Los ingenieros de la Universidad de Duke han ideado un modelo que puede predecir los primeros comportamientos mecánicos y los orígenes de un terremoto en múltiples tipos de rocas. El modelo proporciona nuevos conocimientos sobre fenómenos inobservables que tienen lugar millas por debajo de la superficie de la Tierra bajo presiones y temperaturas increíbles. y podría ayudar a los investigadores a predecir mejor los terremotos, o incluso, al menos teóricamente, intente detenerlos.

Los resultados aparecen en línea el 17 de enero en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

"Los terremotos se originan a lo largo de fallas en las profundidades del subsuelo, donde las condiciones extremas pueden causar reacciones químicas y transiciones de fase que afectan la fricción entre las rocas cuando se mueven unas contra otras, "dijo Hadrien Rattez, científico investigador en ingeniería civil y ambiental en Duke. "Nuestro modelo es el primero que puede reproducir con precisión cómo disminuye la cantidad de fricción a medida que aumenta la velocidad del deslizamiento de la roca y se desencadenan todos estos fenómenos mecánicos".

Durante tres décadas, Los investigadores han construido máquinas para simular las condiciones de una falla empujando y torciendo dos discos de roca uno contra el otro. Estos experimentos pueden alcanzar presiones de hasta 1450 libras por pulgada cuadrada y velocidades de un metro por segundo. que es la roca subterránea más rápida que pueden viajar. Para un punto de referencia geológico, la placa tectónica del Pacífico se mueve a aproximadamente 0,00000000073 metros por segundo.

"En términos de movimiento de tierra, estas velocidades de un metro por segundo son increíblemente rápidas, "dijo Manolis Veveakis, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en Duke. "Y recuerde que la fricción es sinónimo de resistencia. Por lo tanto, si la resistencia cae a cero, el objeto se moverá bruscamente. Esto es un terremoto ".

En estos experimentos, la superficie de las rocas comienza a convertirse en una especie de gel o a derretirse, disminuyendo el coeficiente de fricción entre ellos y facilitando su movimiento. Está bien establecido que a medida que la velocidad de estas rocas entre sí aumenta a un metro por segundo, la fricción entre ellos cae como una roca, tu podrias decir, no importa el tipo. Pero hasta ahora nadie había creado un modelo que pudiera reproducir con precisión estos comportamientos.

En el papel, Rattez y Veveakis describen un modelo computacional que tiene en cuenta el balance de energía de todos los complicados procesos mecánicos que tienen lugar durante el movimiento de la falla. Incorporan mecanismos de debilitamiento provocados por el calor que son comunes a todo tipo de roca, como la descomposición mineral, Lubricación de nanopartículas y fusión a medida que la roca sufre un cambio de fase.

Después de ejecutar todas sus simulaciones, los investigadores encontraron que su nuevo modelo predice con precisión la caída en la fricción asociada con todo el rango de velocidades de falla a partir de experimentos en todos los tipos de rocas disponibles, incluida la halita, silicato y cuarzo.

Debido a que el modelo funciona bien para tantos tipos diferentes de rocas, parece ser un modelo general que se puede aplicar a la mayoría de situaciones, que puede revelar nueva información sobre el origen de los terremotos. Si bien los investigadores no pueden recrear completamente las condiciones de una falla, modelos como este pueden ayudarlos a extrapolar a presiones y temperaturas más altas para obtener una mejor comprensión de lo que está sucediendo a medida que una falla se acumula hacia un terremoto.

"El modelo puede dar un significado físico a las observaciones que normalmente no podemos entender, ", Dijo Rattez." Proporciona mucha información sobre los mecanismos físicos involucrados, como la energía requerida para diferentes transiciones de fase ".

"Todavía no podemos predecir terremotos, pero estos estudios son pasos necesarios que debemos tomar para llegar allí, "dijo Veveakis." Y en teoría, si pudiéramos interferir con una falla, podríamos rastrear su composición e intervenir antes de que se vuelva inestable. Eso es lo que hacemos con los deslizamientos de tierra. Pero, por supuesto, las líneas de falla están a 20 millas bajo tierra, y actualmente no tenemos la capacidad de perforación para ir allí ".