Araştırmacılar, arıza yüzeyleri arasındaki mikroskobik gerçek temas alanını deprem oluşumları olasılığına bağlayan bir laboratuvar depremi modeli geliştirdiler. Yayınlandı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileribu atılım mikroskobik sürtünme ve depremler arasındaki bağlantıyı gösterir, deprem mekaniği ve potansiyel tahmin hakkında yeni bilgiler sunar.
USC Dornsife Mektuplar, Sanatlar ve Bilimler Koleji ve çalışmanın baş araştırmacısı Sylvain Barbot, “Aslında deprem mekaniğinin kalbine bir pencere açtık.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Deprem döngüsü sırasında fay yüzeyleri arasındaki gerçek temas alanının nasıl geliştiğini izleyerek, şimdi hem hatalardaki stres birikimini hem de takip eden hızlı rüptürü açıklayabiliriz.
Bilim adamları onlarca yıldır, depremleri modellemek için ampirik “oran ve devlet” sürtünme yasalarına güveniyorlardı-iyi çalışan ancak temeldeki fiziksel mekanizmaları açıklamayan matematiksel açıklamalar. “Modelimiz, bir deprem döngüsü sırasında hata arayüzünde gerçekte neler olduğunu ortaya koyuyor.”
Barbot, keşfin aldatıcı basit bir kavram olduğunu söylüyor: “İki pürüzlü yüzey birbirine karşı kaydırdığında, sadece toplam yüzey alanının bir kısmını kapsayan minusca, izole kavşaklarda temas kuruyorlar.” Bu “gerçek temas alanı” – göze görünmez ancak optik tekniklerle ölçülebilir – deprem davranışını kontrol eden kilit durum değişkeni olduğu ortaya çıkıyor.
Laboratuvar Depremleri: Gerçek Zamanlı Depremleri Aydınlatma
Çalışma, araştırmacıların gerçek zamanlı olarak deprem rüptürlerini tam anlamıyla izlemelerine izin veren şeffaf akrilik malzemeler kullanıyor. Yüksek hızlı kameralar ve optik ölçümler kullanarak ekip, laboratuvar depremleri sırasında temas kavşakları oluştukça, büyüdükçe ve yok edildikçe LED ışık iletiminin nasıl değiştiğini izledi.
Barbot, “Kelimenin tam anlamıyla rüptürler yayıldıkça temas alanının geliştiğini izleyebiliriz.” Dedi. “Hızlı kopuşlar sırasında, temas alanının yaklaşık% 30’unun milisaniyede kaybolduğunu görüyoruz – depremi yönlendiren dramatik bir zayıflama.”
Laboratuvar sonuçları daha önce gizli bir ilişki olduğunu ortaya koydu: on yıllardır standart deprem modellerinde kullanılan ampirik “durum değişkeni”, hata yüzeyleri arasındaki gerçek temas alanını temsil ediyor. Bu keşif, 1970’lerden beri deprem biliminin merkezinde yer alan matematiksel bir kavramın ilk fiziksel yorumunu sunmaktadır.
Simülasyondan tahmine kadar
Araştırmacılar 26 farklı simüle deprem senaryosunu analiz ettiler ve rüptür hızı ve kırılma enerjisi arasındaki ilişkinin doğrusal elastik kırık mekaniğinin tahminlerini takip ettiğini buldular. Ekibin bilgisayar simülasyonları, hem yavaş hem de hızlı laboratuvar depremlerini başarılı bir şekilde çoğalttı, sadece rüptür hızları ve stres düşüşleriyle değil, aynı zamanda rüptürler sırasında hata arayüzü boyunca iletilen ışık miktarını da eşleştirdi.
Temas alanları deprem döngüsü sırasında değiştikçe, elektrik iletkenliği, hidrolik geçirgenlik ve sismik dalga iletimi gibi çoklu ölçülebilir özellikleri etkiler. Gerçek temas alanı, hata bölgelerinin çoklu fiziksel özelliklerini etkilediğinden, deprem döngüleri sırasında bu proxy’lerin sürekli izlenmesi hata davranışına ilişkin yeni bilgiler sağlayabilir.
Çıkarımlar akademik anlayış ve laboratuvar deneylerinin çok ötesine uzanmaktadır. Araştırma, hata temaslarının fiziksel durumunun izlenmesinin, deprem kısa vadeli sistemler için yeni araçlar sağlayabileceğini ve hatanın elektrik iletkenliğini kullanarak potansiyel olarak güvenilir deprem tahmini sağlayabileceğini göstermektedir.
Barbot, “Bu özellikleri doğal hatalar üzerinde sürekli olarak izleyebilirsek, deprem çekirdeklenmesinin ilk aşamalarını tespit edebiliriz.” “Bu, sismik dalgalar yayılmadan çok önce, erken aşamalarda deprem çekirdeklenmesini izlemek için yeni yaklaşımlara yol açabilir.”
İleriye Bakış
Araştırmacılar bulgularını kontrollü laboratuvar koşullarının dışında ölçeklendirmeyi planlıyorlar. Barbot açıkladı: Çalışmanın modeli, sismik döngüler sırasında hata özelliklerinin nasıl geliştiğini anlamak için fiziksel temel sağlar.
Barbot, “Bir deprem çarpmadan önce hata koşullarındaki ince değişiklikleri tespit edebileceğimiz bir gelecek hayal edin.” Dedi. “Bu çalışmanın uzun vadeli potansiyeli.”
Çalışma hakkında
Barbot’a ek olarak, daha önce USC’de ve şimdi Kaliforniya Üniversitesi, San Diego’da Baoning Wu, çalışmayı yazdı.
Çalışma, Ulusal Bilim Vakfı Ödülü Numarası EAR-1848192 ve eyalet çapında California Deprem Merkezi Teklif numarası 22105 tarafından desteklenmiştir.
News
