Önde gelen deprem tahmini olarak mühendislik

Brown Üniversitesi’nden araştırmacılar, fay bölgelerindeki dislokasyonları ve karmaşık yapıları içeren fay geometrisinin, deprem olasılığını ve gücünü belirlemede kritik bir rol oynadığını buldu. Kaliforniya’daki fay hatlarına ilişkin çalışmalara dayanan bu bulgu, öncelikle sürtünmeye odaklanan geleneksel görüşlere meydan okuyor.

Brown Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, depremlerin kaynaklandığı kayaların geometrik bileşimini daha yakından inceleyerek, depremlere neyin sebep olduğuna dair uzun süredir inanılan inanca yeni bir kırışıklık ekliyor.

Deprem dinamikleri yeniden gözden geçirildi

Dergide yakın zamanda yayınlanan bir makalede açıklanan araştırma doğaFay ağlarının hizalanma şeklinin, depremin nerede meydana geldiğini ve ne kadar güçlü olduğunu belirlemede çok önemli bir rol oynadığını ortaya koyuyor. Bu bulgular, öncelikle depremlerin meydana gelip gelmeyeceğini belirleyen şeyin bu faylarda meydana gelen sürtünme türü olduğu yönündeki geleneksel düşünceye meydan okuyor ve depremlerin nasıl çalıştığına dair mevcut anlayışı geliştirebilir.

Brown Üniversitesi’nden jeofizikçi ve makalenin baş yazarlarından biri olan Victor Tsai, “Makalemiz, depremlerin neden meydana geldiğine dair çok farklı bir tablo çiziyor” dedi. “Bunun, depremlerin nerede meydana gelmesinin beklenebileceği ve nerede beklenemeyeceği konusunda ve ayrıca depremlerin nerede en fazla zarar vereceğini tahmin etme açısından çok önemli sonuçları var.”

Deprem mekaniğine ilişkin geleneksel görüşler

Fay hatları, Dünya’nın litosferini oluşturan katı plakaların birbirleriyle çarpıştığı, gezegenin yüzeyindeki görünür sınırlardır. Tsai, onlarca yıldır jeofizikçilerin, faylar üzerinde stres oluştuğunda, fayların hızla kaydığı veya birbirinin üzerinden kırıldığı noktaya kadar depremlerin meydana geldiğini yorumladıklarını ve kayma davranışı olarak bilinen bir eylemde bastırılmış gerilimi serbest bıraktığını söylüyor.

Araştırmacılar, hızlı kaymanın ve bunu takip eden yoğun yer hareketlerinin, faylarda meydana gelebilecek dengesiz sürtünmenin sonucu olduğunu öne sürdüler. Bunun tersine, fikir şudur: Sürtünme sabit olduğunda plakalar deprem olmadan yavaşça birbirlerine doğru kayarlar. Bu istikrarlı ve yumuşak hareket aynı zamanda emekleme olarak da bilinir.

Fay hattı davranışına yeni bakış açıları

Cai, “İnsanlar, bir fay bölgesinin kararsız sürtünmeye mi yoksa sabit sürtünmeye mi sahip olduğu gibi sürtünme özelliklerini ölçmeye çalışıyorlar ve ardından laboratuvar ölçümlerine dayanarak orada bir deprem olup olmayacağını tahmin etmeye çalışıyorlar” dedi. dedi. “Bulgularımız, bu fay ağlarındaki fayların geometrisine bakmanın daha önemli olabileceğini gösteriyor, çünkü bu istikrarsız ve istikrarlı davranışı yaratan, bu sınırların etrafındaki yapıların karmaşık geometrisi olabilir.”

Dikkate alınacak geometri, altta yatan kaya yapılarındaki kıvrımlar, boşluklar ve basamaklar gibi karmaşıklıkları içerir. Çalışma, ABD Jeolojik Araştırmalar Kuvaterner Fay Veritabanı ve Kaliforniya Jeolojik Araştırmalar Veri Tabanı verileri kullanılarak Kaliforniya’daki fay bölgelerinin matematiksel modellemesine ve çalışmasına dayanıyor.

Ayrıntılı örnekler ve önceki araştırmalar

Brown Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Jaesuk Lee ve jeofizikçi Greg Hirth’ün de yer aldığı araştırma ekibi, depremlerin nasıl oluştuğunu göstermek için daha ayrıntılı bir örnek sunuyor. Birbirine çarpan kusurları, testere kenarı gibi tırtıklı dişlere benzettiklerini söylüyorlar.

