นักวิทยาศาสตร์พบกลไกที่ซ่อนอยู่ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าแผ่นดินไหว 'จุดชนวน' ได้อย่างไร

การเคลื่อนไหวที่ช้าๆ คืบคลานโดยไม่มีการสั่นไหวอาจเป็นการเริ่มต้นที่จำเป็นการศึกษาใหม่ชี้ให้เห็น

การวิจัยซึ่งมุ่งเน้นไปที่พื้นฐานของการแตกของวัสดุ โดยมุ่งเน้นไปที่รอยแตกที่ทะลุผ่านแผ่นพลาสติกในห้องปฏิบัติการ แต่การทดลองเผยให้เห็นฟิสิกส์พื้นฐานบางประการเกี่ยวกับวิธีการทำงานของการแตกหัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมของแรงเสียดทานที่ส่วนต่อประสานของวัตถุทั้งสองกลายเป็นการแตกอย่างกะทันหัน และการค้นพบเหล่านั้นสามารถนำไปใช้กับแผ่นดินไหวในโลกแห่งความเป็นจริงได้ ผู้เขียนรายงานการศึกษากล่าวเจย์ ไฟน์เบิร์ก, นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลม

"วัสดุที่ประกอบเป็นแผ่นสัมผัสนั้นไม่สำคัญ" Fineberg กล่าวกับ WordsSideKick.com “กระบวนการทางกายภาพเดียวกันจะเกิดขึ้นในทั้งสองกรณี สปริงที่ระเบิดได้ของแผ่นเปลือกโลกที่โค้งงอจะปล่อยออกมาในลักษณะเดียวกัน”

แผ่นดินไหวเกิดขึ้นเมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นเคลื่อนตัวชนกันติดกัน ส่งผลให้เกิดความเครียดขึ้น “แผ่นเปลือกโลกถูกกดดันมากขึ้นจากแรงที่พยายามจะเคลื่อนย้ายพวกมัน แต่ติดอยู่ที่ส่วนที่เปราะบางของส่วนต่อประสานที่แยกพวกมันออกจากกัน” ไฟน์เบิร์กกล่าว ส่วนที่เปราะนี้ซึ่งไม่เปลี่ยนรูปตามแรงกด มีความหนาจำกัดและเป็นสิ่งที่แตกหักระหว่างเกิดแผ่นดินไหว

“กระบวนการแตกหักไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกัน อันดับแรก จำเป็นต้องสร้างรอยแตกร้าว” ไฟน์เบิร์กกล่าว เมื่อรอยแตกนั้นไปถึงขอบของส่วนต่อประสานที่เปราะ รอยแตกนั้นจะเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วจนมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วของเสียง นั่นคือสิ่งที่ทำให้แผ่นดินสั่นสะเทือน

“คำถามคือธรรมชาติสร้างรอยแตกร้าวจนกลายเป็นแผ่นดินไหวได้อย่างไร?” ไฟน์เบิร์ก.

ไฟน์เบิร์กและเพื่อนร่วมงานของเขาตรวจสอบคำถามนี้ด้วยการผสมผสานระหว่างคณิตศาสตร์เชิงทฤษฎีและการทดลองในห้องปฏิบัติการ พวกเขาจำลองการแตกหักคล้ายแผ่นดินไหวในห้องปฏิบัติการด้วยบล็อกที่ทำจากเทอร์โมพลาสติกที่เรียกว่าโพลีเมทิลเมทาคริเลตหรือที่รู้จักกันดีในชื่อเพล็กซิกลาส นักวิจัยยึดแผ่นเพล็กซีกลาสเข้าด้วยกันแล้วใช้แรงเฉือนหรือแรงด้านข้าง คล้ายกับที่พบในรอยเลื่อนกระแทกอย่างแคลิฟอร์เนีย- แม้ว่าวัสดุจะแตกต่างกัน แต่กลไกของการแตกหักก็เหมือนกัน

รับการค้นพบที่น่าทึ่งที่สุดในโลกส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ

เมื่อรอยแตกร้าวเริ่มขึ้น มันจะทำหน้าที่เหมือนเส้นหนึ่งมิติที่ลากผ่านวัสดุ ไฟน์เบิร์กและทีมงานของเขาก่อนที่รอยแตกจะก่อตัวขึ้น วัสดุจะพัฒนาระยะของสารตั้งต้นที่เรียกว่าส่วนหน้าของนิวเคลียส ด้านหน้าของนิวเคลียสเหล่านี้ — เมล็ดของรอยแตก — เคลื่อนที่ผ่านวัสดุ แต่ช้ากว่ารอยแตกมาตรฐานมาก ยังไม่ชัดเจนว่าเมล็ดพันธุ์นี้สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วไปสู่การแตกหักที่เคลื่อนไหวเร็วได้อย่างไร

