به گزارش آفتاب شرق
پژوهشگران مدلی آزمایشگاهی برای همانند‌سازی و پیش‌بینی زمین‌لرزه گسترش داده‌اند که ربط سطح تماس میکروسکوپی واقعی بین سطوح گسل و گمان وقوع زمین‌لرزه را مشخص می کند.
این دستاورد که در نشریه «گزارش‌های آکادمی ملی علوم آمریکا» (PNAS) انتشار شده، پیوند اصطکاک در مقیاس میکروسکوپی و زمین‌لرزه‌ها را نمایش می‌دهد و دیدگاه‌های تازه‌ای درمورد مکانیسم زمین‌لرزه‌ها و امکان پیش‌بینی آنها اراعه می‌دهد.
«سیلوین باربو»، دانشیار علوم زمین کالج دورنسایف دانشگاه «USC» و پژوهشگر مهم این مطالعه، می‌گوید: «ما در عمل پنجره‌ای به درون قلب مکانیک زمین‌لرزه‌ها گشوده‌ایم.»
او توضیح می‌دهد:
«با مشاهده چگونگی تحول سطح تماس واقعی بین سطوح گسل در چرخه زمین‌لرزه، اکنون می‌توانیم هم انباشت آهسته تنش در گسل‌ها هم گسیختگی سریع بعد از آن را توضیح دهیم. در آینده، این یافته می‌تواند به رویکردهای جدیدی برای پایش و پیش‌بینی اغاز زمین‌لرزه‌ها در مرحله های اولیه منجر شود.»
دهه‌ها است دانشمندان برای مدل‌سازی زمین‌لرزه‌ها به قوانین تجربی «نرخ و حالت» اصطکاک تکیه کرده‌اند. این توصیف‌های ریاضی کارکرد مساعد دارند ولی سازوکارهای فیزیکی زیربنایی را توضیح نمی‌دهند.
این مدل مشخص می کند زمان چرخه زمین‌لرزه در محل تماس گسل، واقعاً چه اتفاقی می‌افتد. «باربو» می‌گوید این کشف مفهومی فریبنده و ساده دارد:
«هنگامی ۲ سطح ناهموار روی هم می‌لغزند، فقط در نقاط ریز و پراکنده‌ای با هم تماس دارند که قسمت کوچکی از کل سطح را پوشش می‌دهد.»
این «سطح تماس واقعی» که با چشم دیده نمی‌شود ولی از طریق راه حلهای نوری قابل‌اندازه‌گیری است – درنهایت همان متغیر حالت کلیدی است که حرکت زمین‌لرزه را کنترل می‌کند.
زمین‌لرزه‌های آزمایشگاهی: ثبت زلزله درلحظه
در این مطالعه از مواد شفاف اکریلیک منفعت گیری شد که به پژوهشگران امکان داد گسیختگی‌های زمین‌لرزه را درلحظه مشاهده کنند.
با منفعت‌گیری از دوربین‌های پرسرعت و اندازه‌گیری‌های نوری، تیم پژوهشی تغییرات عبور نور LED را ردیابی کرد؛ این تغییرات نشان می‌دادند چطور محل‌های تماس در زمین‌لرزه‌های آزمایشگاهی شکل می‌گیرند، رشد می‌کنند و از بین می‌روال.
«باربو» توضیح می‌دهد:
«می‌توانیم به معنی واقعی کلمه سیر تحول سطح تماس را زمان گسترش گسیختگی‌ها به چشم ببینیم. طی گسیختگی‌های سریع، نزدیک به ۳۰ درصد سطح تماس در چند میلی‌ثانیه ناپدید می‌شود؛ تضعیف چشمگیری که محرک زمین‌لرزه است.»
این نتایج آزمایشگاهی رابطه‌ای نهان را آشکار کردند: «متغیر حالت» تجربی که دهه‌ها است در مدل‌های استاندارد زمین‌لرزه به کار می‌رود، در واقع نمایانگر سطح تماس واقعی بین سطوح گسل است. این کشف نخستین تفسیر فیزیکی از مفهومی ریاضی است که از دهه ۱۹۷۰ تا بحال نقشی محوری در علم زمین‌لرزه داشته است.
از همانند‌سازی تا پیش‌بینی
پژوهشگران ۲۶ سناریوی همانند‌سازی‌شده گوناگون از زمین‌لرزه را تحلیل کردند و دریافتند رابطه شدت گسیختگی و انرژی ناکامی با پیش‌بینی‌های مکانیک ناکامی خطی-الاستیک هم‌خوانی دارد.
همانند‌سازی‌های رایانه‌ای تیم پژوهشی توانستند هم زمین‌لرزه‌های آهسته هم سریع آزمایشگاهی را با پیروزی بازتولید کنند؛ طوری‌که نه‌فقط شدت گسیختگی و افت تنش، بلکه مقدار نوری که زمان گسیختگی از سطح گسل عبور می‌کرد، نیز با داده‌های آزمایشگاهی مطابقت داشت.
ازآنجاکه سطح تماس در چرخه زمین‌لرزه تحول می‌کند، این تغییرات بر چندین ویژگی قابل‌اندازه‌گیری ازجمله رسانایی الکتریکی، تراوایی هیدرولیکی و عبور امواج لرزه‌ای تأثیر می‌گذارند.
ازآنجایی‌که سطح تماس واقعی بر چندین ویژگی فیزیکی منطقه گسل تاثییر می‌گذارد، پایش مدام این شاخص‌های غیرمستقیم در چرخه‌های زمین‌لرزه می‌تواند دیدگاه‌های تازه‌ای درمورد حرکت گسل‌ها اراعه دهد.
پیامدهای این پژوهش فراتر از فهمیدن فقطً آکادمیک و آزمایش‌های آزمایشگاهی است. نتایج نشان خواهند داد پایش حالت فیزیکی تماس‌های گسلی می‌تواند ابزارهای جدیدی برای سامانه‌های پیش‌آگاهی مختصر‌زمان زمین‌لرزه فراهم کند و حتی امکان پیش‌بینی معتبر زمین‌لرزه را از طریق اندازه‌گیری رسانایی الکتریکی گسل فراهم کند.
باربو توضیح می‌دهد:
«اگر بتوانیم این ویژگی‌ها را مدام در گسل‌های طبیعی پایش کنیم، امکان پذیر بتوانیم مرحله های اولیه شکل‌گیری زمین‌لرزه را تشخیص بدهیم. این کار می‌تواند به رویکردهای جدیدی برای پایش اغاز زمین‌لرزه در مرحله های ابتدایی، پیش از آنکه امواج لرزه‌ای ساطع شوند، منجر شود.»
پژوهشگران تصمیم دارند یافته‌هایشان را فراتر از شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی گسترش دهند. باربو توضیح می‌دهد مدل این مطالعه، بنیان‌های فیزیکی ملزوم برای فهمیدن چگونگی تکامل ویژگی‌های گسل‌ها در طول چرخه‌های لرزه‌ای را فراهم می‌کند.
او نتیجه می‌گیرد:
«فکر کنید آینده‌ای را که در آن بتوانیم تغییرات ظریف شرایط گسل را پیش از وقوع زمین‌لرزه تشخیص دهیم. این قضیه پتانسیل طویل مدت این پژوهش است.»
دسته بندی مطالب
اخبار سلامتی
