Het is een veel voorkomende stijlfiguur in rampenfilms:een aardbeving slaat toe, waardoor de grond openscheurt en mensen en auto's heel worden opgeslokt. De gapende aarde kan voor filmisch drama zorgen, maar aardbevingswetenschappers hebben lang beweerd dat dit niet gebeurt.

Behalve, het kan, volgens nieuw experimenteel onderzoek van Caltech.

Het werk, verschijnen in het journaal Natuur op 1 mei laat zien hoe de aarde tijdens aardbevingen langs stuwkrachtbreuken open kan splijten - en dan snel weer kan sluiten.

Stuwkrachtfouten waren de plaats van enkele van 's werelds grootste aardbevingen, zoals de aardbeving in Tohoku in 2011 voor de kust van Japan, die de kerncentrale van Fukushima beschadigden. Ze komen voor in zwakke delen van de aardkorst waar de ene rotsblok tegen de andere drukt, omhoog en eroverheen glijden tijdens een aardbeving.

Een team van ingenieurs en wetenschappers van Caltech en École normale supérieure (ENS) in Parijs hebben ontdekt dat snelle breuken die zich voortplanten naar het aardoppervlak langs een stuwkrachtfout ertoe kunnen leiden dat de ene kant van een breuk wegdraait van de andere. het openen van een opening van maximaal een paar meter die vervolgens dichtklapt.

Stuwkracht aardbevingen treden meestal op wanneer twee platen steen tegen elkaar drukken, en druk overwint de wrijving die ze op hun plaats houdt. Lang werd aangenomen dat, op ondiepe diepten zouden de platen slechts een korte afstand tegen elkaar schuiven, zonder openen.

Echter, onderzoekers die de aardbeving in Tohoku onderzochten, ontdekten dat de fout niet alleen op ondiepe diepten gleed, het deed dit op sommige plaatsen tot 50 meter. Die enorme beweging, die net voor de kust plaatsvond, veroorzaakte een tsunami die schade aanrichtte aan faciliteiten langs de kust van Japan, onder meer in de kerncentrale van Fukushima Daiichi.

In de Nature-krant, het team veronderstelt dat de breuk van de Tohoku-aardbeving de breuk heeft voortgeplant en - zodra deze het oppervlak naderde - ervoor zorgde dat de ene rotsblok van de andere wegdraaide, het openen van een opening en het tijdelijk verwijderen van wrijving tussen de twee muren. Hierdoor kon de fout 50 meter slippen.

Dat openen van de fout zou onmogelijk zijn.

"Dit is momenteel ingebouwd in de meeste computermodellen van aardbevingen. De modellen zijn zo geprogrammeerd dat de muren van de breuk niet van elkaar kunnen scheiden, " zegt Ares Rosakis, Theodore von Kármán hoogleraar luchtvaart en werktuigbouwkunde aan Caltech en een van de senior auteurs van de Nature-paper. "De bevindingen tonen de waarde van experimenten en observatie aan. Computermodellen kunnen alleen zo realistisch zijn als hun ingebouwde veronderstellingen toestaan."

Het internationale team ontdekte het draaiende fenomeen door een aardbeving te simuleren in een Caltech-faciliteit die onofficieel de 'seismologische windtunnel' wordt genoemd. De faciliteit begon als een samenwerking tussen Rosakis, een ingenieur die bestudeert hoe materialen falen, en Hiroo Kanamori, een seismoloog die de fysica van aardbevingen onderzoekt en een co-auteur van de Nature-studie. "De onderzoeksomgeving van Caltech heeft ons enorm geholpen om een ​​nauwe samenwerking te hebben tussen verschillende wetenschappelijke disciplines, zei Kanamori. "Wij seismologen hebben veel profijt gehad van de samenwerking met de groep van professor Rosakis, omdat het vaak erg moeilijk is om experimenten uit te voeren om onze ideeën in seismologie te testen."

Bij de faciliteit, onderzoekers gebruiken geavanceerde optische diagnostiek met hoge snelheid om te bestuderen hoe aardbevingen ontstaan. Om een ​​aardbeving met stuwkrachtbreuk in het laboratorium te simuleren, de onderzoekers sneden eerst een half transparant blok plastic in dat mechanische eigenschappen heeft die vergelijkbaar zijn met die van steen. Vervolgens zetten ze de gebroken stukken onder druk weer in elkaar, simuleren van de tektonische belasting van een breuklijn. Volgende, ze plaatsen een kleine nikkel-chroom draadzekering op de plaats waar ze het epicentrum van de aardbeving willen hebben. Toen ze de zekering afgingen, de wrijving op de plaats van de zekering wordt verminderd, waardoor een zeer snelle breuk de miniatuurfout kan voortplanten. Het materiaal is foto-elastisch, wat betekent dat het visueel - door lichtinterferentie terwijl het door het heldere materiaal reist - de voortplanting van spanningsgolven laat zien. De gesimuleerde aardbeving wordt opgenomen met behulp van hogesnelheidscamera's en de resulterende beweging wordt vastgelegd door lasersnelheidsmeters (deeltjessnelheidssensoren).

"Dit is een geweldig voorbeeld van samenwerking tussen seismologen, tektonisten en ingenieurs. En om het niet al te fijn te zeggen, VS/Franse samenwerking, " zegt Harsha Bhat, co-auteur van het artikel en een onderzoekswetenschapper bij ENS. Bhat was eerder postdoctoraal onderzoeker bij Caltech.

Het team was verrast om te zien dat toen de breuk het oppervlak raakte, de fout draaide open en klapte toen dicht. Daaropvolgende computersimulaties - met modellen die werden aangepast om de kunstmatige regels tegen het openen van de fout te verwijderen - bevestigden wat het team experimenteel heeft waargenomen:de ene plaat kan met geweld van de andere wegdraaien. Dit kan zowel op het land gebeuren als op stuwkrachtfouten onder water, wat betekent dat dit mechanisme het potentieel heeft om ons begrip van hoe tsunami's worden gegenereerd, te veranderen.

Het artikel is getiteld "Experimenteel bewijs dat breuken door stuwkrachtaardbevingen breuken kunnen veroorzaken."