一段缓慢、缓慢、没有任何晃动的运动可能是一个必要的前奏。，一项新的研究表明。
这项研究以材料如何破裂为基础，重点研究实验室中塑料片上蜿蜒的裂纹。但这些实验揭示了断裂如何发生的一些基本物理原理，特别是两个物体界面处的摩擦积累如何转变为突然断裂。研究作者说，这些发现确实适用于现实世界的地震杰·芬伯格，耶路撒冷希伯来大学的物理学家。
“组成接触板的材料并不重要，”芬伯格告诉《生活科学》。 “这两种情况都会发生相同的物理过程——弯曲板的爆炸弹簧将以相同的方式释放。”
当两个相互运动的构造板块卡住，使断层产生应力时，就会形成地震。芬伯格说：“试图移动这些板块的力越来越大，但它们却被卡在分隔它们的界面的脆弱部分。”这个脆性部分不会因应力而变形，其厚度有限，并且在地震时会破裂。
“断裂过程不会同时发生。首先，需要产生裂缝，”芬伯格说。当裂纹到达脆性界面的边界时，裂纹会迅速加速到接近声速的速度。这就是让大地震动的原因。
“问题是大自然如何产生裂缝，然后变成地震？”芬伯格。
芬伯格和他的同事通过理论数学和实验室实验相结合的方式研究了这个问题。他们在实验室中用一种名为聚甲基丙烯酸甲酯（俗称有机玻璃）的热塑性塑料制成的块体再现了类似地震的断裂。研究人员将有机玻璃片夹在一起并施加剪切力或侧向力，类似于在加利福尼亚州等走滑断层上发现的力。尽管材料不同，但断裂力学是相同的。
一旦出现裂纹，它就像一条一维线撕裂材料。芬伯格和他的团队然而，在裂纹形成之前，材料会形成一种称为成核前沿的前体相。这些成核前沿（裂纹的种子）穿过材料，但比标准裂纹慢得多。目前尚不清楚这颗种子如何迅速转变为快速移动的裂缝。
芬伯格和他的同事对这是怎么回事感到困惑。通过实验室实验和理论计算的结合，他们意识到需要进行数学更新：成核前沿需要以二维而不是一维建模。
芬伯格说，不要将裂缝视为一条将破损材料与未破损材料分开的线，而是将裂缝想象为从两个有机玻璃“板”相遇的平面内开始的补丁。在补丁边界处破裂新材料所需的能量与补丁的周长相关：随着周长的增长，新材料破裂所需的能量也随之增加。
这意味着该补丁移动缓慢，并且还不会导致快速断裂，从而产生地震波和随后与地震相关的震动。虽然标准快速裂纹的快速加速会向周围材料释放动能，但初始补丁的缓慢移动不会向周围环境释放任何动能。因此，它的运动被称为“抗震”。
但最终，补片会扩展到两块板相遇的脆性区域之外。在这个区域之外，破碎新物质所需的能量不再随着破碎区域的大小而增长，并且不再保持能量平衡，而是存在多余的能量需要去处。
“这种额外的能量现在会导致裂缝的爆炸性运动，”芬伯格说。
研究结果于 1 月 8 日发表在期刊上他说，表明裂缝前的缓慢蠕变如何迅速转变为地震。从理论上讲，如果人们能够在破裂之前测量地震运动（例如在断层线上，甚至在飞机机翼等机械物体中），就有可能在破裂发生之前预测到破裂。这在现实世界的断层中可能会很复杂，其中许多断层会在很长一段时间内经历抗震蠕变不释放任何地震。
尽管如此，芬伯格和他的团队现在正试图在他们的实验室材料中检测从抗震到地震转变的迹象。
“在实验室里，我们可以观察这个东西的展开，我们可以听到它发出的声音，”芬伯格说。 “所以也许我们可以发现在真正的断层中无法真正做到的事情，因为在地震爆发之前你没有关于地震正在做什么的详细信息。”
