Кроме того, согласно новому экспериментальному исследованию Калифорнийского технологического института, это возможно.Работа, опубликованная в журнале Nature 1 мая, показывает, как земля может расколоться, а затем быстро смыкнуться обратно во время землетрясений по надвиговым разломам.Тяговые разломы были местом некоторых из крупнейших землетрясений в мире, таких как землетрясение Тохоку 2011 года у побережья Японии, которое повредило атомную электростанцию ??Фукусима. Они возникают в слабых участках земной коры, где одна горная плита сжимается относительно другой, сползая вверх и по ней во время землетрясения.
Группа инженеров и ученых из Калифорнийского технологического института и Ecole normale superieure (ENS) в Париже обнаружила, что быстрые разрывы, распространяющиеся вверх к поверхности земли по надвиговому разлому, могут привести к тому, что одна сторона разлома будет отклоняться от другой, открывая зазор. до нескольких метров, который затем закрывается.Землетрясения с надвиговым разломом обычно возникают, когда две горные плиты прижимаются друг к другу, и давление преодолевает трение, удерживающее их на месте.
Долгое время считалось, что на небольшой глубине пластины будут просто скользить друг по другу на короткое расстояние, не открываясь.Однако исследователи, исследующие землетрясение в Тохоку, обнаружили, что разлом не только соскользнул на небольшой глубине, но и сделал это в некоторых местах на расстояние до 50 метров. Это огромное движение, которое произошло недалеко от берега, вызвало цунами, которое нанесло ущерб объектам на побережье Японии, в том числе на АЭС Фукусима-дайити.В статье Nature команда выдвигает гипотезу о том, что разрыв от землетрясения Тохоку распространился вверх по разлому и — как только он приблизился к поверхности — заставил одну каменную плиту откручиваться от другой, открывая зазор и мгновенно устраняя любое трение между двумя стенами. . Это позволило сбежать на 50 метров.
Это открытие разлома должно было быть невозможным.«Сейчас это фактически встроено в большинство компьютерных моделей землетрясений.
Модели были запрограммированы таким образом, что стены разлома не могут отделяться друг от друга», — говорит Арес Розакис, профессор аэронавтики и машиностроения Теодора фон Кармана. в Калифорнийском технологическом институте и одним из ведущих авторов статьи в Nature. «Результаты демонстрируют ценность экспериментов и наблюдений. Компьютерные модели могут быть настолько реалистичными, насколько позволяют их встроенные допущения».
Международная группа ученых обнаружила явление скручивания, моделируя землетрясение на объекте Калифорнийского технологического института, который неофициально получил название «Сейсмологическая аэродинамическая труба». Объект начался как сотрудничество между Росакисом, инженером, изучающим разрушение материалов, и Хироо Канамори, сейсмологом, изучающим физику землетрясений и соавтором исследования Nature. «Исследовательская среда Калифорнийского технологического института очень помогла нам наладить тесное сотрудничество в различных научных дисциплинах», — сказал Канамори. «Мы, сейсмологи, получили большую пользу от сотрудничества с группой профессора Розакиса, потому что часто очень трудно проводить эксперименты, чтобы проверить наши идеи в сейсмологии».На объекте исследователи используют передовую высокоскоростную оптическую диагностику, чтобы изучить, как возникают разрывы при землетрясениях.
Чтобы смоделировать землетрясение в лаборатории, исследователи сначала разрезали пополам прозрачный пластиковый блок, который имеет механические свойства, аналогичные свойствам породы. Затем они снова собрали обломки под давлением, имитируя тектоническую нагрузку линии разлома. Затем они помещают небольшой предохранитель из никель-хромовой проволоки в том месте, где они хотят, чтобы был эпицентр землетрясения. Когда они взрывают плавкий предохранитель, трение в месте его расположения уменьшается, что позволяет очень быстрому разрыву распространяться по миниатюрной неисправности.
Материал является фотоэластичным, что означает, что он визуально показывает — через световые помехи, когда он распространяется в прозрачном материале — распространение волн напряжения. Моделируемое землетрясение регистрируется с помощью высокоскоростных камер, а результирующее движение фиксируется лазерными измерителями скорости (датчики скорости частиц).«Это прекрасный пример сотрудничества между сейсмологами, тектонистами и инженерами. И, если не сказать особо, сотрудничество США и Франции», — говорит Харша Бхат, соавтор статьи и научный сотрудник ENS.
Бхат ранее работал докторантом в Калифорнийском технологическом институте.Команда была удивлена, увидев, что, когда разрыв достиг поверхности, разлом открылся, а затем закрылся. Последующее компьютерное моделирование — с моделями, которые были модифицированы для удаления искусственных правил, препятствующих открытию разлома, — подтвердило экспериментально наблюдаемые исследователи: одна плита может сильно отклоняться от другой.
Это может происходить как на суше, так и при подводных надвигах, а это означает, что этот механизм может изменить наше понимание того, как возникают цунами.