7 Minutės
2024 m. liepos mėn. stiprus žemės drebėjimas, kurio epicentras buvo po Kalama (šiaurės Čilė), sukėlė iššūkį ilgalaikėms prielaidoms apie giluminių drebėjimų elgseną. Nauji tyrimai, kuriuos vadovavo Teksaso universiteto Ostine specialistai, atskleidžia paslėptą procesų seką subdukcijos plokštelės viduje, kuriais paviršiuje stipriai padidėjo drebėjimo smūgio intensyvumas. Šie rezultatai keičia seismologų supratimą apie vidutinio gylio įvykius ir gali pakeisti rizikos vertinimus subdukcijos zonose visame pasaulyje.
Mokslininkai, tirę neįprastą 2024 m. Calama drebėjimą, aptiko giliai nuskendusio sluoksnio viduje veikiančią mechanizmų grandinę, kuri leido plyšimui sustiprėti gerokai daugiau, nei įprastai tikėtasi esant tokiam gyliui. Tyrimo išvados atkreipia dėmesį į mažai pažintas terminio ir mechaninio pobūdžio jėgas, kurios gali pakeisti mokslininkų požiūrį į seisminius pavojus subdukcijos zonose ir jų prognozavimą.
Atsiskyrimas, kuris sulaužė taisykles
Dauguma pačių destruktyviausių žemės drebėjimų – pavyzdžiui, 1960 m. 9,5 stiprumo megathrustas prie centrinės Čilės pakrantės – įvyksta netoli subdukcijos megathrusto viršutinės dalies, palyginti nedideliame gylyje. Tačiau Calama įvykis prasidėjo maždaug 125 kilometrų gylyje po paviršiumi, nusileidžiančioje tektoninėje plokštėje. Vidutinio gylio drebėjimai tokiose zonose paprastai sukelia silpnesnius paviršiaus judesius nei seklūs plyšimai, todėl jų grėsmė dažnai laikoma mažesne. 7,4 magnitudės Calama smūgis įprasto modelio neatitiko ir sukėlė netikėtą intensyvumą bei plačias diskusijas dėl mechanizmo priežasčių ir poveikio.
Pagrindinis autorius Zhe Jia ir kolegos išanalizavo seismines bangas, iš GNSS (Globalinės navigacijos palydovinės sistemos) gautus žemės judėjimo duomenis bei suderintus skaitmeninius modelius, kad atkurtų plyšimo procesą precedento neturinčia išsamumu. Vietoje vieno, paprasto gedimo, kurį varo vienas mechanizmas, Calama renginys, atrodo, perėjo iš vieno veikimo režimo į kitą plyšimo metu: pradžia siejosi su klasikinio dehidratacinio trapumo (dehydration embrittlement) mechanizmu, o vėliau plyšimas persijungė į režimą, kuriame dominavo intensyvus trinties šiluminis sušildymas – vadinamasis terminis pabėgimas (thermal runaway).
Du mechanizmai, vienas stiprus drebėjimas
Dehidratacinis trapumas yra plačiai priimtas paaiškinimas daugeliui vidutinio gylio drebėjimų. Kai plokštė giliau nuskęsta į mantiją, augantis slėgis ir temperatūra verčia hidratizuotose mineraluose esančius vandenį išeiti iš kristalinės struktūros. Išvaromas vanduo padidina porinį slėgį, susilpnina uolienas ir taip skatina trapius gedimus net esant dideliam slėgiui. Paprastai šis procesas nutrūksta tose zonose, kur temperatūra pakyla aukščiau maždaug 650 °C, nes vandens išsiskyrimas ir jo poveikis poriniam slėgiui keičiasi.
Calama atveju neįprasta buvo tai, kad plyšimas nesustabdėsi prie numatytos terminės ribos. Vietoje to, jis išplito dar maždaug 50 kilometrų link karštesnių sluoksnių, kur dehidratacinis trapumas teoriškai neturėtų veikti. UT Austin tyrėjų komandos duomenimis, pradinė atvirimo fazė sukūrė labai intensyvų trinties šilumos šaltinį plyšimo galuose. Toks lokalus temperatūros pakilimas sumažino uolienų stiprumą ir inicijavo terminių-fizinių procesų grandinę – termiškai sustiprintą pabėgimą: teigiamą atsiliepimo kilpą, kurioje slydimas generuoja šilumą, šiluma silpnina uolieną, o susilpnėjimas leidžia greitesnį slydimą ir dar daugiau šilumos.
Studijos vaizdinė medžiaga iliustruoja du straipsnyje aprašytus plyšimo mechanizmus – dehidratacinį trapumą ir terminį pabėgimą – bei kaip šios sąveikos galėjo sustiprinti Calama žemės drebėjimo jėgą. Autorystė: Jia ir kt.
Kaip mokslininkai surinko šį pasakojimą
Gilusio plyšimo rekonstrukcija reikalauja integruoti daugybę skirtingų duomenų šaltinių ir metodų. Tyrėjų komanda sujungė aukštos raiškos seisminius įrašus iš Čilės ir tarptautinių tinklų, kad nustatytų plyšimo sklidimo greitį ir kryptį, bei aptiktų bangų formų pokyčius, rodančius mechanizmo kaitą. GNSS duomenys leido pamatuoti aktyvų plokštelių slydimą ir plutos deformacijas, kurios atsirado per įvykį, o fizikos pagrindu sujungtos simuliacijos padėjo įvertinti temperatūrą, mineralinę sudėtį ir trinties sukeltą šildymą plokštelės luste gilumoje. Tokia kelių duomenų šaltinių konvergencija suteikia tvirtesnį pagrindą išvadoms nei bet kuris atskiras metodas.