Fineberg และเพื่อนร่วมงานของเขารู้สึกงุนงงว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร ด้วยการผสมผสานระหว่างการทดลองในห้องปฏิบัติการและการคำนวณทางทฤษฎี พวกเขาตระหนักว่าจำเป็นต้องอัปเดตทางคณิตศาสตร์: ส่วนหน้าของนิวเคลียสจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองในแบบ 2 มิติ ไม่ใช่ 1 มิติ

แทนที่จะคิดว่ารอยแตกเป็นเส้นแบ่งระหว่างวัสดุที่แตกหัก Fineberg กล่าวว่า ลองจินตนาการว่ารอยแตกดังกล่าวเป็นแผ่นที่เริ่มต้นภายในระนาบที่ "แผ่น" แก้วเพล็กซีสองแผ่นมาบรรจบกัน พลังงานที่ใช้ในการทำลายวัสดุใหม่ที่ขอบของแผ่นปะนั้นเชื่อมโยงกับปริมณฑลของแผ่นปะ: เมื่อเส้นรอบวงโตขึ้น พลังงานที่ใช้ในการแตกวัสดุใหม่ก็จะเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน

นั่นหมายความว่าแผ่นปะเคลื่อนตัวช้าๆ และยังไม่ทำให้เกิดการแตกหักอย่างรวดเร็วที่อาจสร้างคลื่นแผ่นดินไหวและการเคลื่อนไหวสั่นสะเทือนตามมาที่เกี่ยวข้องกับแผ่นดินไหว ในขณะที่ความเร่งอย่างรวดเร็วของรอยแตกมาตรฐานแบบเร็วจะปล่อยพลังงานจลน์ออกสู่วัสดุโดยรอบ การเคลื่อนที่อย่างช้าๆ ของแผ่นปะเริ่มแรกจะไม่ปล่อยพลังงานจลน์ใดๆ ออกสู่สิ่งแวดล้อม ดังนั้นการเคลื่อนไหวของมันจึงเรียกว่า "aseismic"

แม้ว่าในที่สุดแผ่นปะจะขยายออกนอกเขตเปราะบางที่แผ่นเปลือกโลกทั้งสองมาบรรจบกัน นอกโซนนี้ พลังงานที่ใช้ในการทำลายวัสดุใหม่จะไม่เพิ่มขึ้นตามขนาดของบริเวณที่แตกหักอีกต่อไป และแทนที่จะสมดุลของพลังงาน ตอนนี้กลับมีพลังงานส่วนเกินที่ต้องการไปที่ไหนสักแห่ง

“พลังงานพิเศษนี้ทำให้เกิดการระเบิดของรอยแตก” ไฟน์เบิร์กกล่าว

ข้อค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสารเมื่อวันที่ 8 มกราคมเพื่อแสดงให้เห็นว่าการคืบคลานอย่างช้าๆ ก่อนเกิดรอยแตกสามารถเปลี่ยนเป็นแผ่นดินไหวได้อย่างรวดเร็วได้อย่างไร เขากล่าว ตามทฤษฎีแล้ว หากใครสามารถวัดการเคลื่อนไหวแบบไม่มีเงื่อนไขก่อนเกิดการแตกร้าว เช่น บนเส้นรอยเลื่อน หรือแม้แต่ในวัตถุเชิงกล เช่น ปีกเครื่องบิน ก็อาจเป็นไปได้ที่จะทำนายการแตกหักก่อนที่มันจะเกิดขึ้น สิ่งนี้อาจมีความซับซ้อนในข้อผิดพลาดในโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งหลายแห่งเกิดภาวะ Aseiismic เป็นระยะเวลานานโดยไม่เกิดแผ่นดินไหวใดๆ-

อย่างไรก็ตาม ไฟน์เบิร์กและทีมงานของเขากำลังพยายามตรวจจับสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงจากภาวะไม่แน่นอนไปสู่แผ่นดินไหวในวัสดุในห้องปฏิบัติการ

“ในห้องทดลอง เราสามารถดูสิ่งนี้ปรากฏ และฟังเสียงที่มันทำ” ไฟน์เบิร์กกล่าว “ดังนั้น บางทีเราอาจค้นพบสิ่งที่คุณทำไม่ได้จริงๆ ในข้อผิดพลาดที่แท้จริง เนื่องจากคุณไม่มีข้อมูลโดยละเอียดว่าแผ่นดินไหวกำลังทำอะไรอยู่จนกว่ามันจะระเบิด”