Diş sayısı az olduğunda veya dişler küt olduğunda, kayalar birbiri üzerinde daha düzgün kayarak sürünmeye olanak sağlar. Ancak bu faylardaki kaya yapıları daha karmaşık ve engebeli olduğunda bu yapılar birbirine yapışır ve yapışır. Bu olduğunda, basıncı arttırırlar ve sonunda daha sert çekip ittikçe kırılırlar, ayrılırlar ve depremlere neden olurlar.

Geometrik karmaşıklığın etkileri

Yeni çalışma şunlara dayanıyor: Önceki iş Bazı depremlerin neden dünyanın farklı yerlerindeki diğer depremlere, hatta bazen aynı büyüklükteki depremlere kıyasla daha fazla yer hareketi oluşturduğunu düşünün. Çalışma, bir deprem sırasında fay zonu içindeki blokların çarpışmasının yüksek frekanslı titreşimlerin oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunduğunu gösterdi ve belki de yüzey altı geometrik karmaşıklığının depremlerin nerede ve neden meydana geldiği konusunda da rol oynayabileceği fikrini ortaya attı.

Deprem dengesizliği ve şiddeti

Ünlü San Andreas Fayı da dahil olmak üzere Kaliforniya’daki faylardan elde edilen verileri analiz eden araştırmacılar, altında karmaşık geometriye sahip olan, yani oradaki yapıların paralel olmadığı fay bölgelerinin, geometrik olarak daha az olan hareketlere göre daha güçlü yer hareketlerine sahip olduğunu ortaya çıkardı. karmaşık. Hata bölgeleri. Bu aynı zamanda bu alanların bazılarında daha güçlü depremler yaşanacağı, bazılarında daha zayıf depremler yaşanacağı ve bazılarında ise hiç deprem olmayacağı anlamına geliyor.

Araştırmacılar bunu analiz ettikleri hataların ortalama dengesizliğine göre belirlediler. Bu yanlış hizalama oranı, belirli bir alandaki fayların ne kadar yakın olduğunu ve farklı yönlere gitmek yerine hepsinin aynı yöne gittiğini ölçer. Analiz, fayların daha eğik olduğu fay zonlarının deprem şeklinde kayma olaylarına neden olduğunu ortaya çıkardı. Fay geometrisinin daha hizalı olduğu fay zonları, fayın deprem olmadan düzgün bir şekilde ilerlemesini kolaylaştırdı.

Çalışmayı yöneten yüksek lisans öğrencisi Lee, “Fayların bir sistem olarak nasıl davrandığını anlamak, depremlerin neden ve nasıl meydana geldiğini anlamak için çok önemlidir” dedi. “Araştırmamız, hata ağı mimarisinin karmaşıklığının temel faktör olduğunu ve bağımsız gözlem kümeleri arasında anlamlı bağlantılar oluşturduğunu ve bunları yeni bir çerçeveye entegre ettiğini ileri sürüyor.”

Deprem araştırmalarında geleceğe yönelik yönelimler

Araştırmacılar, modeli tam olarak doğrulamak için daha fazla çalışma yapılması gerektiğini söylüyor ancak bu ön çalışma, özellikle yanlış hizalamanın veya yanlış hizalamanın ölçülmesinin yanlış hizalama özelliklerinden daha kolay olması nedeniyle fikrin umut verici olduğunu gösteriyor. Eğer bu çalışma geçerliyse bir gün deprem tahmin modellerine dahil edilebilir.

Araştırmacılar çalışmayı nasıl geliştireceklerini belirlemeye başladıkça, bu şu anda çok uzakta.

Tsai, “Bundan sonra gelecek en bariz şey Kaliforniya’nın ötesine geçip bu modelin nasıl ayakta kaldığını görmek olacak” dedi. “Bu potansiyel olarak depremlerin nasıl oluştuğunu anlamanın yeni bir yoludur.”

Referans: “Fay Ağı Geometrisi Depremlerin Sürtünme Davranışını Etkiliyor”, Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee ve Daniel T. Trugman, 5 Haziran 2024, doğa.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi. Ekipte Li, Tsai ve Hirth’ün yanı sıra Reno’daki Nevada Üniversitesi’nden Avighyan Chatterjee ve Daniel T. Trugman da vardı.