Ученые обнаружили скрытый механизм землетрясений, о котором никто не догадывался

В новом исследовании ученые раскрыли удивительный феномен. Оказалось, что перед разрушительными подземными толчками часто наступает фаза почти незаметного, но постоянного движения земной коры. Этот скрытый процесс является тихим предвестником надвигающейся катастрофы и может послужить ключом к пониманию природы землетрясений.

Универсальный закон разрушения

Исследуя основы разрушения материалов, ученые из Еврейского университета в Иерусалиме сосредоточились на том, как трещины медленно, но неумолимо рассекают листы пластика на лабораторных стендах. Эксперименты были достаточно простые, но они позволили выявить нечто большее — фундаментальные физические законы, управляющие процессами разрушения. Выяснилось, что нарастающее трение между двумя поверхностями способно привести к катастрофическим последствиям, когда материал неожиданно теряет свою целостность. А если говорить простым языком, внезапно рвется.


— Джей Файнберг, физик, Еврейский университет (Иерусалим).

Ученый говорит, что землетрясение происходит, когда две тектонические плиты, двигающиеся параллельно друг друга, застревают. Это сцепление постепенно вызывает накопление колоссального напряжения вдоль всей линии их контакта — разлома. И вот в один момент, когда силы становятся слишком велики, плиты резко освобождаются, вызывая мощные сейсмические толчки.



Разумеется, это происходит далеко не сразу. Сначала появляется трещина. Затем она достигает хрупкого слоя, который находится на самой границе и сцеплен с таким же хрупким слоем уже другой тектонической плиты.

Далее трещина разгоняется почти до скорости звука. Вот тогда-то происходит то, что мы называем землетрясением.

Сначала тихо, потом громко

— Файнберг.

Еврейские исследователи использовали в своей работе сразу два метода: теоретическую математику и реальные лабораторные опыты. Чтобы воссоздать условия, схожие с теми, что происходят при землетрясениях, исследователи использовали листы из термопластичного материала полиметилметакрилата, или просто оргстекла. Они были зажаты и подверглись воздействию точно таких же сил сдвига, как это проходило в легендарном разломе Сан-Андреас в Калифорнии. И хотя материалы были совершенно другими, базовые механизмы образования трещин остались теми же.



Алгоритм таков: сначала образуются так называемые фронты зарождения, которые являются зародышами трещин. Они «расползаются» по материалу, но двигаются гораздо медленнее обычных трещин. Затем настает черед появиться на свет и самим трещинам. Однако ученые долгое время не могли взять в толк, как же медленный зародыш перерождается в быструю трещину, которую исследователи считали одномерной линией.

И вот их, наконец, осенило: необходимо обновить математическую модель, так как фронты зарождения надо моделировать уже в двух измерениях. Получалось, что трещина — это вовсе не линия, которая отделяет поврежденный материал от целого, а участок, где встречаются две пластины оргстекла.

Чтобы понять ученых, нам придется прибегнуть к аналогиям. Представьте себе лист бумаги, по которому ползет трещинка. Пока она маленькая, ей нужно совсем немного сил, чтобы двигаться дальше. Но чем длиннее становится трещина, тем больше ей нужно энергии для дальнейшего роста. И это происходит медленно, то нет никаких вибраций или толчков, что-то вроде тихой прогулки. Ученые называют это асейсмическим процессом.

Но вот трещинка достигает какого-то предела, и вдруг ее скорость резко возрастает. Теперь она уже не просто ползет, а мчится вперед! В этот момент выделяется много энергии, и эта энергия вызывает сильные вибрации вокруг — словно кто-то ударил по бумаге молотком. Вот это и есть землетрясение.

Требуются дальнейшие исследования

Подробное исследование было описано в статье, которая вышла в научном журнале Nature 8 января 2025 года. Теперь ученые знают, как медленные движения в материалах (или земной коре) могут превратиться в быстрое разрушение или землетрясение.



Также исследователям теперь известно, что перед тем, как появится трещина, происходит небольшое, почти незаметное смещение. Если бы удалось вовремя заметить и измерить эти слабые сдвиги, можно было бы предсказать, когда произойдет серьезный разрыв или землетрясение. Например, это могло бы касаться трещин в земле или даже повреждений в таких объектах, как крылья самолетов.

Однако на практике сделать это сложно, поскольку многие места, подверженные таким медленным изменениям, долго остаются стабильными и не приводят к катастрофическим событиям.

Сейчас исследователи под руководством Файнберга работают над выявлением признаков, которые указывают на переход от медленных, асейсмических движений к быстрым, сейсмическим разрушениям. В лабораторных условиях они наблюдают за этими процессами и анализируют звуки, которые сопровождают их. Возможно, таким образом можно будет разработать способы предсказать землетрясения раньше, чем они произойдут. Надеемся, что у ученых все получится…