Почему разлом решает, быть ли землетрясению экспресс
Два куска наждачной бумаги плотно прижаты друг к другу. Стоит начать их сдвигать, как они сначала цепляются шероховатостями, а потом резко проскальзывают. Примерно так же ведёт себя земной разлом во время землетрясения. Но есть важная деталь: насколько сильно нужно сдвинуть края, чтобы сцепление сорвалось? Это расстояние называют критическим проскальзыванием. До сих пор его считали чем-то вроде постоянной характеристики материала — как твёрдость или плотность.
Однако измерения ставили в тупик. В лаборатории на маленьких образцах это расстояние составляет тысячные доли миллиметра. На настоящих разломах, протянувшихся на километры, — метры. Объяснить такой разброс, просто меняя тип породы, не получалось. Авторы новой работы предположили, что дело вовсе не в материале, а в геометрии самого разлома. Его поверхность не гладкая, а покрыта выступами и впадинами, похожими на горный хребет в миниатюре. И эта шероховатость устроена хитро: если смотреть на неё в разном масштабе, она выглядит одинаково — как береговая линия, изрезанная и на карте, и на снимке из космоса.
Оказалось, что критическое проскальзывание — это не свойство породы, а характеристика рельефа разлома. Когда края сдвигаются, они должны расцепиться с основными зазубринами, которые держат их, как крючки. Чем крупнее эти зазубрины, тем больше нужно смещение. А поскольку размер зазубрин растёт с длиной разлома, растёт и критическое проскальзывание. Так лабораторный скол и гигантский тектонический разрыв перестают быть загадкой.
Из этого понимания родилось новое понятие — «удерживающая способность» разлома. Это его умение остановить начавшуюся трещину, не дав ей перерасти в катастрофу. Всё решает иерархия выступов: множество мелких неровностей гасят энергию, как частокол, и разлом залечивается после слабых толчков. Но если крупных зазубрин мало, трещина проскакивает их и устремляется дальше. Такой разлом способен накопить напряжение и выдать мощный удар.
Шероховатость разлома подчиняется тем же математическим законам, что и рост опухоли или форма облака.
В романе «Землетрясение» Андреаса Эшбаха герои пытаются предсказывать толчки, анализируя микрорельеф разломов — почти как в этой работе.