一段緩慢、緩慢、沒有任何晃動的運動可能是一個必要的前奏。，一項新的研究表明。
這項研究以材料如何破裂為基礎，重點研究實驗室中塑料片上蜿蜒的裂紋。但這些實驗揭示了斷裂如何發生的一些基本物理原理，特別是兩個物體界面處的摩擦積累如何轉變為突然斷裂。研究作者說，這些發現確實適用於現實世界的地震傑·芬伯格，耶路撒冷希伯來大學的物理學家。
“組成接觸板的材料並不重要，”芬伯格告訴《生活科學》。 “這兩種情況都會發生相同的物理過程——彎曲板的爆炸彈簧將以相同的方式釋放。”
當兩個相互運動的構造板塊卡住，使斷層產生應力時，就會形成地震。芬伯格說：“試圖移動這些板塊的力越來越大，但它們卻被卡在分隔它們的界面的脆弱部分。”這個脆性部分不會因應力而變形，其厚度有限，並且在地震時會破裂。
“斷裂過程不會同時發生。首先，需要產生裂縫，”芬伯格說。當裂紋到達脆性界面的邊界時，裂紋會迅速加速到接近聲速的速度。這就是讓大地震動的原因。
“問題是大自然如何產生裂縫，然後變成地震？”芬伯格。
芬伯格和他的同事通過理論數學和實驗室實驗相結合的方式研究了這個問題。他們在實驗室中用一種名為聚甲基丙烯酸甲酯（俗稱有機玻璃）的熱塑性塑料製成的塊體再現了類似地震的斷裂。研究人員將有機玻璃片夾在一起並施加剪切力或側向力，類似於在加利福尼亞州等走滑斷層上發現的力。儘管材料不同，但斷裂力學是相同的。
一旦出現裂紋，它就像一條一維線撕裂材料。芬伯格和他的團隊然而，在裂紋形成之前，材料會形成一種稱為成核前沿的前體相。這些成核前沿（裂紋的種子）穿過材料，但比標準裂紋慢得多。目前尚不清楚這顆種子如何迅速轉變為快速移動的裂縫。
芬伯格和他的同事對這是怎麼回事感到困惑。通過實驗室實驗和理論計算的結合，他們意識到需要進行數學更新：成核前沿需要以二維而不是一維建模。
芬伯格說，不要將裂縫視為一條將破損材料與未破損材料分開的線，而是將裂縫想像為從兩個有機玻璃“板”相遇的平面內開始的補丁。在補丁邊界處破裂新材料所需的能量與補丁的周長相關：隨著周長的增長，新材料破裂所需的能量也隨之增加。
這意味著該補丁移動緩慢，並且還不會導致快速斷裂，從而產生地震波和隨後與地震相關的震動。雖然標準快速裂紋的快速加速會向周圍材料釋放動能，但初始補丁的緩慢移動不會向周圍環境釋放任何動能。因此，它的運動被稱為“抗震”。
但最終，補片會擴展到兩塊板相遇的脆性區域之外。在這個區域之外，破碎新物質所需的能量不再隨著破碎區域的大小而增長，並且不再保持能量平衡，而是存在多餘的能量需要去處。
“這種額外的能量現在會導致裂縫的爆炸性運動，”芬伯格說。
研究結果於 1 月 8 日發表在期刊上他說，表明裂縫前的緩慢蠕變如何迅速轉變為地震。從理論上講，如果人們能夠在破裂之前測量地震運動（例如在斷層線上，甚至在飛機機翼等機械物體中），就有可能在破裂發生之前預測到破裂。這在現實世界的斷層中可能會很複雜，其中許多斷層會在很長一段時間內經歷抗震蠕變不釋放任何地震。
儘管如此，芬伯格和他的團隊現在正試圖在他們的實驗室材料中檢測從抗震到地震轉變的跡象。
“在實驗室裡，我們可以觀察這個東西的展開，我們可以聽到它發出的聲音，”芬伯格說。 “所以也許我們可以發現在真正的斷層中無法真正做到的事情，因為在地震爆發之前你沒有關於地震正在做什麼的詳細信息。”
