Ученые разгадали загадку, куда направляется энергия во время землетрясений

Во время землетрясений кроме ощутимых толчков на поверхности также наблюдаются вспышки тепла и разрушении подземных пород. Но в естественные невозможно измерить, сколько энергии уходит на каждый из этих трех процессов.

Как передает Day.Az, об этом пишет phys.org.

В Массачусетском технологическом институте отследили эту энергию во время "лабораторных землетрясений" - миниатюрных аналогов природных землетрясений. Они количественно определили полный энергетический баланс таких землетрясений и выяснили, какая доля энергии идет на тепло, какая на тряску и растрескивание.

Выяснилось, что лишь около 10% энергии лабораторного землетрясения вызывает физические сотрясения. Менее 1% идет на разрушение горных пород и создание новых поверхностей. Подавляющая часть энергии землетрясения, в среднем 80%, идет на нагрев области вокруг эпицентра землетрясения. Исследователи наблюдали, что лабораторное землетрясение может вызвать всплеск температуры, достаточный для расплавления окружающего материала и кратковременного превращения его в жидкость.

Геологи также обнаружили, что энергетический баланс землетрясения зависит от истории деформаций региона: до какой степени горные породы были смещены и нарушены предыдущими тектоническими движениями.

"История деформации - по сути то, что помнит порода - действительно влияет на то, насколько разрушительным может быть землетрясение", - говорит Даниэль Ортега-Арройо, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Массачусетского технологического института.

Лабораторные землетрясения, полученные командой исследователей, являются упрощенным аналогом того, что происходит во время природного землетрясения. В будущем их результаты могут помочь сейсмологам предсказать вероятность землетрясений в регионах, подверженных сейсмическим событиям. Например, если ученые имеют представление о том, насколько сильными были землетрясения в прошлом, они могут оценить степень, до которой энергия землетрясения также повлияла на горные породы глубоко под землей, расплавив или разорвав их. Это, в свою очередь, может показать, насколько более или менее уязвимым является регион к будущим землетрясениям.

Как проводили исследование

Для исследования команда создала миниатюрные лабораторные землетрясения, имитирующие сейсмические сдвиги горных пород вдоль зоны разлома. Они работали с небольшими образцами гранита. Его измельчили в мелкий порошок и смешали с гораздо более мелким порошком магнитных частиц, которые они использовали как своеобразный внутренний датчик температуры. (Напряженность магнитного поля частицы менялась в ответ на колебания температуры.)

Исследователи поместили образцы порошкообразного гранита между двумя небольшими поршнями. Затем они применили сильное магнитное поле, чтобы ориентировать магнитные частицы порошка в одном исходном направлении и с одинаковой напряженностью поля. Они считали, что любое изменение ориентации частиц и напряженности поля после этого должно быть признаком того, сколько тепла испытала эта область в результате любого сейсмического события.

Затем образцы помещали в специально изготовленный аппарат, который настроили на постоянно растущее давление, подобного давлению, которое испытывают горные породы в сейсмогенном слое Земли, примерно от 10 до 20 километров ниже поверхности. Они использовали специально изготовленные пьезоэлектрические датчики, чтобы измерять любые колебания, возникающие при увеличении нагрузки на образец.

При определенных напряжениях некоторые образцы смещались, вызывая микромасштабное сейсмическое событие, подобное землетрясению.

Исследователи также исследовали каждый образец под микроскопом при разном увеличении, чтобы оценить, как менялся размер зерен гранита - например, разбилось ли на более мелкие кусочки и сколько зерен.

В чем причина землетрясений

Землетрясения вызваны энергией, которая накапливается в горных породах в течение миллионов лет. Поскольку тектонические плиты медленно трутся друг о друга, напряжение накапливается в земной коре. Когда породы превышают свою материальную прочность, они могут внезапно соскользнуть вдоль узкой зоны, создавая геологический разлом. Когда породы сдвигаются по обе стороны разлома, они создают сейсмические волны, распространяющиеся наружу и вверх.

Мы воспринимаем энергию землетрясения в основном в форме сотрясения почвы, которое можно измерить с помощью сейсмометров и других наземных приборов. Но две другие основные формы энергии землетрясения - тепло и подземное трещинообразное растрескивание - в значительной степени недоступны с помощью современных технологий.