at producere stabil glidning. De nye computersimuleringer løste denne inkonsistens ved at vise, hvordan langsom slip kan opstå med modsat tilsyneladende hastighedsforstærkende friktion.

"En håndfuld undersøgelser havde vist, at der er måder at destabilisere satsforstærkende friktion på. indtil vores papir, ingen havde indset, at hvis du simulerede disse ustabiliteter, de bliver faktisk til langsom glidning, de bliver ikke til jordskælv, "ifølge hovedforfatter Elias Heimisson, en doktorgradskandidat ved Stanford Earth. "Vi har også identificeret en ny mekanisme til at generere langsom slip ustabilitet."

Fysikkens love

Dunhams forskergruppe nærmer sig ubesvarede spørgsmål om Jorden ved at overveje alle de mulige fysiske processer, der kan være på spil. I dette tilfælde, fejl opstår i bjergarter, der er mættet i væske, giver dem det, der er kendt som en porelastisk natur, hvor porerne tillader klippen at udvide sig og trække sig sammen, som ændrer væsketrykket. Gruppen var nysgerrig efter, hvordan disse ændringer i tryk kan ændre friktionsmodstanden på fejl.

"I dette tilfælde, vi startede ikke på dette projekt for at forklare begivenheder med langsom skridning - vi startede med det, fordi vi vidste, at sten har denne poroelastiske natur, og vi ville se, hvilke konsekvenser det havde, " sagde Dunham. "Vi troede aldrig, at det ville give anledning til langsomme slip-begivenheder, og vi troede aldrig, at det ville destabilisere fejl med denne type friktion."

Med disse nye simuleringer, der tegner sig for klippens porøse natur, gruppen fandt ud af, at når sten bliver klemt og væsker ikke kan slippe ud, trykket stiger. Denne trykstigning reducerer friktionen, fører til en langsom slip-begivenhed.

"Teorien er på højt niveau, "Heimisson sagde." Vi ser disse interessante ting, når du tager højde for poroelasticitet, og folk måske vil bruge det mere bredt i modeller af seismiske cyklusser eller specifikke jordskælv. "

Heimisson vil skabe en 3-D-simulering baseret på denne teori som postdoktor ved California Institute of Technology.