Стихийные бедствия часто приводят к катастрофических последствиям, от гибели людей до непригодности местности для дальнейшей жизни. В число приносящих наибольший урон, входят извержения вулканов и землетрясения. С ростом населения Земли все больше людей вынуждены жить в потенциально опасных зонах. И неудивительно, что ученые пытаются понять, что является спусковым механизмом катастроф и можно ли их хотя бы предсказать заранее. К таким исследованиям относятся и те два лабораторных моделирования, сообщения о которых появились совсем недавно.
В первом эксперименте ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Германии и Университета Перуджи в Италии изучали каков может быть интервал времени между возникновением исходных условий (триггером) и самим извержением. Они исходили из того, что магма очага никогда не находится в покое, там постоянно происходит процесс смешивания различных по составу расплавов и растворов. При этом интервал времени между началом процесса и извержением слишком мал для образования полностью гомогенной смеси. Именно эта гетерогенность и была использована для построения временной модели процесса смешивания. Для своих последних исследований ученые взяли 2 типа образцов изверженных пород из кальдеры Кампи Флегрей около Неаполя и изучили их химический состав и соотношение компонентов смеси. Результаты лабораторных экспериментов показали, что разные химические фракции компонентов расплава смешиваются друг с другом в разных соотношениях. Например, вода равномерно распределяется по смеси очень быстро, другими составляющим требуется больше времени.
Схема проведения эксперимента. Источник: http://www.nature.com/articles/srep14225/figures/1
«На основании отличий в соотношениях определенных компонентов породы в смеси между двумя образцами изверженного материала, мы можем оценить продолжительность периода между началом процесса смешивания и извержением», — говорит профессор Дональд Дингвелл (Donald Dingwell) из Отделения естественных наук LMU.
Для Кампи Флегрей результаты оказались ошеломительно неутешительными: интервал между началом смешивания и извержением составил меньше часа! Но ученые не теряют оптимизма.
«Чем больше такого рода исследований будет проводиться на других вулканических системах, тем скорее мы окажемся в состоянии оценить длительность фазы подготовки к извержению, используя для этого расхождения в относительной концентрации в качестве вулканического хронометра», — замечает профессор Дингвелл. Он считает, этот метод можно использовать при ретроспективной оценке прошедших извержений, а, следовательно, и для прогноза будущих.
Во втором эксперименте изучались взаимосвязи крупных землетрясений и медленных подвижек земной коры. Проводили его ученые из Института геофизики Университета Техаса в Остине (UTIG). Для своего исследования они использовали карбопол, гелеподобную субстанцию, позволяющую смоделировать поведение пород среднего слоя земной коры. Эта субстанция обладает одновременно и хрупкими и вязкими свойствами. Исследователи проводили испытания на сдвиг, при которых одна порция материала сдвигалась в одном направлении, а другая в противоположном, то же самое происходит и в природной среде при обоих процессах, только с разной интенсивностью. Кроме того, ученых интересовал процесс передачи напряжения в среднем слое земной коры.
Схема проведения эксперимента. Источник: http://www.nature.com/ngeo/journal/v8/n9/fig_tab/ngeo2496_F1.html
«Поняв механизмы передачи напряжения немного лучше, мы в конечном итоге надеемся лучше узнать, как они связаны с крупными, катастрофическими землетрясениями», — говорит Жаклин Ребер (Jacqueline Reber), руководитель исследования, — «Не совсем понятно, как события медленного сдвига взаимодействуют с землетрясениями, могут ли они запускать землетрясения, или наоборот — землетрясения запускают медленные сдвиги».
Карбопол, в котором соотношение хрупких и вязких частей определяет количество напряжения, которое он может принять до своей деформации или разрыва, оказался идеальным материалом для такого рода исследований. При нижнем пределе текучести карбопол вел себя как более горячие пластичные породы, при верхнем — как холодные, более хрупкие. Иными словами, эксперимент показал, что вязкие деформации и постоянное ползучее движение характерны при более низком пределе текучести, а скачкообразные подвижки при более высоком. Результаты исследований могут помочь в оценке существующих напряжений в потенциально опасных тектонических зонах.
Центр перспективного развития ВСЕГЕИ
Источники: http://phys.org/news/2015-09-interval-trigger-volcanic-eruption.html,
http://www.nature.com/articles/srep14225,
http://phys.org/news/2015-09-scientists-simulate-earth-middle-crust.html
и http://www.nature.com/ngeo/journal/v8/n9/full/ngeo2496.html