2024 m. Teksaso universiteto Ostine (UT Austin) ir Čilės universiteto komanda aptarnauto UTIG seismometrą netoli Calama, šiaurės Čilėje. UT magistrantė Sabrina Reichert – fone, Čilės universiteto, Santjago tyrėjas Bertrand J. M. Potin – priekyje. Autorinis leidimas: Thorsten Becker/UT Austin. Šie lauko darbai buvo esminiai siekiant gauti aukštos kokybės vietos duomenis, būtinas giluminių mechanizmų išskyrimui ir modeliavimui.
Toks integruotas požiūris atskleidė, jog plyšimas pagreitėjo ir judėjo neįprastai dideliu greičiu, kai persirito į karštesnę plokštelės dalį – tai atitiko perėjimą nuo dehidratacijos varomo gedimo prie termiškai stimuliuoto silpnėjimo. Pasekmė buvo žymiai stipresnis paviršiaus sukeltas drebėjimas, nei būtų galima prognozuoti pagal gyliui būdingas charakteristikas. Ši atskaita patvirtina, kad vien tik gylys nėra pakankama rizikos prognozės metrika: svarbu suprasti ir mechanizmų evoliuciją šiluminėse bei mechaninėse sąlygose.
Kodėl atradimas svarbus seisminei rizikai
Išvados yra aiškios: vidutinio gylio drebėjimai ne visada yra mažos pasekmės. Kai plyšimas gali įtraukti terminį pabėgimą, jo potencialas sukelti stiprius paviršinius judesius žymiai išauga. Čilė – viena aktyviausių seismiškai pasaulio regionų – turi atsižvelgti ne tik į tai, kur prasideda drebėjimai, bet ir į tai, kaip plyšimo mechanikos gali evoliucionuoti dideliame gylyje ir keisti pavojų žemėlapius bei evakuacijos scenarijus.
„Šie Čilės įvykiai sukelia daugiau smūgių, nei paprastai tikimasi iš vidutinio gylio drebėjimų, ir gali būti itin žalingi,“ – teigė Jia straipsnyje. Jis kartu su bendraautoriumi Thorstenu Beckeriu pabrėžė darbo praktinę vertę: geresni plyšimo modeliai gali padėti kurti atsparią infrastruktūrą, calibravimo parametrus ankstyvosioms įspėjimo sistemoms ir nustatyti prioritetus greitai reaguojant po įvykių. Tai reiškia, kad tiek inžineriniai sprendimai, tiek civilinės saugos planai turi remtis platesniu plyšimo fizikos spektru.
Ekspertų įžvalgos
„Calama atvejis parodo, koks dinamiškas gali būti gilusis Žemės akmuo,“ – sako dr. Elena Márquez, seismologė iš Pietinio Andų geoscience instituto. „Dažnai gylį laikome Pavojingumo proxy rodikliu, tačiau mechanizmas yra svarbus. Jei plyšimas gali pats save įšilti ir pereiti į termiškai palaikomą pabėgimo režimą, jo veiksmingas pavojingumo pėdsakas keičiasi. Šis tyrimas suteikia mums testuojamų požymių, kurių derėtų ieškoti ir kitose subdukcijos zonose.“
Platesnės implikacijos ir tolesni žingsniai
Naujas tyrimas kelia klausimų, kuriuos mokslininkai sieks atsakyti toliau. Kiek dažni yra tokie mechanizmų perėjimai, kaip matėme Calama atveju? Kokios plokštelės sudėties, terminės profilių variacijos ar įtempių būsenos didina terminio pabėgimo tikimybę? Atsakymai reikalauja tankesnio seisminio ir GNSS stebėjimo, laboratorinių uolienų trinties matavimų esant aukšto slėgio ir temperatūros sąlygoms, bei geresnių termo-mechaninių plyšimo modelių, kurie gali apimti kintančią mineralogiją ir porinį skysčių elgesį.
Vyriausybių institucijoms ir inžinieriams svarbu suprasti, kad seisminių pavojų vertinimai turėtų įtraukti platesnį plyšimo fizikos spektrą. Praktiniu požiūriu tai reiškia statybinių kodeksų ir avarinių planų peržiūrą regionuose, kur potencialiai gali vykti vidutinio gylio drebėjimai, ir stebėjimo tinklų išplėtimą tose teritorijose, kur subdukuojančios plokštelės perneša hidratizuotus mineralus bei pasižymi staigiais terminiais gradientais. Tokie papildomi duomenys pagerintų rizikos žemėlapių tikslumą ir padėtų nukreipti investicijas į prioritetines sritis.
Įsivaizduokite ateities seisminių pavojų žemėlapį, kuriame būtų pažymėta ne tik tai, kur prasideda žemės drebėjimai, bet ir kur plyšimai turi poten cialą evoliucionuoti į pavojingesnę būseną. Calama drebėjimas primena: gilieji Žemės procesai gali mus nustebinti, o geriausia gynyba – tai geresnis mokslas ir pasirengimas. Tokia patirtis skatina peržiūrėti ne tik mokslines hipotezes, bet ir praktinius reagavimo planus – nuo infrastruktūros projektavimo iki viešojo informavimo sistemų optimizavimo.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą