Aardbevingen produceren seismische golven met een reeks frequenties, van de lange, rollende bewegingen die wolkenkrabbers deinen, naar de schokkerige, hoogfrequente trillingen die enorme schade aan huizen en andere kleinere constructies veroorzaken. Een paar geofysici van Brown University hebben een nieuwe verklaring voor hoe die hoogfrequente trillingen kunnen worden geproduceerd.

In een paper gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , Brown faculteitsleden Victor Tsai en Greg Hirth stellen voor dat rotsen die in een breukzone botsen als een aardbeving plaatsvindt, de belangrijkste generatoren zijn van hoogfrequente trillingen. Dat is een heel andere verklaring dan de traditionele, zeggen de onderzoekers, en het zou de raadselachtige seismische patronen van sommige aardbevingen kunnen helpen verklaren. Het kan wetenschappers ook helpen te voorspellen welke fouten waarschijnlijk de meer schadelijke aardbevingen zullen veroorzaken.

"De manier waarop we normaal gesproken over aardbevingen denken, is dat stress zich opbouwt op een fout totdat deze uiteindelijk faalt, de twee kanten glijden tegen elkaar aan, en die slip alleen is de oorzaak van alle grondbewegingen die we waarnemen, " zei Tsai, een universitair hoofddocent bij Brown's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschappen. "Het idee van dit artikel is om te evalueren of er iets anders is dan gewoon wegglijden. De basisvraag is:als je objecten hebt die in de breukzone botsen terwijl het wegglijdt, welke natuurkunde kan daaruit voortvloeien?"

Puttend uit wiskundige modellen die de botsingen van rotsen tijdens aardverschuivingen en andere puinstromen beschrijven, Tsai en Hirth ontwikkelden een model dat de mogelijke effecten van steenbotsingen in breukzones voorspelt. Het model suggereerde dat de botsingen inderdaad de belangrijkste oorzaak van hoogfrequente trillingen zouden kunnen zijn. En het combineren van het botsingsmodel met meer traditionele wrijvingsslipmodellen biedt redelijke verklaringen voor aardbevingswaarnemingen die niet helemaal passen bij het traditionele model alleen, zeggen de onderzoekers.

Bijvoorbeeld, het gecombineerde model helpt herhalende aardbevingen te verklaren - aardbevingen die op dezelfde plaats in een breuk plaatsvinden en bijna identieke seismische golfvormen hebben. Het vreemde aan deze bevingen is dat ze vaak heel verschillende groottes hebben, maar produceren nog steeds grondbewegingen die bijna identiek zijn. Dat is moeilijk uit te leggen door slip alleen, maar is logischer met het toegevoegde botsingsmodel, zeggen de onderzoekers.

"Als je twee aardbevingen hebt in dezelfde breukzone, het zijn dezelfde stenen die tegen elkaar bonzen - of in ieder geval stenen van ongeveer dezelfde grootte, "Zei Tsai. "Dus als botsingen deze hoogfrequente trillingen produceren, het is niet verwonderlijk dat je dezelfde grondbewegingen op die frequenties zou krijgen, ongeacht de hoeveelheid slip die optreedt."

Het botsingsmodel kan ook helpen verklaren waarom aardbevingen in meer volwassen breukzones - gebieden die gedurende een lange periode veel aardbevingen hebben gehad - de neiging hebben om minder schade aan te richten in vergelijking met aardbevingen van dezelfde omvang bij meer onrijpe fouten. Overuren, herhaalde bevingen hebben de neiging om de rotsen in een fout te vermalen, waardoor de fouten soepeler worden. Het botsingsmodel voorspelt dat gladdere fouten met minder gekartelde rotsen die botsen, zwakkere hoogfrequente trillingen zouden produceren.

Tsai zegt dat er meer werk moet worden verzet om het model volledig te valideren, maar dit eerste werk suggereert dat het idee veelbelovend is. Als het model inderdaad valide blijkt te zijn, het zou nuttig kunnen zijn bij het classificeren van welke fouten waarschijnlijk meer of minder schadelijke aardbevingen zullen veroorzaken.

"Mensen hebben enkele waarnemingen gedaan dat bepaalde soorten fouten meer of minder hoogfrequente bewegingen lijken te genereren dan andere, maar het is niet duidelijk waarom fouten in de ene of de andere categorie vallen, " zei hij. "Wat we bieden is een potentieel raamwerk om dat te begrijpen, en we zouden dit potentieel kunnen generaliseren naar alle fouten over de hele wereld. Gladdere fouten met afgeronde interne structuren kunnen over het algemeen minder hoogfrequente bewegingen produceren, terwijl ruwere fouten de neiging hebben om meer te produceren."

Het onderzoek suggereert ook dat sommige lang gekoesterde ideeën over hoe aardbevingen werken misschien moeten worden herzien.

"In zekere zin kan het betekenen dat we minder weten over bepaalde aspecten van aardbevingen dan we dachten, ' zei Tsai. 'Als foutslip niet het hele verhaal is, dan hebben we een beter begrip nodig van de structuur van de breukzone."