Афтершок

Smaller earthquake which follows a larger one in the same area

В сейсмологии афтершок — это меньшее землетрясение , которое следует за большим землетрясением в той же области главного толчка, вызванное тем, что смещенная кора приспосабливается к последствиям главного толчка. Крупные землетрясения могут иметь сотни или тысячи инструментально обнаруживаемых афтершоков, которые неуклонно уменьшаются по магнитуде и частоте в соответствии с последовательной моделью. В некоторых землетрясениях главный разрыв происходит в два или более этапов, что приводит к нескольким основным толчкам. Они известны как дублетные землетрясения , и в целом их можно отличить от афтершоков по схожим магнитудам и почти идентичным формам сейсмических волн .

Распределение афтершоков

Большинство афтершоков локализуются по всей площади разрыва разлома и происходят либо вдоль самой плоскости разлома, либо вдоль других разломов в пределах объема, затронутого деформацией, связанной с основным толчком. Обычно афтершоки обнаруживаются на расстоянии, равном длине разрыва, от плоскости разлома.

Модель афтершоков помогает подтвердить размер области, которая сдвинулась во время главного толчка. Как при землетрясении в Индийском океане 2004 года , так и при землетрясении в Сычуани 2008 года распределение афтершоков в каждом случае показало, что эпицентр (где начался разрыв) лежал на одном конце конечной области сдвига, что подразумевает сильно асимметричное распространение разрыва.

Размер и частота афтершоков с течением времени

Частота и магнитуда афтершоков подчиняются нескольким устоявшимся эмпирическим законам.

Закон Омори

Частота афтершоков уменьшается примерно пропорционально времени после главного толчка. Это эмпирическое соотношение было впервые описано Фусакичи Омори в 1894 году и известно как закон Омори. ^[1] Он выражается как

${\displaystyle n(t)={\frac {k}{c+t}}}$

где k и c — константы, которые изменяются в зависимости от последовательности землетрясений. Модифицированная версия закона Омори, которая теперь широко используется, была предложена Утсу в 1961 году. ^{[2] [3]}

${\displaystyle n(t)={\frac {k}{(c+t)^{p}}}}$

где p — третья константа, которая изменяет скорость распада и обычно находится в диапазоне 0,7–1,5.

Согласно этим уравнениям, частота афтершоков быстро уменьшается со временем. Частота афтершоков пропорциональна обратной величине времени с момента главного толчка, и это соотношение можно использовать для оценки вероятности возникновения будущих афтершоков. ^[4] Таким образом, какова бы ни была вероятность афтершока в первый день, второй день будет иметь 1/2 вероятности первого дня, а десятый день будет иметь приблизительно 1/10 вероятности первого дня (когда p равно 1). Эти закономерности описывают только статистическое поведение афтершоков; фактическое время, количество и местоположение афтершоков являются стохастическими ^{[ необходима цитата ]} , хотя и имеют тенденцию следовать этим закономерностям. Поскольку это эмпирический закон, значения параметров получаются путем подгонки к данным после того, как произошел главный толчок, и они не подразумевают никакого конкретного физического механизма в любом данном случае.

Закон Утсу-Омори также был получен теоретически, как решение дифференциального уравнения, описывающего эволюцию афтершоковой активности, ^[5] где интерпретация эволюционного уравнения основана на идее дезактивации разломов в непосредственной близости от главного толчка землетрясения. Также ранее закон Утсу-Омори был получен из процесса зарождения. ^[6] Результаты показывают, что пространственное и временное распределение афтершоков разделяется на зависимость от пространства и зависимость от времени. А совсем недавно, посредством применения дробного решения реактивного дифференциального уравнения, ^[7] модель двойного степенного закона показывает спад плотности чисел несколькими возможными способами, среди которых есть частный случай закона Утсу-Омори.

