Как меняется трение во время землетрясения

Инженеры Калифорнийского технологического института (Caltech), моделируя землетрясения в лаборатории, зафиксировали эволюцию трения во время разрыва. Это позволило измерить то, что раньше можно было только предполагать, и пролить свет на одну из самых больших неопределенностей в моделировании землетрясений.

До землетрясения статическое трение удерживает две стороны разлома неподвижными и прижатыми друг к другу. Во время прохождения разрыва это трение становится динамическим, поскольку стороны разлома трутся друг о друга. Динамическое трение меняется на протяжении всего землетрясения, влияя на силу и скорость сотрясения грунта и, что наиболее важно, на разрушительность события. Ранее считалось, что эволюция трения в основном зависит от величины смещения (скольжения) вдоль разлома. Однако анализ лабораторных моделей показал, что хотя история скольжения важна, ключевым долгосрочным фактором является скорость скольжения, а не только его величина.

Исследование, возглавляемое Вито Рубино, опубликовано в журнале Nature Communications 29 июня. Учёные использовали уникальную установку, неофициально называемую «сейсмологической аэродинамической трубой», где с помощью высокоскоростной съёмки (2 млн кадров в секунду) и метода цифровой корреляции изображений изучали спонтанно развивающиеся разрывы в прозрачных пластиковых блоках, имитирующих свойства горных пород. Это позволило впервые измерить трение точечно и в реальном времени без допущения о равномерности скольжения.

«Наши наблюдения подтверждают модели трения, зависящие от скорости скольжения, которые ранее использовались в численном моделировании», — отмечает соавтор работы Надя Лапуста. В будущем команда планирует использовать полученные данные для уточнения математических моделей динамического трения, что улучшит компьютерные симуляции землетрясений.