مدل آزمایشگاهی پیشبینی زلزله با ردیابی تغییرات سطح تماس گسل, تیم پژوهشی دانشگاه جنوب کالیفرنیا (USC) روشی نوین آزمایشگاهی را توسعه دادهاند که امکان پیشبینی وقوع زلزله را از طریق پایش تغییرات ظریف در سطح تماس میان دو بلوک گسلی فراهم میکند.

این مطالعه که در نشریه معتبر گزارشهای آکادمی ملی علوم آمریکا (PNAS) منتشر شده، برای نخستین بار پیوند مستقیم بین متغیرهای میکروسکوپی اصطکاک و مکانیزمهای ماکروسکوپی زلزله را برقرار میسازد. شکاف میان قوانین تجربی و فیزیک واقعی گسل دههها محققان برای مدلسازی چرخه زلزله بر قوانین تجربی نرخ و حالت تکیه کرده بودند.

سیلوین باربو، دانشیار علوم زمین در کالج دورنسایف و رهبر این پژوهش، بیان میکند ما اکنون یک پنجره مشاهده به سمت قلب مکانیک زلزلهها گشودهایم. سطح تماس واقعی متغیر پنهان کنترلکننده زلزله وقتی دو سطح ناهموار بر روی هم میلغزند، تنها در نقاط ریز و پراکندهای تماس فیزیکی برقرار میشود که جزئی بسیار کوچکی از مساحت ظاهری را پوشش میدهد.

ول چرخه زلزله، هم انباشت آهسته تنش و هم گسیختگی ناگهانی پس از آن قابل تفسیر شدهاند.

شبیهسازی زلزله در مقیاس آزمایشگاهی با مواد شفاف پژوهشگران از صفحات اکریلیک شفاف استفاده کردند تا بتوانند فرآیند گسیختگی زلزله را در لحظه و با جزئیات کامل رصد نمایند. با بهرهگیری از دوربینهای پرسرعت و سیستمهای اندازهگیری نوری، تغییرات عبور نور LED ردیابی شد که نشاندهنده شکلگیری، رشد و ناپدید شدن نقاط تماس در طول زلزلههای آزمایشگاهی بود.

مشاهدات حاشیهنوشته شده نشان داد که در طول گسیختگیهای سریع، نزدیک به ۳۰ درصد سطح تماس در عرض چند میلیثانیه از بین میرود. این تضعیف ناگهانی، محرک اصلی انتشار زلزله است. نتایج ثابت کردند که متغیر حالت تجربیِ کلاسیک در مدلهای استاندارد زلزلهشناسی، در واقع نمایندهی فیزیکی سطح تماس واقعی میان سطوح گسل است.

اعتبارسنجی عددی و پیشبینی ویژگیهای قابل پایش تیم محققان ۲۶ سناریوی شبیهسازیشده گوناگون را تحلیل کردند و دریافتند که پیشبینیهای مدلهای مکانیک شکست خطی-الاستیک، با دادههای آزمایشگاهی همخوانی کامل دارند. شبیهسازیها نه تنها شدت گسیختگی و افت تنش، بلکه میزان عبور نور از سطح گسل در لحظه شکست را نیز با دقت بالا بازتولید کردند.

از آنجا که سطح تماس واقعی بر ویژگیهایی نظیر رسانایی الکتریکی، تراوایی هیدرولیکی و سرعت انتشار امواج لرزهای تأثیر مستقیم دارد، پایش مداوم این پارامترهای غیرمستقیم در طول چرخههای زلزله میتواند دیدگاههای تازهای درباره رفتار گسلها ارائه نماید. آینده پیشبینی زلزله پایش ویژگیهای فیزیکی گسل پیامدهای این پژوهش فراتر از محیط آزمایشگاهی گسترده است.

محققان معتقدند که پایش حالت فیزیکی تماسهای گسلی میتواند بنیان سامانههای پیشآگاهی کوتاهمدت زلزله را شکل دهد. باربو تأکید میکند اگر بتوانیم این ویژگیها را به طور مداوم در گسلهای طبیعی رصد کنیم، امکان تشخیص مراحل اولیه شکلگیری زلزله را خواهیم داشت، پیش از آنکه امواج لرزهای به سطح برسد. گام بعدی پژوهشگران، گسترش این یافتهها به مقیاسهای طبیعی و شرایط پیچیدهی زمین است.

این مدل بنیانهای فیزیکی لازم برای درک تکامل ویژگیهای گسل در طول چرخههای لرزهای را فراهم میآورد و امید را برای آیندهای تقویت میکند که در آن تشخیص تغییرات ظریف پیش از وقوع زلزله، امکانپذیر شود.