หมายเหตุบรรณาธิการ: เราถามนักวิทยาศาสตร์หลายคนจากสาขาต่าง ๆ สิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็นความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวันนี้และจากนั้นเราก็เพิ่มบางอย่างที่อยู่ในใจของเราเช่นกัน บทความนี้เป็นหนึ่งใน 15 ในซีรีส์ "Mysteries ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด" ของ Livescience ที่ทำงานในแต่ละวันธรรมดา
เมื่อเกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ผู้เชี่ยวชาญสามารถอธิบายได้ว่ามันเริ่มต้นตรงไหนและมีความผิดประเภทใดบ้างที่เกี่ยวข้องและอาจคาดการณ์ได้ว่าจะมีเวลานานเท่าใด แต่ความจริงที่แปลกประหลาดคือนักไหวสะเทือนและนักธรณีฟิสิกส์ค่อนข้างไม่แน่ใจว่าเกิดอะไรขึ้นภายในโลกในช่วงที่เกิดแผ่นดินไหว ฟิสิกส์แผ่นดินไหวได้ผ่านการปฏิวัติในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาด้วยข้อมูลเชิงลึกใหม่จากการทดลองในห้องปฏิบัติการการศึกษาภาคสนามของความผิดพลาดที่ขุดขึ้นมาและทฤษฎีที่ดีกว่า แต่ธรรมชาติและพฤติกรรมของกองกำลังที่ป้องกันไม่ให้เกิดความผิดพลาดจากนั้นก็ยังไม่ทราบ และเมื่อความผิดพลาดเคลื่อนไหวมีบางอย่างขาดหายไป - มีหลักฐานเพียงเล็กน้อยถึงไม่มีหลักฐานว่ามีแรงเสียดทานและการหลอมละลายในระดับสูงมากที่คาดว่าจะตามมาเหนือพื้นดินเมื่อหินยักษ์สองก้อนเลื่อนเข้าหากัน “ มีหลายเหตุผลที่เชื่อว่ามีบางสิ่งที่แปลกใหม่เกิดขึ้น” Tom Heaton นักธรณีฟิสิกส์ Caltech กล่าว “ ปัญหาของการเลื่อนแรงเสียดทานในแผ่นดินไหวเป็นหนึ่งในปัญหาพื้นฐานที่สุดในวิทยาศาสตร์โลกทั้งหมด” Heaton กล่าว "มันเป็นเรื่องราวลึกลับ 30 ปีในการหาฟิสิกส์พื้นฐานของปัญหาแผ่นดินไหว"แผ่นดินไหวที่อ่อนโยนแผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกพบและร่อนกัน แผ่นดินไหวเกิดขึ้นเมื่อความเครียดแรงเสียดทานของการเคลื่อนไหวเกินความแข็งแรงของหินทำให้เกิดความล้มเหลวที่เส้นความผิด การกำจัดอย่างรุนแรงของเปลือกโลกของโลกดังต่อไปนี้นำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานความเครียดยืดหยุ่น พลังงานนี้ใช้รูปแบบของคลื่นกระแทกที่เปล่งประกายและเป็นแผ่นดินไหว หนึ่งในสิ่งที่แปลกประหลาดที่สุดเกี่ยวกับแผ่นดินไหวคือความอ่อนโยนของพวกเขา Heaton กล่าว ตัวอย่างเช่นนักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าพวกเขาได้คิดวิธีจำลองภาพรวมในห้องแล็บ แต่เมื่อพวกเขาขยายพลังงานที่สังเกตได้ในห้องแล็บถึงขนาดของความผิดพลาดจริงแบบจำลองจะทำนายการหลอมละลายอย่างกว้างขวางในความผิดพลาด และแบบจำลองดังกล่าวทำนายการทำลายล้างไกลเกินกว่าสิ่งที่เสียชีวิตกว่า 500 คนในสัปดาห์นี้ในเปรูมีผู้คนมากกว่า 80,000 