Gli ingegneri della Duke University hanno ideato un modello in grado di prevedere i primi comportamenti meccanici e le origini di un terremoto in più tipi di roccia. Il modello fornisce nuove informazioni su fenomeni non osservabili che si verificano miglia sotto la superficie terrestre sotto incredibili pressioni e temperature, e potrebbe aiutare i ricercatori a prevedere meglio i terremoti, o addirittura, almeno teoricamente, tentare di fermarli.

I risultati appaiono online il 17 gennaio sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"I terremoti hanno origine lungo le linee di faglia in profondità nel sottosuolo dove condizioni estreme possono causare reazioni chimiche e transizioni di fase che influenzano l'attrito tra le rocce mentre si muovono l'una contro l'altra, "ha detto Hadrien Rattez, ricercatore in ingegneria civile e ambientale alla Duke. "Il nostro modello è il primo in grado di riprodurre accuratamente come la quantità di attrito diminuisce all'aumentare della velocità di scorrimento della roccia e si scatenano tutti questi fenomeni meccanici".

Per tre decenni, i ricercatori hanno costruito macchine per simulare le condizioni di una faglia spingendo e torcendo due dischi di roccia l'uno contro l'altro. Questi esperimenti possono raggiungere pressioni fino a 1450 libbre per pollice quadrato e velocità di un metro al secondo, che è la roccia sotterranea più veloce che può viaggiare. Per un punto di riferimento geologico, la placca tettonica del Pacifico si muove a circa 0,00000000073 metri al secondo.

"In termini di movimento del suolo, queste velocità di un metro al secondo sono incredibilmente veloci, " disse Manolis Veveakis, assistente professore di ingegneria civile e ambientale alla Duke. "E ricorda che l'attrito è sinonimo di resistenza. Quindi se la resistenza scende a zero, l'oggetto si sposterà bruscamente. Questo è un terremoto".

In questi esperimenti, la superficie delle rocce o comincia a trasformarsi in una sorta di gel o a sciogliersi, abbassando il coefficiente di attrito tra di loro e facilitandone il movimento. È stato dimostrato che quando la velocità di queste rocce l'una rispetto all'altra aumenta fino a un metro al secondo, l'attrito tra loro cade come una roccia, potresti dire, non importa il tipo. Ma fino ad ora, nessuno aveva creato un modello che potesse riprodurre accuratamente questi comportamenti.

Nella carta, Rattez e Veveakis descrivono un modello computazionale che tiene conto del bilancio energetico di tutti i complicati processi meccanici che avvengono durante il movimento delle faglie. Incorporano meccanismi di indebolimento causati dal calore comuni a tutti i tipi di roccia, come la decomposizione minerale, lubrificazione e fusione delle nanoparticelle quando la roccia subisce un cambiamento di fase.

Dopo aver eseguito tutte le loro simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che il loro nuovo modello prevede con precisione il calo dell'attrito associato all'intera gamma di velocità di faglia da esperimenti su tutti i tipi di roccia disponibili, inclusa la salgemma, silicato e quarzo.

Poiché il modello funziona bene per così tanti diversi tipi di roccia, sembra essere un modello generale che può essere applicato alla maggior parte delle situazioni, che possono rivelare nuove informazioni sulle origini dei terremoti. Sebbene i ricercatori non possano ricreare completamente le condizioni di un guasto, modelli come questo possono aiutarli a estrapolare pressioni e temperature più elevate per ottenere una migliore comprensione di ciò che sta accadendo quando una faglia si accumula verso un terremoto.

"Il modello può dare un significato fisico a osservazioni che di solito non riusciamo a capire, " ha detto Rattez. " Fornisce molte informazioni sui meccanismi fisici coinvolti, come l'energia necessaria per le diverse transizioni di fase."

"Non possiamo ancora prevedere i terremoti, ma tali studi sono passi necessari che dobbiamo compiere per arrivarci, " disse Veveakis. "E in teoria, se potessimo interferire con una colpa, potremmo seguirne la composizione e intervenire prima che diventi instabile. Questo è quello che facciamo con le frane. Ma, Certo, le linee di faglia sono 20 miglia sottoterra, e attualmente non abbiamo la capacità di perforazione per andarci".