這奇怪的物理現(xiàn)象可能有助于預(yù)測大地震襲擊
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不是所有的礦物都一樣老化。
地震發(fā)生在地球外殼突然釋放出能量,導(dǎo)致地表震動。它們是以芮氏地震規(guī)模(Richterscale)來測量的。基本上記錄震動的程度是:震動足以讓從屋瓦掉落,或者足夠完全破壞建筑物。
地震比火山爆發(fā)更難監(jiān)視,但有一些技術(shù)被使用;例如用雷射光束來偵測板塊運(yùn)動,或是用地震儀來獲得地殼的震動。
現(xiàn)在,由于新的研究,賓州大學(xué)(UniversityofPennsylvania)的科學(xué)家相信他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)地震為什么發(fā)生的一個新洞悉,有助于他們預(yù)測地震可能發(fā)生的地方。
他們的研究結(jié)果發(fā)表在物理評論通訊期刊(PhysicalReviewLetters)。
老化
考慮到材料彼此接觸的時間量,這一切都?xì)w結(jié)于一種稱為老化的現(xiàn)象。一般規(guī)則是材料接觸的時間越久,要移動它們的力就越多。
這種抵抗運(yùn)動的現(xiàn)象被稱為靜摩擦(staticfriction),并且能夠在斷層建立。斷層線是地震發(fā)生的地方,如果它位于那里有很長的時間。
研究作者之一,賓州大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的機(jī)械工程與應(yīng)用力學(xué)系系主任RobertCarpick在一份聲明中說:“這種老化機(jī)制,對于引起斷層的不穩(wěn)定而導(dǎo)致地震,是非常重要的。”
一般來說,斷層是分離地殼區(qū)塊的碎石薄區(qū)域。當(dāng)震動發(fā)生時,斷層一側(cè)的巖石會垂直地、水平地、或是相對于另一側(cè)的一個角度滑動。
斷層會隨著時間變得更強(qiáng),能夠產(chǎn)生巨大程度的應(yīng)力。意味著當(dāng)它們移動時,會有大量的能量被釋放,然后出現(xiàn)強(qiáng)大的地震。
Carpick說:“如果沒有老化,那么斷層會很容易移動,因此會更頻繁地發(fā)生相當(dāng)小的地震,或許甚至只是平順的移動。”
“老化會導(dǎo)致不常見的大型地震發(fā)生,這種地震能夠是毀滅性的。”
降低規(guī)模
這個團(tuán)隊想要在比以前更小的規(guī)模上,從更實際(物理)的觀點(diǎn)來了解巖石的摩擦。
根據(jù)這項研究的另一位作者,賓州大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的研究生KaiwenTian表示,幾十年來,研究人員一直在研究斷層和老化,但是他們的理論和模型一直是不足的,因為他們以宏觀規(guī)模而不是奈米尺度來研究巖石。
說清楚一點(diǎn),宏觀規(guī)模觀察一個材料的樣本,像是一塊巖石;而奈米尺度則是研究一些原子。
從這個團(tuán)隊之前的研究中已經(jīng)知道,如果材料的接觸時間長達(dá)10倍,移動它們所需的摩擦力就會增加一倍。
在這項新研究中,他們在材料上施加不同的力量,藉由使用原子力顯微鏡,來看結(jié)合程度的變化。
Carpick在地板上放一塊木板來做比較,讓它坐在木板上一會兒,然后滑動它,并測量要花多少力來移動它。朝夕網(wǎng) www.fjyl.net.cn原創(chuàng)不易,請大佬高抬貴手!
基本上,摩擦力會隨著時間增加,因為更多的化學(xué)鍵有機(jī)會形成。
Carpick說:“當(dāng)我們更用力推時,我們正在做的是增加頂端和樣品之間的接觸面積,導(dǎo)致摩擦隨著正常力增加。”
這個團(tuán)隊正在觀察甚至小于10分之1秒的時間尺度,以便于更佳了解一些化學(xué)鍵是如何容易形成,而其他則要花更長的時間。
關(guān)于在接觸一開始時發(fā)生了什么事,這(化學(xué)鍵的增加)可以協(xié)助提供解釋,而且或許有一天,有助于預(yù)測地震將在何時和何地發(fā)生。
Carpick說:“這項研究成果,讓我們對老化背后的機(jī)制有更重大的深刻理解。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看,我們認(rèn)為這些洞察力有助于我們更佳能夠預(yù)測地震和其他摩擦現(xiàn)象。”
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