De langsomme jordskælv, som vi ikke kan mærke, kan være med til at beskytte mod de ødelæggende

Jordskælv er pludselige, og deres rystelser kan være ødelæggende. Men for omkring 20 år siden, en ny type jordskælv blev opdaget. Vi kan ikke mærke dem, og geologer ved stadig meget lidt om dem, såsom hvor ofte de forekommer.

Regelmæssige jordskælv opstår, når sten under jorden brækker langs en forkastning - en revne i jordskorpen, der almindeligvis danner en grænse mellem tektoniske plader - og glider med en hastighed på omkring en meter i sekundet.

Tidligere, man troede, at medmindre der er et jordskælv, fejl bevæger sig meget langsomt, ved fingerneglevækst. Derefter, bedre jordskælvsdetektionsinstrumenter afslørede, at der er en lang række glidehastigheder imellem. Disse er kendt som langsomme jordskælv og kan vare dagevis, måneder eller nogle gange endda år.

"Jordens bevægelse accelererer, men den accelererer ikke til det punkt, hvor den laver et jordskælv, der kan mærkes på overfladen, " sagde Dr. Ake Fagereng, en geolog ved Cardiff University i Storbritannien.

Der er dog stadig mange spørgsmål, der skal besvares om langsomme jordskælv. hvordan de sker, for eksempel, stadig ikke klart, samt hvilke konsekvenser det kan have.

Dr. Fagereng og hans kolleger er især interesseret i langsomme jordskælvs forhold til almindelige og de forhold, der giver anledning til disse begivenheder, som de undersøger som en del af et projekt kaldet MICA. "Hvis vi kan finde ud af det, så kan vi forhåbentlig også finde ud af, om de forhold kan ændre sig, så et jordskælv fremskynder, " sagde Dr. Fagereng.

Ud over at bore i et offshore-område i New Zealand, der oplever langsomme jordskælv, holdet har besøgt regioner i Japan, Namibia, Cypern og Storbritannien, som ville have oplevet dem tidligere. Da de forekommer dybt under jordens overflade, som er svært at studere, forskerne har valgt områder, der engang var i de passende dybder og forhold, men som er blevet bragt til overfladen over tid på grund af erosion og løft.

"Vi leder efter strukturer, der er dannet (som et resultat af langsomme jordskælv), og hvad de fortæller os om, hvordan klipperne rummede det skred, " sagde Dr. Fagereng.

Kryb

Deres teori er, at langsomme jordskælv opstår, når kryb - bittesmå, kontinuerlige bevægelser i en fejl - accelererer i hele fejlzonen, som kan være flere kilometer tyk. Deres feltobservationer viste, at en forkastning kan bestå af forskellige stentyper med varierende styrke, såsom fast basalt og granit og svagere lerrige sedimenter. De havde mistanke om, at stærkere sten begynder at knække, efterhånden som krybningen accelererer på grund af svagere sten, der bevæger sig rundt om dem, men kunne ikke forklare præcis hvorfor.

Ved at bruge information fra deres feltarbejde, de har nu udviklet en matematisk model til at gengive deres teori og beskrive noget af fysikken bag den. En blanding af sten med forskellige deformationsstile - såsom brud eller bøjning - ser ud til at være nøglen. Der kræves en andel krybende svag sten, samt lokalt højt nok tryk til at få nogle sten til at briste.

"En mulighed for disse langsomme jordskælv er, at du har en tyk krybende zone med indlejrede stærkere (klippe)stykker, " sagde Dr. Fagereng.

Holdet planlægger at følge op med flere feltobservationer for at forfine deres model. De kan stadig ikke forklare, hvorfor langsomme jordskælv forekommer på bestemte steder, for eksempel, og hvorfor de er meget mere forudsigelige end almindelige jordskælv, forekommer ofte med faste intervaller.

