Дрожь планеты: как ученые раскрыли тайну глубокофокусных землетрясений
Геофизики долго ломали голову над тем, как на глубине более 400 километров формируются разрушительные сейсмические волны. Оказалось, во всем виновата асимметрия области фазового перехода между двумя структурами породы
Глубокофокусные землетрясения, как следует из их названия, возникают глубоко под землей — в мантии, — в области очень высоких давлений. С тех пор как эти явления впервые были зафиксированы в 1929 году, геофизики пытались выяснить, какие процессы их вызывают. Исследователи полагали, что высокое давление вызывает взрыв, который генерирует сейсмические волны.
Однако ученые тогда так и не смогли связать высокое давление со сдвиговыми сейсмическими волнами, которые, как считается, порождают глубокофокусные землетрясения. В недавней работе исследовательница из Калифорнийского университета в Сан-Диего описывает возможный механизм, связывающий эти два процесса. Кроме того, ее исследование дает представление о многих других явлениях, таких как столкновение и эволюция небесных тел, так как там происходят похожие процессы.
Исследовательница использовала в своей работе фундаментальную математическую физику и механику, благодаря чему ей удалось обнаружить неустойчивости, возникающие при очень высоких давлениях. Одна нестабильность оказалась связана с формой расширяющейся области трансформирующейся породы, а другая — с ее ростом. Основной причиной глубокофокусных землетрясений геофизики считали фазовый переход от оливина к шпинели под действием высоких давлений, в результате которого объем породы сильно уменьшался, что и создавало сейсмические волны.
Чтобы расширяющиеся области этого фазового превращения из оливина в шпинель стали большими, они должны принять «блиноподобную» форму, которая минимизирует энергию, необходимую для осуществления фазового перехода и дальше в слое породы. Это режим нарушения симметрии может происходить при очень высоких давлениях, и именно этот процесс, согласно новому исследованию, создает сдвиговую деформацию, ответственную за генерацию сейсмических волн. Ранее исследователи предполагали, что сохранение симметрии сферического расширения не приведет к сдвиговым сейсмическим волнам. Они не знали, что эта симметрия может быть нарушена, а область расширения будет представлять собой не сферу, а «блин».
Исследование опубликовано в Journal of the Mechanics and Physics of SolidБ
Бонус: 5 любопытных фактов о глубокофокусных землетрясениях
- Глубокофокусные землетрясения происходят на значительной глубине в земной коре, обычно на глубине более 300 км ниже земной поверхности.
- Они обычно происходят в зоне субдукции, где тектонические плиты сходятся и одна плита смещается под другую.
- Из-за своей глубины глубокофокусные землетрясения часто вызывают меньше разрушений на поверхности, чем землетрясения более низких глубин.
- Глубокофокусные землетрясения часто имеют высокие магнитуды, иногда достигающие значения более 8 баллов по шкале Рихтера.
- Для отслеживания глубокофокусных землетрясений используются сейсмографы и другие средства наблюдения, что помогает собирать данные для анализа и прогнозирования сейсмической активности.