Poznato je da je zemljotrese i klizišta teško predvideti i pripremiti za njih. Proučavajući minijaturnu verziju tla u laboratoriji, naučnici sa Instituta za fiziku UvA pokazali su kako ovi događaji mogu biti izazvani malim spoljnim udarnim talasom. Ponesite uređaj za plutanje: to uključuje da se tlo nakratko pretvori u tečnost.
Za razliku od prave čvrste materije, tlo na kojem stojimo uglavnom je napravljeno od granula kao što su zrnca peska ili komadi stene. Dublje u Zemljinoj kori, isto važi i za linije raseda gde se susreću dve tektonske ploče. Ove vrste neuređenih zrnastih materijala nikada nisu potpuno stabilne. A kada ne uspeju, to može imati katastrofalne posledice za nas, koji živimo na površini Zemlje.
Problem je u tome što nije lako predvideti ili kontrolisati kada će tačno sile trenja koje se odupiru odronu ili zemljotresu prestati da budu dovoljne da zadrže tlo na mestu. Srećom, fizika funkcioniše potpuno isto u manjim sistemima koje možete proučavati u laboratoriji. Da bi reprodukovali zemljotres, fizičari Kasra Farain i Daniel Bonn sa Univerziteta u Amsterdamu koristili su sloj sićušnih sfera debljine 1 mm od kojih je svaka širina ljudske kose.
Njihova eksperimentalna postavka im je omogućila da precizno prate odgovor granula na spoljne sile. Da bi simulirali sile koje bi bile prisutne na strmoj planinskoj padini ili na tektonskom rasedu, pritiskali su disk na površinu i polako ga rotirali konstantnom brzinom. Naknadno odbijajući lopticu pored eksperimentalne postavke, izazivajući mali seizmički talas, videli su kako se sve granule brzo pomeraju kao odgovor: izazvale su minijaturni zemljotres.
„Otkrili smo da je vrlo mala perturbacija, mali seizmički talas, sposobna da izazove da se granularni materijal potpuno restrukturira“, objašnjava Farain. Dalje ispitivanje je otkrilo da se za kratak trenutak granule ponašaju kao tečnost, a ne kao čvrsta materija. Nakon što prođe talas koji pokreće, trenje ponovo preuzima i granule se ponovo zaglavljuju, u novoj konfiguraciji.
Isto se dešava u stvarnim seizmičkim događajima. „Zemljotresi i tektonski fenomeni prate zakone nepromenljive razmere, tako da su nalazi iz naše laboratorijske skale trenja relevantni za razumevanje daljinskog zemljotresa izazvanog seizmičkim talasima u rasedima mnogo većih razmera u Zemljinoj kori“, kaže Farain.
U svom radu, objavljenom u časopisu Science Advances, istraživači pokazuju da matematički model koji su izveli iz svojih eksperimenata kvantitativno objašnjava kako je zemljotres Landersa 1992. u južnoj Kaliforniji daljinski pokrenuo drugi seizmički događaj, 415 km severno. Pored toga, oni pokazuju da njihov model tačno opisuje porast pritiska tečnosti uočen u zoni subdukcije Nankai u blizini Japana nakon serije malih zemljotresa 2003. godine.
Zanimljivo je da ceo ovaj istraživački projekat možda ne bi bio ostvaren da nije bilo Farainovih kolega. „U početku, moja eksperimentalna postavka je bila samo na običnom stolu, nedostajala je sva fensi izolacija vibracija potrebna za precizna merenja. Ubrzo sam shvatio da jednostavne stvari poput prolaska ili zatvaranja vrata mogu uticati na eksperiment. Mora da sam bio malo smetam mojim kolegama, uvek tražeći tiše korake ili nežnije zatvaranje vrata.“
Inspirisan kako su pokreti njegovih kolega poremetili njegovu postavku, Farain je počeo da istražuje fiziku na poslu. „Posle nekog vremena, nadogradio sam se na odgovarajući optički sto za podešavanje, i ljudi su mogli da skaču, ili da rade šta god žele, a da ne ometaju moj posao. Ali, verno mojim sklonostima stvaranju problema, to nije bio kraj. dok sam se kasnije vratio u laboratoriju sa zvučnikom da generišem buku i vidim efekte kontrolisanih perturbacija.“
