وتعتبر النتائج، بحسب قائدي البحث، طالب الدكتوراه شاهار جيبرتزمان والبروفيسور جاي فاينبرج من معهد راكا للفيزياء، بداية الإجابة على السؤال المتعلق بوجود زلازل مختلفة الشدة تنشأ من صفائح تكتونية متطابقة. ونُشر البحث في مجلة Nature Physics المرموقة
منطقة الاتصال بين أي جسمين ليست مستمرة وتتكون من نقاط اتصال منفصلة يتم ضغطها ضد بعضها البعض، حيث يحدث الاتصال الفعلي. في عملية الاحتكاك، عندما يحاول أحد الجسمين الانزلاق على الجسم الآخر، فإن نقاط الاتصال المجهدة تقاوم الحركة، ولكي يكون الانزلاق ممكنًا، يجب أن تنكسر/تنفصل. تُعرف أيضًا لحظة قطع الاتصال وإطلاق الطاقة المعنية بالزلزال، عندما يكون الجسمان عبارة عن صفائح تكتونية تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. ومن الأمثلة ذات الصلة بالنسبة لإسرائيل بطبيعة الحال الاحتكاك بين الصفيحة العربية والصفيحة الإسرائيلية الصينية، على طول الصدع السوري الأفريقي، الذي يمتد على طول وادي الأردن. نظرًا لأن نقاط الاتصال المجهدة تقاوم الحركة، فإن الانزلاق النسبي بين اللوحات ليس انزلاقًا بطيئًا ومستمرًا، ولكنه يحدث في "قفزات" حادة وسريعة. مع كل قفزة، تنقطع نقاط الاتصال، وتتحرر الطاقة المخزنة فيها، وعندها فقط يكون الانزلاق ممكنًا، وبعد ذلك "يتعطل" النظام مرة أخرى ويبدأ في تجميع الطاقة حتى وقوع الزلزال التالي.
موجة كسر
في السنوات الأخيرة، أظهرت الدراسات أنه أثناء الزلزال، لا تنقطع نقاط الاتصال كلها "مرة واحدة"، ولكن في عملية تدريجية تنكسر فيها الواحدة تلو الأخرى، بحيث يمكن تعريف نوع من "الموجة المتكسرة" الذي يتحرك بسرعة على طول الصدع، مما يؤدي إلى كسر نقاط الاتصال وتمكين الانزلاق. وقد تم توثيق هذه الموجات بشكل مفصل، واليوم يعرف الباحثون الكثير عن خصائص هذه الموجات المتكسرة، وسرعة تقدمها، وشروط توقفها، وغير ذلك. من ناحية أخرى، لا يُعرف الكثير عن عملية "التنوي" للكسر، أي كيفية تشكيل الكسر الأولي الذي تتطور منه الموجات المتكسرة. أحد أسباب ذلك هو أنه من الصعب التنبؤ بالموقع الذي سيبدأ فيه الكسر الأولي والظروف عند تلك النقطة، لذلك من الصعب قياس العملية بشكل جيد. حاولت دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Physics المرموقة، بقيادة طالب الدكتوراه شاهار جيبرتزمان والبروفيسور جاي فاينبرغ - وكلاهما من معهد راكيه للفيزياء في الجامعة العبرية، فحص عملية بدء الكسر في الزلزال.
أحد المفاهيم التي انطلق منها الباحثون هو أننا لا نستطيع فقط التنبؤ بموعد حدوث الزلزال، بل لا يمكننا أيضًا التنبؤ بحجمه - حتى عندما يتعلق الأمر بنفس الصفائح التكتونية التي تقع في نفس مجموعة الضغوط، فإن يمكن أن تكون القفزات الناتجة بأحجام مختلفة، وبكمية مختلفة من الطاقة المنطلقة في كل مرة. "وبعبارة أخرى، على الرغم من أن الظروف العالمية التي تسبب الزلازل في إسرائيل لا تتغير، إلا أن الهزات الصغيرة التي لا يشعر بها على الإطلاق، وكذلك الهزات القوية التي تسبب أضرارا جسيمة، يمكن أن تحدث في نفس الصدع. يحدث نفس عدم اليقين في أي حركة للأجسام في الاحتكاك، وفي الواقع فإن الزلازل ذات الأحجام المختلفة هي مظهر آخر للطبيعة الإشكالية للوصف المادي التقليدي الذي بموجبه يتم تحديد بداية حركة الجسم من خلال "معامل" مميز. "الاحتكاك"، وهو رقم ثابت يعتمد فقط على نوع المادة"، يوضح البروفيسور فاينبرغ.
وأظهرت الدراسة الجديدة أن مصدر التباين في شدة الزلازل هو عملية النواة الأولية التي خلقتها. كجزء من الدراسة، قام الباحثون في مختبر البروفيسور فاينبرغ بتصوير منطقة التلامس بين جسمين، والتي يتم تطبيق الضغوط عليها، في الوقت الحقيقي وبدقة عالية، وسجلوا الموجات المتكسرة السريعة (الزلازل) التي تتحرك بينهما، متكسرة الاتصالات وتمكين الانزلاق. لقد أنتجوا، في الواقع، «زلازل» مصغرة في المختبر. وباستخدام تقنية جديدة تسمح بالتحكم في موقع نقطة بدء الكسر، ركز الباحثون على التوسع البطيء لمنطقة الكسر الأولية، ووجدوا أن منطقة الكسر نمت ببطء شديد حتى وصلت إلى لحظة حرجة، حيث تجاوزت الحد الأدنى الحجم اللازم لإنشاء موجة الكسر. وفي هذه اللحظة، وهي "الطلقة الافتتاحية" للزلزال، يتسارع الكسر ويبدأ بالتحرك كموجة سريعة، على النحو المعروف من الدراسات السابقة. واكتشفوا أيضًا أنه، على عكس المرحلة اللاحقة من الموجة السريعة، حيث لا يعتمد التقدم على الموقع الدقيق على طول الكسر، فإن مرحلة الوصول إلى الحجم الحرج تعتمد أيضًا في نقطة النواة نفسها. الخصائص مثل الضغوط المحلية والتوزيع المحدد لنقاط الاتصال في منطقة النواة هي التي تحدد، على سبيل المثال، إجمالي الوقت الذي سيستغرقه النظام للوصول إلى تلك اللحظة الحرجة.
نفس اللوحات - شدة الزلازل مختلفة
وهذه النتائج، بحسب الباحثين، هي بداية الإجابة على السؤال المتعلق بوجود زلازل ذات شدة مختلفة تنشأ من صفائح تكتونية متطابقة. وفي حين أن الخصائص العالمية (تركيبة الصفائح، ومعدل حركتها، والضغوط الواقعة عليها) هي نفسها، فإن خصائص الزلزال تعتمد إلى حد كبير على الخصائص المحلية عند نقطة النواة، والتي تتغير في كل مرة. "يمكن تشبيه هذا بالنار الناجم عن الطقس الجاف للغاية (الطاقة المخزنة التي تنتظر إطلاقها)، لكن خصائصه وبداية ظهوره تعتمد على التطابق المحدد الذي يشعله (عملية النواة)، وعلى التوقيت عند وصوله، " يشرح جفيرتزمان. "إن التوثيق البحثي التفصيلي لعملية النواة هو بمثابة فرصة لفهم أفضل للعمليات التي تسبق الزلزال، ويمكن أن يساعد أيضًا في الفهم العام لظاهرة الاحتكاك والمجالات ذات الصلة مثل تكوين الشقوق في المادة. "
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
