Американские ученые совершили прорыв в понимании механизмов землетрясений, создав лабораторную модель, которая наглядно связывает микроскопические процессы на разломах земной коры с возникновением сейсмических событий. Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, открывают новые перспективы в изучении и, возможно, в будущем прогнозировании землетрясений.
В течение десятилетий сейсмологи использовали для моделирования землетрясений сложные математические законы, которые хорошо описывали наблюдаемые явления, но не объясняли лежащие в их основе физические процессы. Новое исследование заполняет этот пробел. Ученые выяснили, что ключевым фактором, управляющим поведением разлома, является так называемая «реальная площадь контакта» — совокупность микроскопических участков, в которых поверхности разлома соприкасаются друг с другом. Эта площадь составляет лишь малую долю от общей поверхности разлома.
По словам руководителя исследования Сильвена Барбо, доцента наук о Земле из Университета Южной Калифорнии, их работа позволила заглянуть в самое сердце механики землетрясений. Наблюдая за тем, как меняется реальная площадь контакта в течение сейсмического цикла, ученые смогли объяснить и медленное накопление напряжения в разломах, и последующий стремительный разрыв пород.
Для проведения эксперимента исследователи использовали прозрачные акриловые блоки, имитирующие тектонический разлом. С помощью светодиодов и высокоскоростных камер им удалось в реальном времени отследить, как формируются, растут и разрушаются точки контакта во время лабораторных землетрясений.
Как сообщает портал Phys.org, в моменты быстрых разрывов около 30% площади контакта исчезало за миллисекунды, что и приводило к высвобождению энергии. Таким образом, ученые впервые получили физическое подтверждение математической концепции, которая была центральной в сейсмологии с 1970-х годов.
Это открытие имеет далеко идущие практические последствия. Изменение реальной площади контакта влияет на многие измеримые физические свойства разломов, включая их электропроводность и то, как через них проходят сейсмические волны. Исследователи полагают, что непрерывный мониторинг этих параметров на реальных тектонических разломах может позволить выявлять самые ранние стадии зарождения землетрясения, еще до того, как начнут излучаться сейсмические волны.
В дальнейшем научная группа планирует проверить свои выводы за пределами контролируемых лабораторных условий. Хотя создание надежной системы краткосрочного прогнозирования землетрясений остается долгосрочной целью, данная работа закладывает физическую основу для ее разработки. Конечная цель, по словам ученых, — это будущее, в котором можно будет обнаруживать малейшие изменения в состоянии разломов еще до удара стихии.