Материалы портала «Научная Россия»

1 комментарий 532

Ученые ИДГ РАН и МФТИ воспроизвели медленное землетрясение в лаборатории

Ученые ИДГ РАН и МФТИ воспроизвели медленное землетрясение в лаборатории
Анализ результатов показал, что по регистрируемым сейсмическим данным можно прогнозировать процессы в разломах земной коры, которые являются гипоцентрами реальных землетрясений

Ученым из Института динамики геосфер РАН и МФТИ впервые удалось воспроизвести медленное землетрясение с генерацией низкочастотных колебаний в лабораторных условиях. Анализ результатов показал, что по регистрируемым сейсмическим данным можно прогнозировать процессы в разломах земной коры, которые являются гипоцентрами реальных землетрясений, сообщает пресс-служба МФТИ. Работа опубликована в журнале Scientific Reports. 

Наука добавляет промежуточные тона черно-белому восприятию окружающего мира человеком. В случае с землетрясениями раньше считалось, что существует две крайности: либо земная кора покоится, либо происходит землетрясение, которое невозможно не заметить. На самом же деле все сложнее. Землетрясение является следствием сдвига друг относительно друга блоков земной коры вдоль тектонического разлома. Кроме обычных землетрясений, существуют «медленные», при которых происходят настолько слабые колебания земной коры, что зачастую люди не ощущают их вовсе, хотя энергия в ходе такого события может выделиться такая же, как при обычном землетрясении. Такие события возможно зафиксировать только инструментально. Поэтому ученым необходимо понять, что определяет формирование разных типов землетрясений и существуют ли общие закономерности между этими процессами.

«Потенциальная задача — научиться трансформировать обычное землетрясение в медленное. Сделать так, чтобы энергия выделялась, а разрушений за счет упругих колебаний не происходило. Но на сегодняшний день еще нет глубокого понимания механики и природы разных типов скольжений блоков земной коры вдоль разлома, приводящих к разным видам землетрясений. Мы пытаемся разобраться в этой механике. И в настоящий момент мы уже научились воспроизводить в лаборатории аналоги этих событий: медленные и быстрые землетрясения», — комментирует соавтор работы Алексей Остапчук, старший научный сотрудник Института динамики геосфер РАН, доцент  кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ.

Но в природе нельзя опуститься на глубину гипоцентра землетрясения и посмотреть, какой там материал, измерить напряжения. Единственный способ получить хоть какую-то информацию о текущих процессах на глубине — это анализ сейсмических колебаний, идущих из зоны разлома, либо колебаний, которые проходят сквозь разломную зону и могут нести информацию о ее состоянии. Авторы работы исследовали акустические колебания, которые возникают при зарождении лабораторных землетрясений, чтобы «прочитать» историю механических движений в зоне разлома и предсказать момент начала землетрясения. 

«Мы использовали при моделировании тектонического разлома гранитные блоки, пространство между которыми заполняем гранулированными материалами (песком, глиной, гранитной крошкой) с разными характеристиками (размером частиц, влажностью). В реальном разломе такая же раздробленная среда, только масштаб гораздо больше. При разных землетрясениях излучаются свои характерные волновые формы: при быстрых (“обычных”) землетрясениях мы видим импульс с резким внезапным началом, а при медленных событиях колебания нарастают постепенно, их начало сложно определить, поэтому в лабораторных условиях раньше их не обнаруживали. Мы же в этой работе показали, что важно смотреть наряду с амплитудой и энергией на волновую форму импульса и что медленные и быстрые типы землетрясений можно наблюдать в лабораторных экспериментах», — поясняет Алексей Остапчук.

Обработав огромный объем сейсмоакустических данных, авторы выделили два принципиальных класса импульсов. Оказалось, что по форме акустических импульсов действительно можно судить о том, что происходит с разломом, причем быстрые и медленные микрособытия отвечают за разные структурные зоны в этом разломе. Быстрые микрособытия — за разрушение силового каркаса и эволюцию напряженной структуры. Медленные же связаны с подвижностью отдельных разгруженных элементов разломной зоны. Таким образом, выявленные закономерности позволяют предположить, что скорое землетрясение можно предсказать по анализу сейсмоакустических данных.

Следующим шагом, приближающим возможность трансформирования быстрых землетрясений в медленные, должно стать изучение техногенно-тектонических землетрясений, которые непосредственно связаны с инженерной деятельностью человека, а именно, добычей минерального сырья. Такие события происходят на глубинах, где непосредственно происходит разработка месторождений. Зная структурные особенности разломов и блоков на месторождении за счет механических действий, можно будет прогнозируемо изменить режим скольжения, что позволит отработать методы преобразования быстрого землетрясения в медленное.

Существуют два разных подхода. Первый подход — за счет внешнего взрывного воздействия попытаться снизить интенсивность землетрясения, то есть разменять одно большое землетрясение на множество мелких. Но этот путь зачастую не дает никакого выигрыша в безопасности для людей. Второй способ — это инжекция специальных жидкостей или флюидов в разломную зону. Тогда в зависимости от свойств флюида хрупкое разрушение переходит в механизмы вязкопластичной деформации. 

«Мы в своих лабораторных экспериментах начинаем понимать, какую жидкость надо инжектировать в разлом, какие свойства этой жидкости должны быть и какой характерный размер зоны воздействия должен быть. Следующий шаг — выявление особенностей структуры разломов на основе сейсмоакустических данных и, тем самым, определение зоны воздействия. Это будет новый этап нашего понимания природы землетрясений», — заключает Алексей Остапчук.

Иллюстрация. Моделирование землетрясений. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Источник: mipt.ru

землетрясение медленное землетрясение

Назад

Социальные сети

Комментарии

  • vig, 31 июля 2020 г. 7:41:23

    Во всех пограничных слоях разных сред (оболочек Земли) существует скачёк плотности, который активизирует (генерирует) тангенциальные силы гравитационного поля, а те в свою очередь формируют вихревые потоки. За счёт этих же сил верхняя твёрдая оболочка Земли (литосфера) разбита на плиты, а те в свою очередь на более мелкие блоки верхней более твёрдой коры. Эти же силы приводят к вращению плит и блоков, но за счёт контакта (сцепления) со своими соседями вращение вырождается в собственный (свободный) колебательный процесс, который генерирует напряжение в плитах и блоках. Срыв сцепления приводит к толчкам (землетрясению) за счёт которых происходит разгрузка напряжений, а затем следующий этап их накопления.

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.