Закон Бота

Другой основной закон, описывающий афтершоки, известен как закон Бота ^{[8] [9]} , который гласит, что разница в магнитуде между основным толчком и его самым большим афтершоком приблизительно постоянна, независимо от магнитуды основного толчка, обычно 1,1–1,2 по шкале моментной магнитуды .

Закон Гутенберга-Рихтера

Закон Гутенберга-Рихтера для b  = 1

Магнитуда землетрясения в Центральной Италии в августе 2016 года (красная точка) и афтершоки (которые продолжали происходить после указанного здесь периода)

Последовательности афтершоков также обычно следуют закону масштабирования Гутенберга-Рихтера, который описывает соотношение между магнитудой и общим числом землетрясений в регионе за определенный период времени.

${\displaystyle \!\,N=10^{a-bM}}$

Где:

• ${\displaystyle N}$это число событий больше или равно ${\displaystyle M}$
• ${\displaystyle M}$это величина
• ${\displaystyle a}$и являются константами ${\displaystyle b}$

Подводя итог, можно сказать, что наблюдается больше мелких афтершоков и меньше крупных афтершоков.

Эффект афтершоков

Афтершоки опасны, потому что они обычно непредсказуемы, могут быть большой магнитуды и могут обрушить здания, поврежденные основным толчком. Более сильные землетрясения имеют больше и более сильные афтершоки, и последовательности могут длиться годами или даже дольше, особенно когда крупное событие происходит в сейсмически спокойной области; см., например, сейсмическую зону Нью-Мадрид , где события все еще следуют закону Омори от основных толчков 1811–1812 годов. Последовательность афтершоков считается завершенной, когда скорость сейсмичности падает до фонового уровня; т. е. дальнейшее снижение числа событий со временем невозможно обнаружить.

Сообщается, что движение земли вокруг разлома Нью-Мадрид составляет не более 0,2 мм (0,0079 дюйма) в год ^[10] в отличие от разлома Сан-Андреас , где в среднем происходит до 37 мм (1,5 дюйма) в год по всей Калифорнии. ^[11] Сейчас считается, что афтершоки на Сан-Андреас происходят максимум через 10 лет, в то время как землетрясения в Нью-Мадрид считались афтершоками почти через 200 лет после землетрясения в Нью-Мадрид 1812 года . ^[12]

Предвестники толчков

Некоторые ученые пытались использовать форшоки для прогнозирования предстоящих землетрясений , и один из немногих успехов был достигнут в ходе землетрясения в Хайчэне в Китае в 1975 году. Однако на Восточно-Тихоокеанском поднятии трансформные разломы демонстрируют вполне предсказуемое поведение форшоков перед основным сейсмическим событием. Обзоры данных прошлых событий и их форшоков показали, что они имеют низкое количество афтершоков и высокие показатели форшоков по сравнению с континентальными сдвиговыми разломами . ^[13]

Моделирование

Сейсмологи используют такие инструменты, как модель последовательности афтершоков эпидемического типа (ETAS), для изучения каскадных афтершоков и форшоков. ^{[14] [15]}

Психология

После сильного землетрясения и афтершоков многие люди сообщали о том, что чувствовали «фантомные землетрясения», хотя на самом деле никакого землетрясения не было. Это состояние, известное как «болезнь землетрясения», считается связанным с укачиванием и обычно проходит, когда сейсмическая активность спадает. ^{[16] [17]}

