Videnskabsmand får ny indsigt i jordskælvenes oprindelse

Nogle gange knap mærkbar, og på andre tidspunkter ødelæggende, jordskælv er et stort geologisk fænomen, som giver en skarp påmindelse om, at vores planet er i konstant udvikling. Forskere har gjort betydelige fremskridt med at forstå disse begivenheder i løbet af de sidste 50 år takket være sensorer opsat rundt om i verden. Og mens vi ved, at jordskælv er forårsaget af skift i tektoniske plader, der er stadig meget at lære om, hvordan og hvorfor de opstår.

Passelègue, en videnskabsmand ved ENAC's Laboratory of Experimental Rock Mechanics (LEMR), har studeret dynamikken i forkastninger - eller områderne mellem tektoniske plader, hvor de fleste jordskælv forekommer - i de sidste ti år. Han gjorde for nylig et gennembrud i forståelsen af ​​de brudmekanismer, der i sidste ende fører til seismiske skift langs brudlinjer. Hans resultater blev offentliggjort i den prestigefyldte Naturkommunikation den 12. oktober 2020.

"Vi ved, at brudhastigheder kan variere fra et par millimeter pr. sekund til et par kilometer pr. sekund, når først kernedannelse finder sted [den proces, hvorved et slip udvider sig eksponentielt]. Men vi ved ikke, hvorfor nogle brud forplanter sig meget langsomt, og andre bevæger sig hurtigt. , " siger Passelègue. "Men, det er vigtigt at vide, fordi jo hurtigere udbredelsen, jo hurtigere frigives energien, der akkumuleres langs fejlen."

Et jordskælv vil generelt frigive den samme mængde energi, uanset om det bevæger sig langsomt eller hurtigt. Forskellen er, at hvis den bevæger sig langsomt, dens seismiske bølger kan absorberes af den omgivende jord. Disse typer af langsomme jordskælv er lige så hyppige som almindelige; det er bare, at vi ikke kan mærke dem. I ekstremt hurtige jordskælv - som forekommer meget sjældnere - frigives energien på få sekunder gennem potentielt ødelæggende højfrekvente bølger. Det er, hvad der nogle gange sker i Italien, for eksempel. Landet ligger i en friktionszone mellem to tektoniske plader. Mens de fleste af dens jordskælv ikke er (eller næppe) mærkbare, nogle af dem kan være dødelige - som den den 2. august 2016, der efterlod 298 mennesker døde.

I sit studie, Passelègue udviklede en eksperimentel fejl med samme temperatur- og trykforhold som en egentlig fejl, der kører 8 km dybt. Han installerede sensorer langs fejlen for at identificere de faktorer, der forårsager langsom vs. hurtig brududbredelse. "Der er masser af hypoteser derude - de fleste forskere tror, ​​det er relateret til den slags sten. De mener, at kalksten og ler har en tendens til at resultere i langsom udbredelse, hvorimod hårdere sten som granit er befordrende for hurtig udbredelse, " siger han. Passelègues model bruger en kompleks sten, der ligner granit. Han var i stand til at replikere forskellige typer slip på sin testenhed, og fandt ud af, at "forskellen ikke nødvendigvis skyldes den omgivende stens egenskaber. En enkelt fejl kan demonstrere alle slags seismiske mekanismer."

Passelègues eksperimenter viste, at mængden af ​​energi, der frigives under et slip, og hvor lang tid den udgives, afhænge af den indledende belastning, der udøves langs fejlen; det er, kraften påført på brudlinjen, generelt fra skiftende tektoniske plader. Ved at anvende kræfter af forskellig størrelse på sin model, han fandt ud af, at højere belastninger udløste hurtigere brud og lavere belastninger udløste langsommere brud. "Vi tror, ​​at det, vi observerede i laboratoriet, også ville gælde under virkelige forhold, " han siger.

Ved at bruge resultaterne af hans model, Passelègue udviklede ligninger, der tager hensyn til den indledende belastning af en fejl og ikke kun mængden af ​​energi, der er akkumuleret umiddelbart før et slip, hvilket var den tilgang, der hidtil har været brugt i andre ligninger. "François er en af ​​de første videnskabsmænd, der måler brudhastigheder i klipper under de samme temperatur- og trykforhold, som man finder ude i naturen. Han udviklede en måde at modellere mekanismerne fysisk på - noget, der aldrig var blevet gjort før. Og han viste, at alle jordskælv følger de samme fysiske love, siger Marie Violay, leder af LEMR.

Passelègue advarer om, at hans model ikke kan bruges til at bestemme, hvornår eller hvor et jordskælv vil opstå. Da fejl løber for dybt, videnskabsmænd er stadig ikke i stand til kontinuerligt at måle belastningen på sten lige langs en forkastning. "Vi kan identificere, hvor meget belastning der skal til for at forårsage et brud, men da vi ikke ved, hvor meget en fejl er 'fyldt op' med energi dybt under jorden, vi kan ikke forudsige brudhastigheden."

En implikation af Passelègues forskning er, at jordskælv måske ikke er så tilfældige, som vi troede. "De fleste mennesker tror, ​​at fejl, der har været stabile i lang tid, aldrig vil forårsage et alvorligt jordskælv. Men vi fandt ud af, at enhver form for fejl kan udløse mange forskellige typer seismiske hændelser. Det betyder, at en tilsyneladende godartet fejl pludselig kunne briste, resulterer i en hurtig og farlig bølgeudbredelse."