Последствия землетрясений часто бывают серьезными и хорошо заметными. Они могут разрушать дома, вызывать обрушение откосов и вызывать цунами. Основной причиной землетрясений являются напряжения, возникающие в недрах Земли, когда две тектонические плиты пересекают друг друга и сцепляются во время этого процесса. Но даже самое сильное землетрясение начинается с очень маленькой первой трещины в породе, из которой может развиться большая трещина.
До сих пор предполагалось, что первоначальные трещины при землетрясениях возникают в основном в глинистых отложениях. Ученые из Кильского центра океанографических исследований им. Гельмгольца GEOMAR и Университета Утрехта (Нидерланды) теперь смогли доказать, что при определенных условиях известковые отложения являются наиболее вероятными кандидатами на первый разрушение землетрясения.
Исследование опубликовано сегодня в международном журнале Nature Geoscience.Для своих исследований ученые использовали образцы, полученные в ходе двух экспедиций в 2011 и 2012 годах с американского бурового корабля JOIDES RESOLUTION у побережья Коста-Рики. Там Тихоокеанская плита Кокосовых островов погружена под Карибскую плиту. В прошлом это неоднократно приводило к сильным землетрясениям в этом регионе. «Целью проекта по сейсмогенезу в Коста-Рике (CRISP) было получение информации о структуре погружающей и перекрывающей плиты с использованием буровых кернов», — объясняет д-р Майкл Стипп из GEOMAR, инициатор и второй автор текущего исследования.
Во время субдукции плита Кокос несет вниз вышележащие отложения, которые, таким образом, зажаты между плитами. «У берегов Коста-Рики сейсмогенная зона, которая является зоной, где возникают землетрясения вдоль границы плиты, начинается уже на исключительно небольшой глубине примерно от пяти до шести километров. Это прямо в этих погруженных отложениях», — утверждает Роберт Курзавски. , Аспирант ГЕОМАР и первый автор исследования.
Однако отложения обычно имеют переменный состав. У побережья Коста-Рики и в большинстве зон субдукции в тропической и субтропической областях встречаются слои глинистых и известковых отложений.
Благодаря кернам, полученным от JOIDES RESOLUTION, ученый мог исследовать образцы именно из этих слоев отложений. В «Лаборатории механики горных пород» Университета Утрехта они привели образцы в условия, преобладающие на глубине, где происходят мелкие землетрясения. «Эти условия включают повышенное давление, температуру около 100 градусов по Цельсию и, наконец, сдвиговые движения», — объясняет доктор Стипп.
Поскольку глинистые отложения считаются механически слабыми, предполагалось, что первые трещины в них могут образоваться, когда подповерхностные напряжения достаточно велики. В ходе экспериментов выяснилось, что богатые глиной отложения Коста-Рики в отличие от известковых отложений менее чувствительны к изменениям напряжения, температуры и особенно порового давления. Однако известковые отложения значительно изменяют свои фрикционные свойства при повышении температуры и порового давления. «Именно в условиях, которые ожидаются при землетрясениях на мелководье, мел внезапно стал нестабильным и слабее, чем глинистый материал. Благодаря этим свойствам известковые отложения образуют заданную точку разрушения в толщи горных пород», — объясняет Роберт Курзавски.
Эти результаты особенно интересны, потому что известковые отложения типичны и широко распространены, особенно для тропических и субтропических океанов, и поэтому встречаются во многих зонах субдукции вокруг Тихого океана, а также в Карибском и Средиземном море. «Конечно, мы до сих пор не знаем всех процессов, которые могут вызывать землетрясения. Но мы продемонстрировали этим исследованием, что свойства материала нельзя просто экстраполировать с поверхностных условий на более глубокие.
Поэтому дальнейшее бурение, особенно в рамках Международная программа изучения океана (IODP) необходима для того, чтобы больше узнать о процессах землетрясений на глубине », — заключает Майкл Стипп.