O perioadă de mișcare lentă, târâtoare, fără nicio tremurare poate fi un preludiu necesar cutremuresugerează un nou studiu.
Cercetarea, care s-a referit la fundamentele modului în care materialele se rup, s-a concentrat pe fisurile care șerpuiesc prin foile de plastic într-un laborator. Dar experimentele au dezvăluit unele aspecte fizice de bază ale modului în care funcționează fracturile – în special modul în care o acumulare de frecare la interfața a două corpuri se transformă într-o ruptură bruscă. Și aceste constatări se aplică cutremurelor din lumea reală, a spus autorul studiului Jay Finebergfizician la Universitatea Ebraică din Ierusalim.
„Materialul care compun plăcile de contact nu va conta”, a spus Fineberg pentru Live Science. „Același proces fizic va avea loc în ambele cazuri – arcul exploziv al plăcilor îndoite se va elibera în același mod”.
Cutremurele se formează atunci când două plăci tectonice care se mișcă una împotriva celeilalte se blochează, permițând defecțiunii să creeze stres. „Plăcile sunt din ce în ce mai stresate de forțele care încearcă să le miște, dar sunt blocate în partea fragilă a interfeței care le separă”, a spus Fineberg. Această secțiune fragilă, care nu se deformează ca răspuns la stres, are o grosime finită și este ceea ce se rupe în timpul unui cutremur.
„Procesul de fractură nu are loc dintr-o dată. În primul rând, trebuie creată o fisură”, a spus Fineberg. Când acea crăpătură ajunge la granițele interfeței fragile, acea crăpătură accelerează rapid la viteze apropiate de viteza sunetului. Asta face să tremure pământul.
„Întrebarea este cum creează natura fisura care apoi devine un cutremur?” Fineberg.
Fineberg și colegii săi au investigat întrebarea cu un amestec de matematică teoretică și experimente de laborator. Ei reproduc fracturi asemănătoare cutremurului în laborator cu blocuri realizate dintr-un termoplastic numit metacrilat de polimetil, mai bine cunoscut sub numele de plexiglas. Cercetătorii strâng foile de plexiglas împreună și aplică o forță de forfecare, sau lateral, similară cu cele găsite la o greșeală de alunecare precum Califonia. Vina San Andreas. Deși materialele sunt diferite, mecanica fracturii este aceeași.
Odată ce începe o crăpătură, aceasta acționează ca o linie unidimensională care străbate materialul. Fineberg și echipa lui arătase anterior că, înainte de a se forma fisura, materialul dezvoltă un fel de fază precursoare numită front de nucleare. Aceste fronturi de nucleare – semințele fisurilor – se deplasează prin material, dar mult mai încet decât fisurile standard. Nu era clar cum această sămânță ar putea trece rapid într-o fractură cu mișcare rapidă.
Fineberg și colegii săi erau perplexi despre cum ar putea fi acest lucru. Cu o combinație de experimente de laborator și calcule teoretice, ei și-au dat seama că au nevoie de o actualizare matematică: fronturile de nucleare trebuie modelate în 2D, nu 1D.
În loc să vă gândiți la o fisură ca la o linie care separă materialul rupt de materialul neîntrerupt, a spus Fineberg, imaginați-vă fisura ca pe un petic care începe în planul în care două „plăci” din plexiglas se întâlnesc. Energia necesară pentru a sparge materialul nou la marginea plasturelui este legată de perimetrul plasturei: pe măsură ce perimetrul crește, crește și energia necesară pentru ca materialul nou să se crape.
Aceasta înseamnă că plasturele se mișcă lent și nu provoacă încă o fractură rapidă care ar crea unde seismice și mișcarea ulterioară tremurată asociată cu un cutremur. În timp ce accelerația rapidă a unei fisuri standard, rapidă, eliberează energie cinetică în materialul înconjurător, mișcarea lentă a plasturelui inițial nu eliberează nicio energie cinetică în mediul înconjurător. Prin urmare, mișcarea sa este cunoscută ca „aseismică”.
În cele din urmă, totuși, plasturele se extinde în afara zonei fragile unde cele două plăci se întâlnesc. În afara acestei zone, energia necesară pentru a sparge materialul nou nu mai crește odată cu dimensiunea regiunii sparte și, în loc de un echilibru de energie, acum există energie în exces care trebuie să meargă undeva.
„Această energie suplimentară cauzează acum mișcarea explozivă a fisurii”, a spus Fineberg.
Descoperirile, publicate pe 8 ianuarie în jurnal Naturăarată cum o curgere lent înainte de o fisură poate trece rapid la un cutremur, a spus el. Teoretic, dacă s-ar putea măsura mișcarea aseismică înainte de o ruptură – pe o linie de falie, de exemplu, sau chiar într-un obiect mecanic precum aripa unui avion – ar putea fi posibil să se prezică o întrerupere înainte de a avea loc. Acest lucru poate fi complicat în defecțiunile din lumea reală, dintre care multe sunt supuse unui fluaj aseismic pe perioade lungi de timp fără a degaja vreun cutremur.
Cu toate acestea, Fineberg și echipa sa încearcă acum să detecteze semne ale tranziției de la aseism la seismic în materialele lor de laborator.
„În laborator, putem urmări acest lucru care se desfășoară și putem asculta zgomotele pe care le face”, a spus Fineberg. „Deci poate putem descoperi ce nu poți face într-adevăr într-o greșeală reală, pentru că nu ai informații detaliate despre ce face un cutremur până când acesta explodează.”