Новая лабораторная модель землетрясений, разработанная учеными, позволила напрямую связать микроскопическое трение между поверхностями разломов с поведением самих землетрясений. Используя прозрачные материалы и высокоскоростную визуализацию, исследователи смогли наблюдать, как крошечные точки контакта между разломами формируются, разрушаются и исчезают во время симуляции сейсмической активности.
Эта работа, детали которой опубликованы в научном журнале, раскрывает, как микроскопическое трение влияет на сейсмическую активность. Она предлагает более глубокое понимание поведения землетрясений и открывает потенциал для их раннего прогнозирования. Ученые фактически открыли окно в самое сердце механики землетрясений, что в будущем может привести к новым подходам в мониторинге и предсказании зарождения сейсмической активности на ранних стадиях.
Долгие годы для моделирования землетрясений использовались эмпирические законы, которые успешно описывали сейсмическое движение, но не его первопричину. Новая модель показывает, что на самом деле происходит на границе разлома во время сейсмического цикла. Концепция обманчиво проста: когда две шероховатые поверхности скользят друг по другу, они соприкасаются только в крошечных, изолированных точках, покрывающих лишь часть общей площади. Эта «реальная площадь контакта», невидимая глазу, но измеримая с помощью оптических методов, оказалась ключевой переменной, контролирующей поведение землетрясений.
В ходе исследования использовались прозрачные акриловые материалы, которые позволили буквально наблюдать за развитием разрывов в реальном времени. С помощью высокоскоростных камер и оптических измерений команда отслеживала, как изменяется пропускание светодиодного света по мере формирования, роста и разрушения точек контакта во время лабораторных землетрясений. Наблюдения показали, что во время быстрых разрывов около 30% площади контакта исчезает за миллисекунды, что и вызывает землетрясение.
Результаты показали ранее скрытую взаимосвязь: эмпирическая «переменная состояния», используемая в стандартных моделях землетрясений на протяжении десятилетий, на самом деле представляет собой реальную площадь контакта между поверхностями разломов. Это открытие дает первую физическую интерпретацию математической концепции, которая была центральной в науке о землетрясениях с 1970-х годов. Постоянный мониторинг физических свойств зон разломов может дать новое понимание их поведения и, возможно, привести к созданию надежных систем прогнозирования землетрясений.