คนในแผ่นดินไหวปากีสถานปี 2548 หรือมากกว่าหนึ่งในสี่ของผู้คนล้านคนในแผ่นดินไหวในปี 2547 นอกชายฝั่งของสุมาตรา “ แผ่นดินไหวจะรุนแรงมากจนไม่มีสิ่งมีชีวิตที่จะอยู่รอดได้จากการสั่นสะเทือน” Heaton กล่าว ดังนั้นยังไม่มีใครจำลองสิ่งใดที่ใกล้เคียงกับแผ่นดินไหวจริงปัญหาการออกแบบเครื่องจักรปัญหาการจำลองอยู่ส่วนหนึ่งในความจริงที่ว่ามันยากมากที่จะทำให้เครื่องปฏิบัติการสร้างสภาพแวดล้อมทั้งหมดที่เกิดขึ้นต่ำกว่าพื้นดินในระหว่างการเกิดแผ่นดินไหว - รวมถึงความเครียดสูงความดันสูงอุณหภูมิสูงและอัตราการลื่นประมาณหนึ่งหลาต่อวินาที (เกี่ยวกับความเร็วที่เราเดิน) David Goldsby และเพื่อนร่วมงานกลไกหินของเขาที่ Brown University ได้ออกแบบเครื่องจักรที่สามารถใช้ความเครียดสูงของ temblors กับตัวอย่างหินเพื่อให้นักธรณีฟิสิกส์สามารถศึกษาแรงเสียดทานที่ลึก “ เราสามารถใช้ความเครียดปกติได้สูงเท่าที่เกิดขึ้นตลอดเขตแผ่นดินไหวทั้งหมดของเปลือกโลกโลกประมาณ 10 กิโลเมตร [6 ไมล์] ในเชิงลึก” เขากล่าว นั่นเป็นสิ่งที่น่าประทับใจและสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิทยาศาสตร์แผ่นดินไหว แต่มันก็ยังคงมีคำถามมากมายที่ยังไม่ได้ตอบเพราะสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกนั้นแปลกมากทั้งในด้านขนาดและฟิสิกส์ “ ไม่มีเครื่องมือใด ๆ ในโลกที่สามารถบรรลุเกณฑ์ทั้งหมดเหล่านี้ได้” Goldsby กล่าวแรงเสียดทานปกติเหนือพื้นดินแรงเสียดทานเป็นพลังที่มั่นคงและดื้อรั้นที่ต่อต้านการเคลื่อนไหว แรงเสียดทานสร้างความร้อนเมื่อคนที่มีมือเย็นรู้และเพิ่มขึ้นด้วยความเครียดที่คุณใส่ไว้ในวัตถุ ดังนั้นความร้อนจากความผิดพลาดในระหว่างการเลื่อนควรเพิ่มขึ้นด้วยความลึกในโลก หินควรละลายอย่างแน่นอนที่พวกเขาพบกัน แต่ใต้ดินในระหว่างการเกิดแผ่นดินไหวสองแผ่นหินขนาดใหญ่แข็งและแรงดันน้ำหนักลื่นไหลผ่านหรือภายใต้กันและกัน และไม่มีอะไรละลาย โดยปกติ. มันแปลก อาจเป็นเพราะแรงเสียดทานและความร้อนต่ำกว่าที่คุณคาดหวังจากหินเหนือพื้นดิน Goldsby กล่าว แรงเสียดทานของแผ่นดินไหวทำงานเช่นนี้ Heaton กล่าวว่า: มันเริ่มสูงเมื่อไม่มีการเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อย จากนั้นแรงเสียดทานจะลดลงเป็นศูนย์เมื่อหินเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว จากนั้นแรงเสียดทานจะสูงขึ้นอีกครั้งเมื่อหินช้าลง พฤติกรรมแปลก ๆ ของการเสียดสีในระหว่างการเกิดแผ่นดินไหวอาจเป็นเหตุผลที่มีการหลอมละลายเพียงเล็กน้อยถึงไม่มีเลย Goldsby กล่าว หากแรงเสียดทานต่ำเมื่อหินเคลื่อนที่เร็วความร้อนจะถูกสร้างขึ้นน้อยลงและไม่มีการหลอมเหลวที่ตรวจพบได้ บางทีกลไกอื่น ๆ ก็เริ่มขึ้นก่อนที่หินจะไปถึงขั้นตอนการละลายของพวกเขา