Геологи научились моделировать землетрясения (ФОТО)

Модель позволяет проследить в единственной физической структуре сейсмическое (быстрое) и антисейсмическое (медленное) поведение разлома

Для тех, кто изучает землетрясения, основной проблемой является попытка понять всю физику разлома - и во время землетрясения, и в период «отдыха» - с целью как можно лучше изучить определенную область, чтобы предсказать ее поведение в будущем. Недавно исследователи в Калифорнийском технологическом институте разработали первую компьютерную модель сегмента разлома, производящего землетрясение. Модель позволяет проследить в единственной физической структуре сейсмическое (быстрое) и антисейсмическое (медленное) поведение разлома.

«Наше исследование описывает методологию, позволяющую ассимилировать геологические, сейсмологические и геодезические данные, которые формируют сейсмический разлом, чтобы создать прогнозируемую физическую модель цикла землетрясения», - говорит Сильвен Барбо, ученый-геолог в Калифорнийском технологическом институте и ведущий автор исследования.

Исследование проводилось совместными усилиями ученых из Калифорнийского технологического института: учеными из Тектонической обсерватории, геологами и геофизиками из отдела геологических и планетарных наук и исследователями из отдела инженерии и прикладной физики; результаты исследования опубликованы в майском номере журнала Science.

«Предыдущие исследования главным образом концентрировались или на самом динамическом разрыве, который производит землетрясение, или на длительных периодах «ремиссий» между землетрясениями, которые характеризуются медленной тектоникой. Но никогда не изучался более длительный период, захватывающий и тот, и другой процесс. В нашем исследовании мы моделируем всю историю сброса, производящего землетрясение, и взаимодействия между быстрыми и медленными фазами деформации», - объясняет соавтор исследования Надя Лапуста, преподаватель машиностроения и геофизики в Калифорнийском технологическом институте. Ее исследовательская группа разрабатывала цифровые методы, используемые в создании новой модели.


Фрагмент компьютерной модели разлома Сан-Андреас. Фото с сайта sciencedaily.com, автор Сильвен Барбо/Калифорнийский технологический институт

Используя предыдущие наблюдения и лабораторные данные, команда, которая также включала ученого Жана-Филиппа Авуака, директора тектонической обсерватории, смоделировала активную область разлома Сан-Андреас, названного сегментом Паркфилд. В области разлома, расположенного в центральной Калифорнии, происходит в среднем 6 землетрясений каждые 20 лет. Ученые успешно воссоздали серию землетрясений, наблюдаемых за прошедшие пятьдесят лет (в пределах магнитуды от 2 до 6) в одной компьютерной модели.

«Наша модель объясняет некоторые аспекты сейсмического цикла в Паркфилде, которые ранее ускользали от нас, например мы узнали, что вызывает изменения во временном отрезке между наиболее сильными землетрясениями, и объяснили скачки в местоположении ядер землетрясений», - говорит Барбо.

Результаты исследования также демонстрируют, что физическая модель развития разлома, основанная на лабораторных экспериментах, которые показывают, как горные материалы деформируются в ядре сброса, может объяснить многие аспекты цикла землетрясения – и это просматривается в диапазоне временных рамок. «Мы приближаемся к пониманию физических законов, которые управляют тем, как землетрясения образуют ядро, развиваются и останавливаются», - говорит Лапуста.

Исследователь говорит, что они могут использовать такие модели, как описанная в научной работе, чтобы предсказать диапазон потенциальных землетрясений, что позволит дать дальнейшую оценку сейсмической опасности и поможет более эффективно проектировать здания.

Авуак соглашается. «В настоящее время исследования сейсмических опасностей полагаются на то, что известно о прошлых землетрясениях, - говорит он. – Однако относительно короткая зарегистрированная история не может быть показательной, она не отражает всех аспектов, особенно это касается редких чрезвычайных случаев. Эти пробелы могут быть заполнены физическими моделями, которые нужно непрерывно улучшать, так как мы узнаем все больше о землетрясениях и законах, которые ими управляют».

«Когда улучшаются компьютерные ресурсы и методы, мы имеем возможность создавать динамические модели еще более реалистичных сценариев землетрясения», - добавляет Барбо.