Учёные из Университета Южной Калифорнии разработали лабораторную модель землетрясений, которая впервые связывает микроскопическое трение между поверхностями разломов с сейсмической активностью. Исследователи использовали прозрачные материалы и высокоскоростную съёмку, что позволило им наблюдать, как крошечные точки контакта между разломами образуются, разрушаются и исчезают во время имитации землетрясений. Открытие объясняет как медленное накопление напряжения в разломах, так и последующий быстрый разрыв пишет sciencexxi.com.
Работа учёных, опубликованная в научном журнале, раскрывает ключевую роль микроскопического трения в возникновении сейсмической активности. Руководитель исследования Сильвен Барбо, профессор земных наук, отметил, что новая модель открывает окно в механику землетрясений. Наблюдая за изменением реальной площади контакта между поверхностями разломов во время сейсмического цикла, можно объяснить процессы, которые происходят от начальной фазы до разрыва.
В течение многих лет исследователи применяли эмпирические законы трения для моделирования землетрясений, успешно описывающие сейсмическое движение, но не объясняющие его причину. Новая модель впервые показывает, что происходит на границе разлома во время всего цикла землетрясения. Когда две неровные поверхности скользят друг относительно друга, они соприкасаются лишь в микроскопических изолированных точках, занимающих небольшую часть общей площади. Эта реальная площадь контакта оказалась ключевой переменной, контролирующей поведение землетрясений.
Эксперименты проводились с использованием прозрачных акриловых материалов, что позволило исследователям в реальном времени наблюдать за развитием разрывов. С помощью высокоскоростных камер и оптических измерений команда отслеживала изменение прохождения светодиодного излучения по мере формирования, роста и разрушения контактных соединений. Во время быстрых разрывов около 30% площади контакта исчезает за миллисекунды, что вызывает драматическое ослабление и приводит к землетрясению.
Результаты исследования имеют практическое значение, выходящее за рамки лабораторных экспериментов. Поскольку реальная площадь контакта влияет на множество физических свойств зон разломов, включая электропроводность, гидравлическую проницаемость и прохождение сейсмических волн, непрерывный мониторинг этих параметров может предоставить новые инструменты для систем краткосрочного предупреждения о землетрясениях. В будущем это может привести к возможности обнаружения ранних стадий зарождения землетрясения задолго до того, как начнут распространяться сейсмические волны.