Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме во главе с физиком Джеем Файнбергом совершили прорыв в понимании того, как возникают землетрясения. В их исследовании, опубликованном 8 января в журнале Nature, показано, что перед катастрофическим разрывом земной коры, вызывающим землетрясения, происходит фаза медленного, незаметного скольжения, которую называют асейсмическим движением. Это открытие позволяет взглянуть по-новому на механизмы, лежащие в основе землетрясений.
Сейсмическая активность – это результат накопления напряжения между тектоническими плитами, застревающими друг относительно друга. Эти плиты соприкасаются в зоне, где материал обладает хрупкостью. Именно в этой хрупкой зоне и происходит разрыв, который мы ощущаем как землетрясение. Ключевой момент исследования заключался в воспроизведении подобных условий в лабораторной среде. Для этого использовался термопластичный полимерный материал полиметилметакрилат, известный как плексиглас. Он имитирует поведение горных пород в зонах разломов, подобных разлому Сан-Андреас.
В лабораторных условиях к листам плексигласа применялась боковая сила, имитирующая сдвиговые напряжения. Исследователи обнаружили, что разрыв не происходит мгновенно. Ему предшествует так называемый нуклеационный фронт. Это своеобразное «семя» трещины, которое медленно распространяется в материале. Примечательно, что этот процесс распространения фронта нужно моделировать в двух измерениях, а не в одном. Он представляет собой не линию, а скорее расширяющийся «заплаток» на плоскости, где соприкасаются материалы.
По мере того, как этот «заплаток» растет, его периметр контролирует скорость расширения. На этой стадии высвобождения кинетической энергии не происходит, это и есть асейсмическое движение. Этот медленный и, казалось бы, безобидный процесс и является критическим этапом на пути к землетрясению. Как только «заплаток» выходит за пределы хрупкой зоны, ситуация кардинально меняется.
Энергия, необходимая для его дальнейшего роста, перестает увеличиваться. Это приводит к избытку энергии и инициирует стремительный разрыв, который и вызывает сейсмическое колебание. Этот момент перехода от асейсмического движения к сейсмическому и является ключевым для понимания механизмов возникновения землетрясений.
Исследования Файнберга проливают свет на фундаментальные процессы разрыва материалов. И хотя они были проведены в лабораторных условиях, их выводы имеют прямое отношение к реальным землетрясениям. Способность воспроизводить процессы, происходящие глубоко под землей, в контролируемой среде дает исследователям уникальную возможность наблюдать за развитием событий, «слышать» звуки, издаваемые разломом, и собирать данные, недоступные в естественных условиях.
Понимание этого перехода от медленного скольжения к стремительному разрыву открывает новые перспективы для прогнозирования землетрясений. Возможно, в будущем мы сможем обнаруживать признаки асейсмической фазы и тем самым заранее предсказывать приближение более мощных подземных толчков. Кроме того, результаты этого исследования могут повлиять на изучение других связанных проблем, таких как риск землетрясений в США, возникновение толчков вдали от границ плит и определение предельного размера возможных землетрясений.
Изображение носит иллюстративный характер
Сейсмическая активность – это результат накопления напряжения между тектоническими плитами, застревающими друг относительно друга. Эти плиты соприкасаются в зоне, где материал обладает хрупкостью. Именно в этой хрупкой зоне и происходит разрыв, который мы ощущаем как землетрясение. Ключевой момент исследования заключался в воспроизведении подобных условий в лабораторной среде. Для этого использовался термопластичный полимерный материал полиметилметакрилат, известный как плексиглас. Он имитирует поведение горных пород в зонах разломов, подобных разлому Сан-Андреас.
В лабораторных условиях к листам плексигласа применялась боковая сила, имитирующая сдвиговые напряжения. Исследователи обнаружили, что разрыв не происходит мгновенно. Ему предшествует так называемый нуклеационный фронт. Это своеобразное «семя» трещины, которое медленно распространяется в материале. Примечательно, что этот процесс распространения фронта нужно моделировать в двух измерениях, а не в одном. Он представляет собой не линию, а скорее расширяющийся «заплаток» на плоскости, где соприкасаются материалы.
По мере того, как этот «заплаток» растет, его периметр контролирует скорость расширения. На этой стадии высвобождения кинетической энергии не происходит, это и есть асейсмическое движение. Этот медленный и, казалось бы, безобидный процесс и является критическим этапом на пути к землетрясению. Как только «заплаток» выходит за пределы хрупкой зоны, ситуация кардинально меняется.
Энергия, необходимая для его дальнейшего роста, перестает увеличиваться. Это приводит к избытку энергии и инициирует стремительный разрыв, который и вызывает сейсмическое колебание. Этот момент перехода от асейсмического движения к сейсмическому и является ключевым для понимания механизмов возникновения землетрясений.
Исследования Файнберга проливают свет на фундаментальные процессы разрыва материалов. И хотя они были проведены в лабораторных условиях, их выводы имеют прямое отношение к реальным землетрясениям. Способность воспроизводить процессы, происходящие глубоко под землей, в контролируемой среде дает исследователям уникальную возможность наблюдать за развитием событий, «слышать» звуки, издаваемые разломом, и собирать данные, недоступные в естественных условиях.
Понимание этого перехода от медленного скольжения к стремительному разрыву открывает новые перспективы для прогнозирования землетрясений. Возможно, в будущем мы сможем обнаруживать признаки асейсмической фазы и тем самым заранее предсказывать приближение более мощных подземных толчков. Кроме того, результаты этого исследования могут повлиять на изучение других связанных проблем, таких как риск землетрясений в США, возникновение толчков вдали от границ плит и определение предельного размера возможных землетрясений.
