Когда тектонические плиты движутся, они редко делают это плавно. Иногда они скользят почти незаметно, иногда накопленное напряжение внезапно высвобождается — и происходит землетрясение. Что именно управляет этим поведением, остается одним из ключевых открытых вопросов в сейсмологии.
Ученые из Юлихского исследовательского центра и Саарландского университета в Германии предложили новый ответ, изучая трение между гранитными поверхностями — классическую модель для тектонических разломов.
Традиционные модели объясняют трение в основном механическими эффектами. Шероховатые поверхности цепляются друг за друга, изнашиваются, острые выступы процарапывают борозды в материале. Именно на этих предположениях построены большинство моделей землетрясений.
Новое исследование опровергает этот взгляд.
Износ — не доминирующий фактор. Нам удалось показать, что работает другой механизм. В микроскопических точках контакта поверхности горных пород образуют химические связи — процесс, похожий на холодную сварку. Когда породы скользят друг относительно друга, эти связи постоянно образуются и разрываются. Это требует энергии — именно она и порождает трение
Важный эффект масштаба: в малых системах разрыв связей происходит равномерно, а в больших — неравномерно, некоторые области начинают скользить раньше других, что снижает так называемую силу трения страгивания (перехода от покоя к движению).
Традиционные модели предполагают, что напряжение накапливается со временем, а затем внезапно высвобождается в разрыве. Новая модель рисует иную картину: движение начинается гораздо раньше. Плиты никогда не находятся в полном покое, а движутся непрерывно — хотя и чрезвычайно медленно, часто со скоростью доли нанометра в секунду. Это соответствует нескольким миллиметрам в год и известно как «крип», или ползучесть. На микроскопическом уровне химические связи постоянно разрываются и восстанавливаются.
По мере увеличения скорости трения сначала растет, потому что за единицу времени нужно разорвать больше связей. Однако при достижении критического порога система меняется: связи больше не успевают восстанавливаться, возникают локальные эффекты нагрева. В результате трение внезапно падает, и система переходит к быстрому скольжению. Это может быть ключевым триггером землетрясений.
Полученные результаты могут помочь уточнить существующие модели землетрясений. Результаты опубликованы в научном журнале Reports on Progress in Physics.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом способе предсказания сильных землетрясений.
