È un tropo comune nei film catastrofici:un terremoto colpisce, facendo squarciare il terreno e inghiottire persone e auto intere. La terra spalancata potrebbe creare un dramma cinematografico, ma gli scienziati dei terremoti hanno a lungo sostenuto che ciò non accade.

Tranne, può, secondo una nuova ricerca sperimentale del Caltech.

Il lavoro, apparso sul giornale Natura il 1 maggio, mostra come la terra può aprirsi e poi richiudersi rapidamente durante i terremoti lungo le faglie di spinta.

Le faglie di spinta sono state il luogo di alcuni dei più grandi terremoti del mondo, come il terremoto di Tohoku del 2011 al largo delle coste del Giappone, che danneggiò la centrale nucleare di Fukushima. Si verificano in aree deboli della crosta terrestre dove una lastra di roccia si comprime contro un'altra, scivolando su e sopra durante un terremoto.

Un team di ingegneri e scienziati del Caltech e dell'École normale supérieure (ENS) di Parigi ha scoperto che le rotture veloci che si propagano verso la superficie terrestre lungo una faglia spinta possono far sì che un lato di una faglia si sposti dall'altro. aprendo un varco fino a pochi metri che poi si chiude con uno scatto.

I terremoti di faglia si verificano generalmente quando due lastre di roccia premono l'una contro l'altra, e la pressione vince l'attrito che li tiene in posizione. È stato a lungo ipotizzato che, a basse profondità le placche scivolano l'una contro l'altra per una breve distanza, senza aprire.

Però, i ricercatori che hanno studiato il terremoto di Tohoku hanno scoperto che non solo la faglia è scivolata a basse profondità, lo ha fatto fino a 50 metri in alcuni punti. Quel grande movimento, che si è verificato appena al largo, ha innescato uno tsunami che ha causato danni alle strutture lungo la costa del Giappone, compresa la centrale nucleare di Fukushima Daiichi.

Nella carta Natura, il team ipotizza che la rottura del terremoto di Tohoku abbia propagato la faglia e, una volta che si è avvicinata alla superficie, abbia fatto sì che una lastra di roccia si allontanasse dall'altra, aprendo una fessura e rimuovendo momentaneamente ogni attrito tra le due pareti. Ciò ha permesso alla faglia di scivolare di 50 metri.

Quell'apertura della colpa doveva essere impossibile.

"Questo è in realtà integrato nella maggior parte dei modelli computerizzati dei terremoti in questo momento. I modelli sono stati programmati in modo tale che le pareti della faglia non possano separarsi l'una dall'altra, "dice Ares Rosakis, Theodore von Kármán Professore di aeronautica e ingegneria meccanica al Caltech e uno degli autori senior del documento Nature. "I risultati dimostrano il valore della sperimentazione e dell'osservazione. I modelli al computer possono essere realistici solo se i loro presupposti incorporati consentono loro di essere".

Il team internazionale ha scoperto il fenomeno della torsione simulando un terremoto in una struttura del Caltech che è stata ufficiosamente soprannominata "Galleria del vento sismologica". La struttura è nata come una collaborazione tra Rosakis, un ingegnere che studia come i materiali si guastano, e Hiroo Kanamori, un sismologo che esplora la fisica dei terremoti e coautore dello studio Nature. "L'ambiente di ricerca del Caltech ci ha aiutato molto ad avere una stretta collaborazione tra diverse discipline scientifiche, " ha detto Kanamori. "Noi sismologi abbiamo beneficiato molto della collaborazione con il gruppo del professor Rosakis, perché spesso è molto difficile eseguire esperimenti per testare le nostre idee in sismologia".

Presso la struttura, i ricercatori utilizzano la diagnostica ottica avanzata ad alta velocità per studiare come si verificano le rotture dei terremoti. Per simulare un terremoto di faglia in laboratorio, i ricercatori hanno prima tagliato a metà un blocco di plastica trasparente che ha proprietà meccaniche simili a quelle della roccia. Poi rimettono insieme i pezzi rotti sotto pressione, simulando il carico tettonico di una linea di faglia. Prossimo, mettono una piccola miccia a filo di nichel-cromo nel punto in cui vogliono che sia l'epicentro del terremoto. Quando hanno acceso la miccia, l'attrito nella posizione del fusibile è ridotto, permettendo una rottura molto veloce per propagare la faglia in miniatura. Il materiale è fotoelastico, il che significa che mostra visivamente, attraverso l'interferenza della luce mentre viaggia nel materiale trasparente, la propagazione delle onde di stress. Il terremoto simulato viene registrato utilizzando telecamere ad alta velocità e il movimento risultante viene catturato da velocimetri laser (sensori di velocità delle particelle).

"Questo è un grande esempio di collaborazione tra sismologi, tettonisti e ingegneri. E non per metterci un punto troppo fine, collaborazione USA/Francia, "dice Harsha Bhat, coautore dell'articolo e ricercatore presso ENS. Bhat è stato in precedenza un ricercatore post-dottorato al Caltech.

La squadra è rimasta sorpresa nel vedere che, come la rottura ha colpito la superficie, il guasto si è aperto e poi si è chiuso di scatto. Le successive simulazioni al computer, con modelli modificati per rimuovere le regole artificiali contro l'apertura della faglia, hanno confermato ciò che il team ha osservato sperimentalmente:una lastra può torcersi violentemente lontano dall'altra. Questo può accadere sia a terra che su faglie sottomarine, il che significa che questo meccanismo ha il potenziale per cambiare la nostra comprensione di come vengono generati gli tsunami.

Il documento è intitolato "Prove sperimentali che le rotture di un terremoto di spinta potrebbero aprire faglie".