Ссылки

1. Омори, Ф. (1894). «О афтершоках землетрясений» (PDF) . Журнал Колледжа наук, Императорский университет Токио . 7 : 111–200. Архивировано из оригинала (PDF) 2015-07-16 . Получено 2015-07-15 .
2. Утсу, Т. (1961). «Статистическое исследование возникновения афтершоков». Geophysical Magazine . 30 : 521–605.
3. Утсу, Т.; Огата, Ё.; Мацуура, Р.С. (1995). «Столетие формулы Омори для закона распада афтершоковой активности». Журнал физики Земли . 43 : 1–33. doi : 10.4294/jpe1952.43.1 .
4. Куигли, М. "Новое научное обновление о землетрясении в Крайстчерче 2011 года для прессы и общественности: сейсмическое запугивание или время сбежать с корабля". Журнал землетрясений в Крайстчерче . Архивировано из оригинала 29 января 2012 года . Получено 25 января 2012 года .
5. Гульельми, А. В. (2016). «Интерпретация закона Омори». Известия, Физика твердой Земли . 52 (5): 785–786. arXiv : 1604.07017 . Bibcode :2016IzPSE..52..785G. doi :10.1134/S1069351316050165. S2CID  119256791.
6. Шоу, Брюс (1993). "Обобщенный закон Омори для афтершоков и форшоков из простой динамики" (PDF) . Geophysical Research Letters . 20 (10): 907–910. Bibcode :1993GeoRL..20..907S. doi : 10.1029/93GL01058 .
7. Санчес, Эвин; Вега, Педро (2018). «Моделирование временного затухания афтершоков с помощью решения дробного реактивного уравнения». Прикладная математика и вычисления . 340 : 24–49. doi :10.1016/j.amc.2018.08.022. S2CID  52813333.
8. Рихтер, Чарльз Ф., Элементарная сейсмология (Сан-Франциско, Калифорния, США: WH Freeman & Co., 1958), стр. 69.
9. Båth, Markus (1965). «Боковые неоднородности в верхней мантии». Tectonophysics . 2 (6): 483–514. Bibcode : 1965Tectp...2..483B. doi : 10.1016/0040-1951(65)90003-X.
10. Элизабет К. Гарднер (13.03.2009). "Система разломов Нью-Мадрид может закрыться". physorg.com . Получено 25.03.2011 .
11. Уоллес, Роберт Э. "Современные движения земной коры и механика циклической деформации". Система разломов Сан-Андреас, Калифорния . Архивировано из оригинала 2006-12-16 . Получено 2007-10-26 .
12. "Землетрясения на самом деле являются афтершоками землетрясений 19 века; последствия землетрясений в Нью-Мадриде 1811 и 1812 годов продолжают ощущаться". Science Daily . Архивировано из оригинала 8 ноября 2009 года . Получено 2009-11-04 .
13. McGuire JJ, Boettcher MS, Jordan TH (2005). «Предвестники сейсмических толчков и краткосрочная предсказуемость землетрясений на трансформных разломах Восточно-Тихоокеанского поднятия». Nature . 434 (7032): 445–7. Bibcode :2005Natur.434..457M. doi :10.1038/nature03377. PMID  15791246. S2CID  4337369.
14. Например: Helmstetter, Agnès; Sornette, Didier (октябрь 2003 г.). "Predictability in the Epidemic-Type Aftershock Sequence model of interacting triggered seismicity". Journal of Geophysical Research: Solid Earth . 108 (B10): 2482ff. arXiv : cond-mat/0208597 . Bibcode :2003JGRB..108.2482H. doi :10.1029/2003JB002485. S2CID  14327777. В рамках усилий по разработке систематической методологии прогнозирования землетрясений мы используем простую модель сейсмичности, основанную на взаимодействующих событиях, которые могут вызвать каскад землетрясений, известную как модель Epidemic-Type Aftershock Sequence (ETAS).
15. Например: Petrillo, Giuseppe; Lippiello, Eugenio (декабрь 2020 г.). «Проверка гипотезы форшока в рамках описания сейсмичности, похожего на эпидемию». Geophysical Journal International . 225 (2): 1236–1257. doi : 10.1093/gji/ggaa611 . ISSN  0956-540X.
16. «Японские исследователи диагностируют сотни случаев «болезни землетрясения». The Daily Telegraph . 20 июня 2016 г.
17. «После землетрясения: почему мозг дает фантомные сотрясения». The Guardian . 6 ноября 2016 г.

Внешние ссылки

• Подземные толчки оказались не такими, какими они казались на Live Science