Heaton กล่าว คำอธิบายหนึ่งคือ "แฟลชเครื่องทำความร้อน" ความผิดพลาดติดอยู่ในตำแหน่งที่สูงมาก เมื่อความผิดพลาดเริ่มเลื่อนถ้าพวกเขาเลื่อนเร็วพอพวกเขาจะลื่นเป็นพิเศษที่จุดสัมผัสด้วยกล้องจุลทรรศน์เช่นสเก็ตบนน้ำแข็ง ความร้อนถูกสร้างขึ้น แต่ผลที่ได้คือแฟลชที่มีแรงบันดาลใจเป็นศูนย์อุณหภูมิสูงของก๊าซแสงหรือก๊าซที่มีความร้อนสูงที่เรียกว่าพลาสมาที่ไม่สามารถตรวจพบวัสดุละลายได้ Heaton กล่าว เมื่อความผิดพลาดช้าลงพวกเขาก็ติดแน่นอีกครั้ง ความคิดอีกประการหนึ่งคือน้ำที่มีแรงดันในหินในระหว่างการลื่นอาจลดความเครียดในความผิดและดังนั้นความเสียดทาน Goldsby กล่าว ความผิดพลาดอาจนั่งบนเบาะไอน้ำทำให้ความผิดพลาดเลื่อนด้วยแรงเสียดทานต่ำและความร้อนจากหินจะไม่ถึงจุดหลอมละลายระลอกคลื่นในพรมกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจแผ่นดินไหวไม่ใช่ที่ที่พวกเขาเริ่มต้น แต่วิธีการแตกหักแพร่กระจายและนั่นมีส่วนเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมแปลก ๆ ของแรงเสียดทานใต้ดิน Heaton กล่าว ความเร็วในการเลื่อนที่สูงที่สุดเกิดขึ้นที่ขอบนำของชีพจรของสลิปที่ไหลผ่านโลกเหมือนระลอกคลื่นในพรม Heaton กล่าวซึ่งอธิบายพฤติกรรมความผิดนี้ในกระดาษแลนด์มาร์คเมื่อ 17 ปีก่อน คิดว่าเป็นความผิดเป็นพรมที่คุณต้องการย้ายเขาพูด คุณสามารถดึงพรมออกจากขอบ นั่นเป็นวิธีที่ยากที่จะย้ายมัน วิธีที่ง่ายในการเคลื่อนย้ายพรมคือ "ใส่ลงไปเล็กน้อยแล้วขยับชนและเมื่อคุณทำเสร็จแล้วคุณก็ชดเชยพรม" เขาอธิบาย แรงเสียดทานอยู่ในการจัดเรียงหยินหยางกับพัลส์ลื่นเหล่านั้นกลับกลายเป็นว่า Heaton กล่าว “ การลื่นในชีพจรขึ้นอยู่กับแรงเสียดทาน แต่ปรากฎว่าแรงเสียดทานจะเปลี่ยนไปว่าการลื่นเกิดขึ้นเร็วแค่ไหน” เขากล่าว "นั่นเป็นปัญหาทางคณิตศาสตร์ระบบตอบรับเชิงบวกพวกเขาไม่เสถียรฉาวโฉ่" หากคุณรู้ว่าชีพจรจะใหญ่แค่ไหนคุณสามารถทำนายขนาดของแผ่นดินไหวได้ แต่พฤติกรรมที่แปลกใหม่ของแรงเสียดทานใต้ดินทั้งหมดนั้นขึ้นมา Heaton กล่าว ถึงกระนั้นการปฏิวัติในสาขาฟิสิกส์แผ่นดินไหวได้นำข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ Goldsby กล่าว “ ฉันไม่เพียง แต่มีความหวัง แต่แน่นอนว่าเราจะได้เรียนรู้มากขึ้นเกี่ยวกับการเกิดแผ่นดินไหวในทศวรรษที่ผ่านมา” เขากล่าว "ความรู้นี้จะช่วยให้เราเข้าใจวิธีลดผลกระทบที่สร้างความเสียหายจากแผ่นดินไหวและช่วยป้องกันการสูญเสียชีวิตและสักวันหนึ่งอาจทำให้เราสามารถตรวจจับสารตั้งต้นแผ่นดินไหวได้"
- ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่อีกอย่างหนึ่ง: วิวัฒนาการอะไรคืออะไร?
- แกลเลอรี่ภาพ: แผ่นดินไหวร้ายแรง
- ความลึกลับเล็ก ๆ น้อย ๆ ของชีวิต
เพิ่มเติมเกี่ยวกับแผ่นดินไหว
