Jordbävningar är plötsliga och deras skakningar kan vara förödande. Men för cirka 20 år sedan en ny typ av jordbävning upptäcktes. Vi kan inte känna dem, och geologer vet fortfarande väldigt lite om dem, till exempel hur ofta de inträffar.

Regelbundna jordbävningar uppstår när berg under jord bryter längs ett fel - en spricka i jordskorpan som vanligtvis utgör en gräns mellan tektoniska plattor - och glider med en hastighet av cirka en meter per sekund.

Tidigare, man trodde att om det inte finns en jordbävning, fel rör sig mycket långsamt, vid tillväxt av naglar. Sedan, bättre jordbävningsdetekteringsinstrument avslöjade att det finns en hel rad halkahastigheter däremellan. Dessa är kända som långsamma jordbävningar och kan pågå i flera dagar, månader eller ibland till och med år.

"Jordens rörelser accelererar men det accelererar inte till den punkt där det gör en jordbävning som kan kännas på ytan, "sade doktor Ake Fagereng, en geolog vid Cardiff University i Storbritannien.

Det finns fortfarande många frågor att besvara om långsamma jordbävningar. Hur de händer, till exempel, är fortfarande inte klart, liksom vad det kan få för konsekvenser.

Dr Fagereng och hans kollegor är särskilt intresserade av långsamma jordbävningarnas förhållande till vanliga och de förhållanden som ger upphov till dessa händelser, som de undersöker som en del av ett projekt som heter MICA. "Om vi ​​kan ta reda på det, då kan vi förhoppningsvis också ta reda på om dessa förhållanden kan förändras så att en jordbävning påskyndas, "sa Dr Fagereng.

Förutom att borra in i ett offshore -område i Nya Zeeland som upplever långsamma jordbävningar, laget har besökt regioner i Japan, Namibia, Cypern och Storbritannien som skulle ha upplevt dem tidigare. Eftersom de förekommer djupt under jordens yta, som är svårt att studera, forskarna har valt områden som en gång befann sig på lämpliga djup och förhållanden men som har tagits upp till ytan över tid på grund av erosion och upplyftning.

"Vi letar efter strukturer som bildades (till följd av långsamma jordbävningar) och vad de berättar om hur klipporna rymde den glidningen, "sa Dr Fagereng.

Krypa

Deras teori är att långsamma jordbävningar inträffar när de kryper - små, kontinuerliga rörelser i ett fel - accelererar i hela felzonen, som kan vara flera kilometer tjock. Deras fältobservationer visade att ett fel kan bestå av olika bergarter med varierande styrka, såsom fast basalt och granit och svagare lerrika sediment. De misstänkte att starkare stenar börjar spricka när kryp påskyndas på grund av svagare stenar som rör sig runt dem men kunde inte förklara exakt varför.

Med hjälp av information från deras fältarbete, de har nu utvecklat en matematisk modell för att reproducera sin teori och beskriva en del av fysiken bakom den. En blandning av stenar med olika deformationsstilar - som att bryta eller böja - verkar vara nyckeln. En andel av krypande svagt berg krävs, samt lokalt tillräckligt högt tryck för att få lite sten att gå sönder.

"En möjlighet för dessa långsamma jordbävningar är att du har en tjock krypande zon med inbäddade starkare (berg) bitar, "sa Dr Fagereng.

Teamet planerar att följa upp med fler fältobservationer för att förfina sin modell. De kan fortfarande inte förklara varför långsamma jordbävningar inträffar på vissa platser, till exempel, och varför de är mycket mer förutsägbara än vanliga jordbävningar, förekommer ofta med bestämda intervall.

Dr Fagereng tror att resultaten från projektet kan hjälpa till att förbättra jordbävningar och tsunamiprognoser. Förra året, forskare hittade det första beviset på en långsam jordbävning som föregick en vanlig jordbävning i ett område väster om Fairbanks, Alaska, i USA. Men kopplingen mellan de två typerna av skakningar är inte väl förstådd. I vissa fall, långsamma jordbävningar kan också lindra stress som annars skulle bygga upp och orsaka en större jordbävning.

"Vi hoppas kunna komma någonstans på vad sambandet är mellan långsamma jordbävningar och vanliga jordbävningar, "sa Dr Fagereng." Och då kan det potentiellt mata in modeller för vilken storlek jordbävning du kan få i olika regioner. "

Laboratorieexperiment kan också belysa fysiken för långsamma jordbävningar. Dr Nicolas Brantut från University College London i Storbritannien och hans kollegor använder skräddarsydda maskiner som kan deformera bergprover vid höga tryck och temperaturer för att efterlikna förhållanden djupt under jordytan.

Ömtålig plastövergång

Hans team är särskilt intresserade av den spröda plastövergången, ett område cirka 10 till 15 kilometer under ytan där beteendet hos stenar förändras. Ovanför denna zon är de spröda, medan de flyter under den på grund av den höga temperaturen och trycket som ökar med djupet. "Den spröda delen är där du har jordbävningar, sa Dr Brantut.

Dock, långsamma jordbävningar tycks inträffa i den spröda plastzonen, baserat på seismologiska observationer. I många fall, de äger också rum vid samma temperatur- och tryckförhållanden som finns i denna region. Men hittills, långsamma glidhändelser har typiskt modellerats utifrån friktionskrafterna vid ett fel utan att ta hänsyn till särdragen i den spröda plastövergångszonen där stenar börjar flöda.

"Samspelet mellan friktionsmekanismer och plastflödesmekanismer förstås inte tillräckligt bra för att utesluta dem som mekanismer för långsamma jordbävningar, sa Dr Brantut.

Som en del av projektet RockDEaF, Dr Brantut och hans team undersöker bergens rörelse vid den spröda plastövergången. De replikerar förhållandena i detta område på bitar av bergcentimeter långa för att se om de bryts eller flyter. "Vi vill förstå hur dessa mekanismer konkurrerar med varandra, sa Dr Brantut.

Simulerar

Än så länge, laget har undersökt den spröda plastövergången genom att simulera ett fel i jordskorpan i ett marmorblock. De undersökte bergets beteende vid olika tryck och förväntade sig att hitta en skarp övergång mellan sprött och plastiskt beteende.

Dock, de blev förvånade över att finna att båda beteenden inträffade samtidigt under ett brett spektrum av tryckförhållanden. "Det här är något som jag tror att ingen har insett tidigare, "sa Dr Brantut." Det faktum att vi kan ha både friktion och deformation i ett kontinuum samtidigt. "

Dr Brantut tror att resultaten från projektet kan hjälpa till att fastställa var långsamma jordbävningar kan uppstå genom att bestämma villkor och egenskaper hos berg som krävs.

Men de kan också ge nya ledtrådar om på vilka djup regelbundna jordbävningar kommer. Temperaturen under jordens yta ökar som en funktion av djupet, vilket vanligtvis är en ökning med 10 ° C till 40 ° C per kilometer i skorpan. En jordbävnings lägsta ursprungspunkt antas sammanfalla med djup som når 600 ° C, eftersom stenar blir smidiga när de överstiger denna temperatur och därför inte kan spricka och generera en jordbävning. Men bättre förståelse för övergången i bergbeteende bör hjälpa till att avgöra om temperaturen är den avgörande faktorn.

"Vi borde förstå mer om vad som verkligen styr hur djupt vi kan förvänta oss att jordbävningar ska sprida sig, sa Dr Brantut.