Dr. Fagereng mener, at resultaterne fra projektet kan hjælpe med at forbedre jordskælvs- og tsunamiprognoserne. Sidste år, forskere fandt det første bevis på et langsomt jordskælv forud for et regulært jordskælv i et område vest for Fairbanks, Alaska, i USA. Men sammenhængen mellem de to typer rystelser er ikke godt forstået. I nogle tilfælde, Langsomme jordskælv kan også afhjælpe stress, der ellers ville bygge sig op og forårsage et større jordskælv.

"Vi håber at komme et sted hen til, hvad forholdet er mellem langsomme jordskælv og almindelige jordskælv, " sagde Dr. Fagereng. "Og så kunne det potentielt indgå i modeller for, hvilken størrelse jordskælv du kan få i forskellige regioner."

Laboratorieforsøg kunne også kaste lys over langsomme jordskælvs fysik. Dr. Nicolas Brantut fra University College London i Storbritannien og hans kolleger bruger skræddersyede maskiner, der kan deformere stenprøver ved høje tryk og temperaturer for at efterligne forhold dybt under jordens overflade.

Skør-plastik overgang

Hans team er især interesseret i overgangen til skør-plastik, et område omkring 10 til 15 kilometer under overfladen, hvor klippernes adfærd ændrer sig. Over denne zone er de skøre, mens de under den flyder på grund af den høje temperatur og det høje tryk, som stiger med dybden. "Den skøre del er, hvor du har jordskælv, " sagde Dr. Brantut.

Imidlertid, langsomme jordskælv synes at forekomme i den skøre plastik zone, baseret på seismologiske observationer. I mange tilfælde, de finder også sted ved de samme temperatur- og trykforhold, som findes i denne region. Men indtil videre, hændelser med langsomme skridninger er typisk blevet modelleret ud fra friktionskræfterne ved en forkastning uden at tage højde for særegenhederne ved den skøre-plastik overgangszone, hvor sten begynder at flyde.

"Interaktionerne mellem friktionsmekanismer og plastiske strømningsmekanismer er ikke forstået godt nok til at udelukke dem som mekanismer for langsomme jordskælv, " sagde Dr. Brantut.

Som en del af RockDEaF-projektet, Dr. Brantut og hans team undersøger klippernes bevægelse ved overgangen til skørt plastik. De kopierer forholdene i denne region på klippestykker, som er centimeter lange for at se, om de revner eller flyder. "Vi ønsker at forstå, hvordan disse mekanismer konkurrerer med hinanden, " sagde Dr. Brantut.

Simulering

Indtil nu, holdet har undersøgt overgangen til skør-plastik ved at simulere en fejl i jordskorpen i en marmorblok. De undersøgte klippens opførsel ved forskellige tryk og forventede at finde en skarp overgang mellem sprød og plastisk adfærd.

Imidlertid, de var overraskede over at opdage, at begge adfærd fandt sted samtidigt under en bred vifte af trykforhold. "Dette er noget, som jeg tror, ​​ingen har indset før, " sagde Dr. Brantut. "Det faktum, at vi kan have både friktion og deformation i et kontinuum på samme tid."

Dr. Brantut mener, at resultaterne fra projektet kan hjælpe med at fastslå, hvor langsomme jordskælv kan forekomme, ved at bestemme betingelserne og egenskaberne for sten, der er påkrævet.

Men de kunne også give nye fingerpeg om de dybder, hvor almindelige jordskælv opstår. Temperaturen under jordens overflade stiger som funktion af dybden, hvilket typisk er en stigning på 10°C til 40°C pr. kilometer i skorpen. Et jordskælvs laveste oprindelsespunkt menes at falde sammen med dybder, der når 600°C, da sten bliver smidige, når de overstiger denne temperatur og derfor ikke kan knække og generere et jordskælv. Imidlertid bør en bedre forståelse af overgangen i klippeopførsel hjælpe med at afgøre, om temperaturen er den afgørende faktor.

"Vi burde forstå mere om, hvad der virkelig styrer, hvor dybt vi kan forvente, at jordskælv breder sig, " sagde Dr. Brantut.