Nowe badanie pokazuje, że do takiego “zawrócenia” wcale nie potrzeba geologicznego labiryntu z rozgałęzieniami, zakrętami i skrzyżowaniami uskoków. Wystarczy prosty, pozornie nudny uskok. Nawet taki, który wygląda jak linia od linijki.
Czym właściwie jest “boomerang” i dlaczego szkody mogą rosnąć, mimo że to wciąż jedno trzęsienie?
Najważniejsze jest to, że mówimy o tym samym zdarzeniu sejsmicznym – nie o “drugim trzęsieniu” chwilę później. To raczej drugi, cofający się front pęknięcia, który biegnie wstecz po uskoku w ciągu sekund. W praktyce oznacza to, że obszary, które dopiero co zostały ominięte przez pęknięcie, dostają dodatkową porcję energii w bardzo krótkim odstępie czasu. Kierunek propagacji pęknięcia potrafi wzmacniać drgania w “kierunku jazdy” (efekt kierunkowości). Jeśli więc pęknięcie najpierw biegnie w jedną stronę, a potem wraca, układ przestaje być już prosty jak w schemacie. Zaczynają się “porcje” energii, kilka faz silnego wstrząsania i potencjalnie bardziej złożone wzorce uszkodzeń – bez potrzeby dokładania kolejnego zdarzenia w czasie.
Badacze wskazują zestaw okoliczności, w których boomerang może pojawić się nawet na prostym uskoku. Po pierwsze: pęknięcie musi być jednostronne, czyli startuje blisko jednego końca i biegnie zasadniczo w jedną stronę, zamiast rozchodzić się symetrycznie w dwie. Po drugie: uskok musi być na tyle długi, żeby pęknięcie zdążyło wejść w obszary o innych warunkach naprężeń. Po trzecie i tu zaczyna się sedno mechanizmu, potrzebna jest odpowiednia dynamika tarcia na uskoku. Tarcie, które słabnie wraz z prędkością poślizgu (tzw. velocity-weakening), i w trakcie samego zdarzenia potrafi szybko “spaść, odbić w górę i znów spaść”. To właśnie ten taniec tarcia ma tworzyć warunki do powstania cofającego się frontu.
Od ciągłego rozrywania do impulsów i powrotu
Okazuje się, że na uskoku tarcie jest dynamiczne – zależy od prędkości, stanu powierzchni, rozwoju poślizgu, a także od tego, jak materiał reaguje w ułamkach sekund. W modelach badaczy pojawiają się sytuacje, w której pęknięcie biegnące w jedną stronę wytwarza coś jak “efekt łamania”, który potrafi chwilowo spowolnić poślizg, podnieść tarcie i sprawić, że ślizga się tylko wąski fragment uskoku naraz.
To prowadzi do bardzo ciekawej konsekwencji. Obszar “za” frontem pęknięcia przestaje się ślizgać, jakby go przyhamowało, ale jednocześnie wciąż ma zgromadzony stres, który może ponownie doprowadzić do poślizgu. W efekcie może powstać wtórny front, który “wypełnia” luki w poślizgu, cofając się w stronę miejsca startu. Autorzy badań podkreślają jednak, że jeśli do powrotu potrzebny jest odpowiednio duży dystans propagacji, to znaczy, że duże trzęsienia mogą mieć jakościowo inne “tryby” pęknięcia niż małe. Nie tylko więcej energii, nie tylko większy obszar, ale też inne zachowanie samego procesu zrywania.
To trochę jak z pożarem. Mały ogień i duży ogień nie różnią się wyłącznie rozmiarem. Duży ogień tworzy własną pogodę. W sejsmologii duże zdarzenia też potrafią tworzyć własną dynamikę – strefy o innym stresie, przejścia między trybami poślizgu, zmiany tarcia w trakcie.
Czy to już się zdarzało? Mamy kilka tropów
W literaturze i obserwacjach sejsmicznych pojawiały się przypadki sugerujące odwrócenie kierunku ruptury, m.in. zdarzenie na uskoku Romanche na Atlantyku w 2016 roku, czy trzęsienie w rejonie Taitung w 2021 roku.
Jednocześnie badacze zwracają uwagę na niewygodną prawdę. Wiele metod obserwacyjnych, których rutynowo używa się do opisu ruptury, może zwyczajnie nie być czułych na takie “wsteczne” fronty. To trochę jak szukanie drugiego refrenu w piosence, gdy słuchasz jej przez ścianę – coś czujesz, ale nie potrafisz tego pewnie rozdzielić. Wniosek jest prosty. Jeśli mechanizm jest możliwy przy dość typowych warunkach, to boomerang mógł się dziać częściej, tylko my nie zawsze umieliśmy go jednoznacznie wyłapać.
Proste, dojrzałe uskoki, wcale nie muszą zachowywać się prosto podczas dużych zdarzeń. Jeśli boomerang jest realną możliwością, to w analizach zagrożeń warto brać pod uwagę scenariusze, w których część obszaru dostaje niejedną, a kilka krótkich faz silnego wstrząsania, wynikających z dynamiki samej ruptury.
Źródła: MIT; Prevention Web