Ученые создали лабораторную модель землетрясения, которая связывает микроскопические точки соприкосновения между разломами с вероятностью сейсмических событий.

Исследование, опубликованное в PNAS, впервые показало, как трение на микроуровне влияет на землетрясения, открывая новые возможности для их прогнозирования.

Мы заглянули в самое сердце механизма землетрясений, — говорит Сильвен Барбо, ведущий автор работы. — Теперь видно, как площадь контакта между разломами меняется перед разрывом. Это объясняет и медленное накопление напряжения, и внезапный толчок. В перспективе это поможет ловить ранние признаки надвигающейся катастрофы.

Долгое время ученые использовали эмпирические законы трения, которые хорошо работали, но не объясняли физику процесса.

Наша модель показывает, что на самом деле происходит в разломе, — говорит Барбо.

Ключевое открытие кажется простым: когда две неровные поверхности скользят друг по другу, они соприкасаются лишь в крошечных точках. Эта  «реальная площадь контакта»  (невидимая глазу, но измеримая оптическими методами) и определяет поведение разлома.

Эксперимент поставили на прозрачных акриловых пластинах — ученые буквально наблюдали, как рождаются землетрясения. Высокоскоростные камеры фиксировали, как меняется прохождение света через зоны контакта перед разрывом.

Мы видели, как 30% точек исчезают за миллисекунды — это резкое ослабление трения и есть триггер землетрясения, — объясняет Барбо.

Оказалось, что загадочный параметр из старых моделей — это и есть та самая площадь контакта. Теперь у него есть физическое объяснение.

Компьютерные симуляции воспроизвели 26 сценариев — от медленных подвижек до мгновенных разрывов. Данные совпали: и скорость, и падение напряжения, и даже количество света, прошедшего через разлом.

Поскольку контактные точки влияют на электропроводность, проницаемость для воды и скорость сейсмических волн, их мониторинг может стать новым инструментом прогноза.

Если отслеживать эти параметры в реальном времени, можно поймать момент, когда разлом готов сорваться, — говорит Барбо.

Следующий шаг — перенести модель с лабораторных условий на реальные разломы.

Представьте, что однажды мы сможем видеть подземные изменения до первого толчка, — заключает ученый.

Главный прорыв — в понимании физики процесса. Если подтвердится, что площадь контакта действительно ключевой параметр, это даст:

• Новые маркеры для мониторинга — например, изменения электропроводности разлома перед толчком.
• Уточнение моделей — вместо эмпирических формул появятся расчеты, основанные на механике.
• Ранние предупреждения — даже 10-секундный запас времени спасает жизни (как в Японии).

Но до практики еще далеко: лабораторные условия идеальны, а в природе на разломы влияют вода, температура и сотни других факторов.

Модель использует прозрачные материалы, чьи свойства отличаются от реальных горных пород. Например, кварц или гранит ведут себя иначе при трении. Кроме того, в эксперименте не учтены:

• Глубинные давления (на 10 км ниже контакты могут быть совсем другими).
• Химические процессы (например, растворение минералов водой).

Пока это красивая теория, требующая проверки в полевых условиях.

Ранее ученые испытали оптоволокно для системы раннего предупреждения землетрясений.