Что общего между горой, тектоническим разломом и кучей песка в лаборатории? Больше, чем вы думаете. Потому что, как продемонстрировали некоторые голландские физики, достаточно небольшого толчка, чтобы земля «разжижалась» и вызывала мини-землетрясение. Явление, которое в небольших масштабах прекрасно воспроизводит то, что происходит в земной коре во время землетрясения. И это могло бы помочь нам лучше понять, как предсказывать эти катастрофические события и справляться с ними. Но давайте продолжим по порядку.
Гора зерен
Все начинается с интуиции исследователей Касра Фарайн e Дэниел Бонн Университета Амстердама. Их идея ясна: воспроизвести в лаборатории условия, возникающие на крутом склоне горы или вдоль тектонического разлома, используя тонкий слой крошечных сфер диаметром с человеческий волос.
Зачем использовать зерна вместо красивого камня? Потому что, как объясняют исследователи в исследовании что я ссылаюсь на вас здесь, земля, по которой мы ступаем, далека от идеальной твердой почвы. Действительно, это больше похоже на беспорядочную массу гранул, будь то песчинки или осколки камня. То же самое касается глубоких разломов, где встречаются тектонические плиты. Короче говоря, чтобы понять, как возникает землетрясение, лучше начать с основы: с зерен.
Танцы на линии разлома: землетрясения в лаборатории
Используя диск, прижатый к поверхности зерен и медленно вращающийся с постоянной скоростью, исследователи смоделировали в лаборатории силы, возникающие на крутом склоне или вдоль разлома. Затем простым отскоком мяча (в буквальном смысле слова) рядом с экспериментальным аппаратом они создали небольшую сейсмическую волну. Результат? Зерна начали скользить и перестраиваться, как при настоящем землетрясении.
Но настоящий сюрприз произошел, когда исследователи подробно проанализировали «танец» зерен. Фактически, в течение короткого момента они ведут себя скорее как жидкость, чем как твердое тело, теряя трение и скользя друг по другу. Лишь после прохождения сейсмической волны трение снова ощущается и зерна снова слипаются, но уже в другой конфигурации.
Из пробирки в земную кору
Конечно, вы можете возразить, это все очень интересно, но при чем тут танцующая кучка песка в лаборатории? с настоящими землетрясениями? Больше, чем вы себе представляете. Потому что, как объясняют исследователи, сейсмические явления подчиняются законам «масштабной инвариантности». Короче говоря, имеем ли мы дело с крошечными зернами или с разломами длиной в километры, основная физика одна и та же.
Неслучайно математическая модель, которую Фарейн и Бонн вывели из своих экспериментов, способна количественно объяснить как землетрясение Ландерс в Калифорнии в 1992 году спровоцировало второе сейсмическое событие на расстоянии, в 415 км севернее. И не только это: та же модель точно описывает увеличение давления жидкости, наблюдаемое в зоне субдукции Нанкай, недалеко от Японии, после серии небольших землетрясений в 2003 году.
От шагов коллег до сейсмических волн
История этого исследования имеет и ироничную сторону. Фактически первоначально экспериментальная установка Фарейна располагалась на простом столе без всех сложных систем виброизоляции, необходимых для точных измерений. Результат? Даже малейшее движение коллег, от ходьбы до закрытия двери, влияло на эксперимент. Большая головная боль для бедного Фарейна, вынужденного просить о мягких шагах и нежном смыкании.
Но, как мы знаем, иногда неприятности превращаются в возможности. Вдохновленный тем, как движения коллег влияли на его аппарат, Фарейн начал исследовать физику работы. И даже после того, как он наконец получил стол, оптимизированный для вибрации, он не мог удержаться от возвращения в лабораторию с громкоговорителем, чтобы генерировать контролируемые шумы и изучать их эффекты.
Будет ли у нас более предсказуемая Земля благодаря мини-землетрясениям в лаборатории?
Скажи мне да, я живу в Кампи Флегрей. Это исследование может иметь очень серьезные последствия для нашего понимания землетрясений и способности их прогнозировать. Мы все еще далеки от возможности с уверенностью предсказать, где и когда произойдет следующее «Большое событие», но лучшее понимание того, как даже небольшое возмущение может вызвать сейсмическое событие, является фундаментальным шагом в этом направлении.
Возможно, однажды будущие поколения будут вспоминать эти эксперименты как поворотный момент в нашей борьбе с одним из самых разрушительных явлений природы. Примерно так же, как мы сегодня смотрим на эксперименты Галилея по падению тел или эксперименты Ньютона по орбитам планет. Потому что даже самая революционная наука иногда начинается с простой кучи песка. Или от коллеги, который слишком сильно топает ногой, проходя мимо стола.
