Оказалось, что перед резким разрывом тектонических плит происходит медленная, почти незаметная деформация, которая может служить предвестником катастрофических сейсмических событий.
Исследование, проведенное физиком Джеем Файнбергом из Еврейского университета в Иерусалиме, показало, что медленное накопление напряжения и постепенное движение границы разлома являются необходимыми этапами перед землетрясением. Ученые пришли к этому выводу, изучая механизмы разрушения на примере лабораторных экспериментов с пластиковыми пластинами, моделирующими движение земной коры.
Файнберг объясняет, что землетрясение возникает, когда две тектонические плиты, движущиеся в противоположных направлениях, застревают, накапливая огромное напряжение. В какой-то момент происходит разрыв хрупкого слоя на границе плит, и трещина мгновенно распространяется с огромной скоростью, вызывая колебания земной поверхности. Однако этот процесс не начинается внезапно: ему предшествует фаза, в которой материал постепенно деформируется, но не разрушается.
В лабораторных экспериментах ученые использовали пластины из полиметилметакрилата (плексигласа), которые имитировали тектонические плиты. Они зажимали их вместе и прикладывали боковые силы, аналогичные тем, что действуют в разломах, таких как Сан-Андреас в Калифорнии. Исследователи зафиксировали, что перед образованием трещины на поверхности пластин возникает зона слабого разрушения, похожая на небольшие «зарождающиеся» трещины. Эти участки могут медленно разрастаться в течение длительного времени, прежде чем перерасти в полноценный разрыв, высвобождающий огромное количество энергии.
По словам Файнберга, ранее ученые рассматривали трещины как одномерные линии, которые просто разделяют разрушенный и неразрушенный материал. Однако новая модель показала, что они представляют собой двухмерные структуры, распространяющиеся в пространстве как своеобразные «заплатки». Вначале эти зоны разрастаются очень медленно, почти не высвобождая кинетическую энергию, что делает процесс асейсмическим – то есть незаметным для сейсмографов. Однако как только разрыв выходит за пределы хрупкой зоны, он ускоряется, высвобождая избыточную энергию, и провоцирует настоящее землетрясение.
Эти выводы имеют важное значение не только для фундаментальной науки, но и для разработки систем предсказания землетрясений. В теории, если удастся научиться фиксировать начальные асейсмические движения в земной коре, можно будет предсказать разрыв задолго до его возникновения. Однако на практике это остается сложной задачей, так как многие разломы годами демонстрируют медленное движение без разрушения.
В настоящий момент команда Файнберга продолжает изучать переход от асейсмической фазы к активному разлому, используя лабораторные модели. Исследователи пытаются зафиксировать «шумы», предшествующие моменту разрушения, что потенциально может дать ключ к раннему выявлению опасных зон.