Відчутні на поверхні поштовхи - лише невелика частина загальної енергії, яка спричиняє землетруси.
Під час землетрусів окрім відчутних поштовхів на поверхні також спостерігаються спалахи тепла і руйнуванні підземних порід. Але в природні неможливо виміряти, скільки енергії йде на кожен із цих трьох процесів, пише phys.org.
У Массачусетському технологічному інституті відстежили цю енергію під час "лабораторних землетрусів" — мініатюрних аналогів природних землетрусів. Вони кількісно визначили повний енергетичний баланс таких землетрусів та з'ясували, яка частка енергії йде на тепло, яка та трясіння та розтріскування.
З'ясувалося, що лише близько 10% енергії лабораторного землетрусу викликає фізичні струси. Менше 1% йде на руйнування гірських порід та створення нових поверхонь. Переважна частина енергії землетрусу, в середньому 80%, йде на нагрівання області навколо епіцентру землетрусу. Дослідники спостерігали, що лабораторний землетрус може викликати сплеск температури, достатній для розплавлення навколишнього матеріалу та короткочасного перетворення його на рідину.
Геологи також виявили, що енергетичний баланс землетрусу залежить від історії деформацій регіону: до якого ступеню гірські породи були зміщені та порушені попередніми тектонічними рухами.
"Історія деформації — по суті те, що пам’ятає порода — дійсно впливає на те, наскільки руйнівним може бути землетрус", — каже Даніель Ортега-Арройо, аспірант кафедри наук про Землю, атмосферу та планети (EAPS) Массачусетського технологічного інституту.
Лабораторні землетруси, отримані командою дослідників, є спрощеним аналогом того, що відбувається під час природного землетрусу. У майбутньому їхні результати можуть допомогти сейсмологам передбачити ймовірність землетрусів у регіонах, схильних до сейсмічних подій. Наприклад, якщо вчені мають уявлення про те, наскільки сильними були землетруси в минулому, вони можуть оцінити ступінь, до якої енергія землетрусу також вплинула на гірські породи глибоко під землею, розплавивши або розірвавши їх. Це, у свою чергу, може показати, наскільки більш чи менш вразливим є регіон до майбутніх землетрусів.
Для дослідження команда створила мініатюрні лабораторні землетруси, що імітують сейсмічні зсуви гірських порід вздовж зони розлому. Вони працювали з невеликими зразками граніту. Його подрібнили на дрібний порошок і змішали з набагато дрібнішим порошком магнітних частинок, які вони використовували як своєрідний внутрішній датчик температури. (Напруженість магнітного поля частинки змінювалася у відповідь на коливання температури.)
Дослідники помістили зразки порошкоподібного граніту між двома невеликими поршнями. Потім вони застосували сильне магнітне поле, щоб орієнтувати магнітні частинки порошку в одному початковому напрямку та з однаковою напруженістю поля. Вони вважали, що будь-яка зміна орієнтації частинок та напруженості поля після цього має бути ознакою того, скільки тепла зазнала ця область в результаті будь-якої сейсмічної події.
Потім зразки поміщали в спеціально виготовлений апарат, який налаштували на постійно зростаючий тиск, подібного до тиску, який відчувають гірські породи в сейсмогенному шарі Землі, приблизно від 10 до 20 кілометрів нижче поверхні. Вони використовували спеціально виготовлені п'єзоелектричні датчики, щоб вимірювати будь-які коливання, що виникали під час збільшення навантаження на зразок.
При певних напруженнях деякі зразки зміщувалися, спричиняючи мікромасштабну сейсмічну подію, подібну до землетрусу.
Дослідники також досліджували кожен зразок під мікроскопом за різного збільшення, щоб оцінити, як змінювався розмір зерен граніту — наприклад, чи розбилося на дрібніші шматочки і скільки зерен.
Землетруси викликані енергією, яка накопичується в гірських породах протягом мільйонів років. Оскільки тектонічні плити повільно труться одна об одну, напруга накопичується в земній корі. Коли гірські породи перевищують свою матеріальну міцність, вони можуть раптово зісковзнути вздовж вузької зони, створюючи геологічний розлом. Коли гірські породи зсуваються по обидва боки розлому, вони створюють сейсмічні хвилі, що поширюються назовні та вгору.
Ми сприймаємо енергію землетрусу переважно у формі струсу ґрунту, який можна виміряти за допомогою сейсмометрів та інших наземних приладів. Але дві інші основні форми енергії землетрусу — тепло та підземне тріщиноподібне розтріскування — значною мірою недоступні за допомогою сучасних технологій.
Нагадаємо, що нещодавно вчені виявили ще одну роль землетрусів. Як виявилося, енергією підземних поштовхів можуть "живитися" мікроскопічні мешканці з екосистеми, що сформувалася на дні океану.