这奇怪的物理现象可能有助于预测大地震袭击
xj 2023-09-16
不是所有的矿物都一样老化。
地震发生在地球外壳突然释放出能量,导致地表震动。它们是以芮氏地震规模(Richter scale)来测量的。基本上记录震动的程度是:震动足以让从屋瓦掉落,或者足够完全破坏建筑物。
地震比火山爆发更难监视,但有一些技术被使用;例如用雷射光束来侦测板块运动,或是用地震仪来获得地壳的震动。
现在,由于新的研究,宾州大学(University of Pennsylvania)的科学家相信他们已经发现地震为什么发生的一个新洞悉,有助于他们预测地震可能发生的地方。
他们的研究结果发表在物理评论通讯期刊(Physical Review Letters)。
老化奇闻呀 wwW.QiWENYa.cOM
考虑到材料彼此接触的时间量,这一切都归结于一种称为老化的现象。一般规则是材料接触的时间越久,要移动它们的力就越多。
这种抵抗运动的现象被称为静摩擦(static friction),并且能够在断层建立。断层线是地震发生的地方,如果它位于那里有很长的时间。
研究作者之一,宾州大学工程与应用科学学院的机械工程与应用力学系系主任Robert Carpick在一份声明中说:“这种老化机制,对于引起断层的不稳定而导致地震,是非常重要的。”
一般来说,断层是分离地壳区块的碎石薄区域。当震动发生时,断层一侧的岩石会垂直地、水平地、或是相对于另一侧的一个角度滑动。
断层会随着时间变得更强,能够产生巨大程度的应力。意味着当它们移动时,会有大量的能量被释放,然后出现强大的地震。
Carpick说:“如果没有老化,那么断层会很容易移动,因此会更频繁地发生相当小的地震,或许甚至只是平顺的移动。”
“老化会导致不常见的大型地震发生,这种地震能够是毁灭性的。”
降低规模
这个团队想要在比以前更小的规模上,从更实际(物理)的观点来了解岩石的摩擦。
根据这项研究的另一位作者,宾州大学艺术与科学学院的研究生Kaiwen Tian表示,几十年来,研究人员一直在研究断层和老化,但是他们的理论和模型一直是不足的,因为他们以宏观规模而不是奈米尺度来研究岩石。
说清楚一点,宏观规模观察一个材料的样本,像是一块岩石;而奈米尺度则是研究一些原子。
从这个团队之前的研究中已经知道,如果材料的接触时间长达10倍,移动它们所需的摩擦力就会增加一倍。
在这项新研究中,他们在材料上施加不同的力量,藉由使用原子力显微镜,来看结合程度的变化。
Carpick在地板上放一块木板来做比较,让它坐在木板上一会儿,然后滑动它,并测量要花多少力来移动它。
基本上,摩擦力会随着时间增加,因为更多的化学键有机会形成。
Carpick说:“当我们更用力推时,我们正在做的是增加顶端和样品之间的接触面积,导致摩擦随着正常力增加。”
这个团队正在观察甚至小于10分之1秒的时间尺度,以便于更佳了解一些化学键是如何容易形成,而其他则要花更长的时间。
关于在接触一开始时发生了什么事,这(化学键的增加)可以协助提供解释,而且或许有一天,有助于预测地震将在何时和何地发生。
Carpick说:“这项研究成果,让我们对老化背后的机制有更重大的深刻理解。从长远观点来看,我们认为这些洞察力有助于我们更佳能够预测地震和其他摩擦现象。”
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