Як землетруси формують напруження в надрах Землі

Вчені з Полтавської гравіметричної обсерваторії Інституту геофізики ім. С.І. Суботіна НАН України провели унікальне дослідження процесів, що відбуваються під час землетрусів. Використовуючи складне комп'ютерне моделювання, дослідники змогли детально вивчити механізми напружено-деформованого стану літосфери.

Наукова робота зосереджена на вивченні процесів накопичення та вивільнення енергії в земній корі. Дослідження показало, що виникнення землетрусів безпосередньо пов'язане з активними тектонічними рухами вздовж розломів. Коли протилежні борти розлому взаємно рухаються, в масиві твердих порід навколо заблокованої ділянки поступово накопичується значна енергія пружної деформації.

Ключова особливість дослідження полягає у використанні варіаційного скінченно-елементного методу для вивчення багатошарових ортотропних оболонок. Науковці змоделювали розподіл переміщень і напружень у різних напрямках літосфери навколо осередку землетрусу.

Дослідження охоплювало моделювання ділянки літосферного блоку розміром 100×100 кілометрів, яка прилягає до активної зони розлому. Вчені змоделювали сценарій, коли на заблокованій частині розлому відбувається пружна розрядка зсувних напружень, що призводить до розриву довжиною 5 кілометрів і переміщення на відстань одного метра.

Важливим результатом стало виявлення залежності розподілу переміщень і напружень від декількох ключових факторів. По-перше, суттєвий вплив мають товщина шару осадових порід та потужність шарів кристалічного фундаменту літосфери. Збільшення товщини осадових порід призводить до збільшення амплітуд переміщень і зниження амплітуд напружень.

Друга важлива знахідка стосується впливу жорсткості порід. Зміна жорсткості у зсувному напрямку найбільше впливає на кількісні та якісні зміни в розподілі переміщень і напружень. Особливо показовим є те, що зниження жорсткості порід у вертикальному напрямку призводить до значного збільшення амплітуд вертикальних переміщень.

Дослідження проводилося на типових геологічних породах верхнього пружного шару літосфери: пісковиках, гранітоїдах та базальтах. Науковці враховували анізотропію порід, тобто відмінність їхніх властивостей у різних напрямках.

Результати моделювання показали, що найбільші переміщення та напруження концентруються безпосередньо біля лінії розвантаження розлому, причому вони швидко спадають у поперечному напрямку. Це важливе спостереження для розуміння механізмів землетрусів та прогнозування сейсмічної активності.