Новая модель может снизить сейсмические риски в регионе Персидского залива

Горы Санта-Крус определяют географию района залива к югу от Сан-Франциско, защищают полуостров от холодного слоя Тихого океана и составляют печально известный микроклимат региона. Диапазон также представляет опасности жизни в Силиконовой долине: землетрясения вдоль разлома Сан-Андреас.

Вспышками, длящимися от секунд до минут, землетрясения перемещались на метры от поверхности за один раз. Но исследователи никогда не могли примирить быстрое снятие земного напряжения и искривления земной коры в течение многих лет с формированием горных хребтов в течение миллионов лет. Теперь, объединив геологические, геофизические, геохимические и спутниковые данные, геологи создали трехмерную тектоническую модель, которая решает эти временные масштабы.

Поиск, который появляется в научный прогресс 25 февраля показывает, что больше горообразования происходит в период между сильными землетрясениями вдоль разлома Сан-Андреас, чем во время самих землетрясений. Результаты могут быть использованы для улучшения карт локальной сейсмической опасности.

Об этом заявил ведущий автор исследования Кертис Баден, аспирант в области геолого-геофизических наук Стэнфордского университета. Факультет наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Стэнфордская Земля).

изгибаться и ломаться

По оценкам геологов, горы Санта-Крус начали подниматься над уровнем моря около четырех миллионов лет назад и образовались в результате давления вокруг изгиба разлома Сан-Андреас. Рифт обозначает границу между Тихоокеанской плитой и Северо-Американской плитой, которые горизонтально пересекают друг друга в сдвиговом движении.

Измерения деформации — изменения формы горных пород — показали, что поверхность Земли искривляется и растягивается вокруг разлома Сан-Андреас во время и между землетрясениями, ведя себя как эластичная лента в течение секунд, лет и даже десятилетий. Но этот классический подход не может идти в ногу с данными геологических наблюдений, потому что он не позволяет горным породам образовываться или разрываться под действием скручивающего давления и растяжения, что в конечном итоге происходит в природе — эффект, наблюдаемый в горных хребтах Земли.

«Если вы попытаетесь обращаться с землей как с резиновой лентой и протолкнуть ее вперед слишком далеко, она превысит свою прочность и больше не будет вести себя как резина — она начнет поддаваться, и она начнет поддаваться», — сказал старший автор исследования. Джордж Хили, профессор геолого-геофизических исследований Стэнфордского университета Земли. «Влияние рефракции характерно почти для каждой границы плит, но оно редко рассматривается последовательно, что позволяет перейти от землетрясений к долгосрочным ударам».

Позволив горным породам разрушаться в своей модели, авторы исследования проливают свет на то, как колебания грунта, связанные с землетрясениями, и колебания грунта между землетрясениями формируют горы на протяжении миллионов лет. Результаты были неожиданными: в то время как сообщество ученых Земли считает землетрясения основной движущей силой процессов горообразования, моделирование показывает, что большая часть подъема происходила в период между землетрясениями.

«Принято считать, что постоянное поднятие горных пород на самом деле происходит в результате огромной силы землетрясения», — сказал Хили. «Это свидетельствует о том, что само землетрясение фактически в некоторой степени снимает накопившееся напряжение».

живая лаборатория

Поскольку горы Санта-Крус соседствуют со многими научно-исследовательскими учреждениями, включая Стэнфордский университет, Калифорнийский университет в Беркли и Геологическую службу США (USGS), ученые собрали огромное количество информации о горном массиве в течение более чем 100 лет. годы.

Усилия по сбору геологических и геофизических данных были особенно мотивированы недавними крупными событиями, такими как землетрясение в Лома-Приета в 1989 году и землетрясение в Сан-Франциско в 1906 году, но формирование гор Санта-Крус, вероятно, охватило сотни тысяч небольших землетрясений за миллионы лет. по мнению исследователей.

Составляя текущий набор наблюдений, авторы исследования также собрали новые геохимические данные, измерив газообразный гелий, захваченный кристаллами в горных породах, чтобы оценить, как быстро эти породы достигли поверхности с глубины в тысячи футов. Затем они сравнили эти наборы данных с предсказаниями модели, чтобы определить, как землетрясения связаны с высотой и эрозией горного хребта. Процесс занял годы, чтобы охарактеризовать материалы, чтобы отразить сложность, которую требует природа.

сейсмические эффекты

Исследователи запустили свои симуляции от гор Санта-Крус, которые начали подниматься четыре миллиона лет назад до наших дней, чтобы понять, как эволюция местности возле разлома Сан-Андреас во времени влияет на недавние и потенциальные будущие землетрясения.

«В настоящее время оценки сейсмического риска в районе залива Сан-Франциско в основном основаны на времени землетрясений, произошедших за последние несколько сотен лет, и недавних движениях земной коры», — сказал Баден. «Эта работа показывает, что микрогеологические исследования, которые измеряют процессы горообразования в гораздо более длительных временных масштабах, чем отдельные землетрясения, также могут помочь в этих оценках».

В настоящее время ученые работают над сопутствующим документом, в котором подробно описывается, как можно улучшить картирование рисков с помощью этой новой модели.

«Теперь у нас есть путь вперед с точки зрения наличия жизнеспособного набора механизмов для объяснения различий между оценками в разных временных масштабах», — сказал Хили. «Чем больше мы сможем собрать все воедино, тем более надежными будут наши оценки рисков».

Соавторами исследования являются Дэвид Шустер и Роланд Бургманн из Калифорнийского университета. Беркли. Филип Аарон из Исследовательский центр комплексного управления рисками бедствий (CIGIDEN) и Папский католический университет Чили; И Джули Восдик из Университет Коннектикута. Аарон и Фосдик были связаны со Стэнфордом, когда проводили исследования для исследования.

Это исследование было поддержано Карьерным грантом NSF EAR-TECT-1108 105581, Fondo de Financiamiento de Centros de Investigacion en Áreas Prioritarias ANID/FONDAP/15110017-Chile (CIGIDEN) и Фондом Энн и Гордон Гетти.

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несет ответственности за точность информационных бюллетеней, отправляемых на EurekAlert! Через содействующие учреждения или для использования любой информации через систему EurekAlert.