A differenza di un vero solido, il terreno su cui ci troviamo è generalmente costituito da granuli come granelli di sabbia o pezzi di roccia. Più in profondità nella crosta terrestre, lo stesso vale per le linee di faglia dove si incontrano due placche tettoniche. Questi tipi di materiali granulari disordinati non sono mai completamente stabili. E quando falliscono, possono avere effetti catastrofici per noi che viviamo sulla superficie terrestre.

Il problema è che non è facile prevedere o controllare quando esattamente le forze di attrito che resistono a una frana o a un terremoto smetteranno di essere sufficienti a mantenere il terreno in posizione. Per fortuna, la fisica funziona esattamente allo stesso modo nei sistemi più piccoli che puoi studiare in laboratorio. Per riprodurre un terremoto, i fisici Kasra Farain e Daniel Bonn dell'Università di Amsterdam hanno utilizzato uno strato spesso 1 mm di minuscole sfere, ciascuna larga quanto un capello umano.

La loro configurazione sperimentale ha permesso loro di tenere traccia precisa della risposta dei granuli alle forze esterne. Per simulare le forze che sarebbero presenti su un ripido pendio di montagna o su una faglia tettonica, hanno premuto un disco sulla superficie e lo hanno fatto ruotare lentamente con una velocità costante. Facendo successivamente rimbalzare una palla accanto all'apparato sperimentale, innescando una piccola onda sismica, hanno visto come tutti i granuli si sono spostati rapidamente in risposta:avevano innescato un terremoto in miniatura.

"Abbiamo scoperto che una perturbazione molto piccola, una piccola onda sismica, è in grado di far ristrutturare completamente un materiale granulare", spiega Farain. Un ulteriore esame ha rivelato che per un breve momento i granuli si comportano come un liquido anziché come un solido. Passata l'onda scatenante, l'attrito riprende il sopravvento e i granuli si incastrano nuovamente, in una nuova configurazione.

Lo stesso accade negli eventi sismici reali. "I terremoti e i fenomeni tettonici seguono leggi invarianti su scala, quindi i risultati della nostra configurazione di attrito su scala di laboratorio sono rilevanti per comprendere l'innesco di terremoti remoti da parte di onde sismiche in faglie su scala molto più ampia nella crosta terrestre", afferma Farain.

Nel loro articolo, pubblicato sulla rivista Science Advances , i ricercatori mostrano che il modello matematico che hanno dedotto dai loro esperimenti spiega quantitativamente come il terremoto dei Landers del 1992 nel sud della California abbia innescato a distanza un secondo evento sismico, 415 km a nord. Inoltre, mostrano che il loro modello descrive accuratamente l'aumento della pressione dei fluidi osservato nella zona di subduzione di Nankai vicino al Giappone dopo una serie di piccoli terremoti nel 2003.

Ispirato da un tavolo traballante

È interessante notare che l'intero progetto di ricerca potrebbe non essere stato realizzato se non fosse stato per i colleghi di Farain. "Inizialmente, la mia configurazione sperimentale era solo su un normale tavolo, privo di tutto l'isolamento dalle vibrazioni necessario per misurazioni precise. Ben presto, mi sono reso conto che cose semplici come qualcuno che passava o la porta che si chiudeva potevano influenzare l'esperimento. Dovevo essere un dà un po' fastidio ai miei colleghi, che chiedono sempre passi più silenziosi o chiusure delle porte più delicate."

Ispirato dal modo in cui i movimenti dei suoi colleghi disturbavano la sua configurazione, Farain iniziò a indagare sulla fisica del lavoro. "Dopo un po' di tempo, sono passato a un tavolo ottico adeguato per l'installazione e le persone potevano saltare o fare quello che volevano senza interrompere il mio lavoro. Ma, fedele alla mia tendenza a creare problemi, non era finita qui. Un po' mentre più tardi tornavo in laboratorio con un altoparlante per generare rumore e vedere gli effetti delle perturbazioni controllate."