Forskere udvikler en ny forklaring på destruktive jordskælvsvibrationer

Jordskælv producerer seismiske bølger med en række frekvenser, fra det lange, rullende bevægelser, der får skyskrabere til at svaje, til den rykker, højfrekvente vibrationer, der forårsager voldsom skade på huse og andre mindre konstruktioner. Et par geofysikere fra Brown University har en ny forklaring på, hvordan disse højfrekvente vibrationer kan frembringes.

I et blad udgivet i Geofysiske forskningsbreve , Brown fakultetsmedlemmer Victor Tsai og Greg Hirth foreslår, at klipper, der kolliderer inde i en forkastningszone, når et jordskælv sker, er de vigtigste generatorer af højfrekvente vibrationer. Det er en helt anden forklaring end den traditionelle, siger forskerne, og det kunne hjælpe med at forklare forvirrende seismiske mønstre lavet af nogle jordskælv. Det kan også hjælpe videnskabsmænd med at forudsige, hvilke fejl der sandsynligvis vil producere de mere skadelige jordskælv.

"Den måde, vi normalt tænker på jordskælv, er, at stress bygger sig op på en fejl, indtil den til sidst fejler, de to sider glider mod hinanden, og det er alene det, der forårsager alle de jordbevægelser, vi observerer, " sagde Tsai, en lektor i Browns Department of Earth, Miljø- og planetvidenskab. "Idéen med dette papir er at vurdere, om der er noget andet end bare glidning. Det grundlæggende spørgsmål er:Hvis du har genstande, der kolliderer inde i fejlzonen, mens den glider, hvad fysik kan resultere af det?"

Tegning fra matematiske modeller, der beskriver kollisioner af sten under jordskred og andre affaldsstrømme, Tsai og Hirth udviklede en model, der forudsiger de potentielle virkninger af stenkollisioner i forkastningszoner. Modellen foreslog, at kollisionerne faktisk kunne være den vigtigste drivkraft for højfrekvente vibrationer. Og at kombinere kollisionsmodellen med mere traditionelle friktionsslipmodeller giver rimelige forklaringer på jordskælvsobservationer, som ikke helt passer til den traditionelle model alene, siger forskerne.

For eksempel, den kombinerede model hjælper med at forklare gentagne jordskælv - jordskælv, der sker på samme sted i en forkastning og har næsten identiske seismiske bølgeformer. Det mærkelige ved disse jordskælv er, at de ofte har meget forskellige størrelser, alligevel producerer jorden bevægelser, der er næsten identiske. Det er svært at forklare med slip alene, men giver mere mening med kollisionsmodellen tilføjet, siger forskerne.

"Hvis du har to jordskælv i samme forkastningszone, det er de samme sten, der banker sammen – eller i det mindste sten af ​​stort set samme størrelse, " sagde Tsai. "Så hvis kollisioner producerer disse højfrekvente vibrationer, det er ikke overraskende, at du ville få de samme jordbevægelser ved disse frekvenser uanset mængden af ​​slip, der opstår."

Kollisionsmodellen kan også hjælpe med at forklare, hvorfor jordskælv i mere modne forkastningszoner - dem, der har haft mange jordskælv over en lang periode - har tendens til at producere mindre skade sammenlignet med jordskælv af samme størrelsesorden ved mere umodne forkastninger. Over tid, gentagne jordskælv har tendens til at slibe klipperne ned i en forkastning, gør fejlene nemmere. Kollisionsmodellen forudsiger, at jævnere forkastninger med mindre takkede sten, der kolliderer, ville producere svagere højfrekvente vibrationer.

Tsai siger, at der skal gøres mere arbejde for fuldt ud at validere modellen, men dette indledende arbejde antyder, at ideen er lovende. Hvis modellen faktisk viser sig gyldig, det kunne være nyttigt til at klassificere, hvilke fejl der sandsynligvis vil producere mere eller mindre skadelige jordskælv.

"Folk har gjort nogle observationer, at bestemte typer fejl synes at generere mere eller mindre højfrekvente bevægelser end andre, men det har ikke været klart, hvorfor fejl falder ind under den ene eller den anden kategori, " sagde han. "Det, vi leverer, er en potentiel ramme for at forstå, at og vi kunne potentielt generalisere dette til alle fejl rundt om i verden. Glattere fejl med afrundede indre strukturer kan generelt producere mindre højfrekvente bevægelser, mens grovere fejl ville have en tendens til at producere mere."

Forskningen tyder også på, at nogle langvarige ideer om, hvordan jordskælv fungerer, muligvis skal revideres.

"På en eller anden måde kan det betyde, at vi ved mindre om visse aspekter af jordskælv, end vi troede, " sagde Tsai. "Hvis fejlglidning ikke er hele historien, så har vi brug for en bedre forståelse af fejlzonestrukturen."