في مقال نشر في المجلة علم السلفقدم الفريق بقيادة البروفيسور جاي فاينبرج من الجامعة العبرية وبالتعاون مع البروفيسور ديف كامر من جامعة كورنيل لأول مرة نموذجًا يصف القوانين التي بموجبها يمكن تفسير فيزياء الزلازل بواسطة الموجات الصوتية.
ميكانيكا الزلازل والكسور
يحدث الزلزال عندما تتحرك صفيحتان تكتونيتان متجاورتان (الصفائح التي تشكل القشرة الأرضية) بالنسبة لبعضهما البعض بالتوازي مع سطح التلامس بينهما. نظرًا لأن حافة الصفائح ليست ناعمة، فإن حركة الصفائح لا تحدث بشكل فوري. في الواقع، الحافة نفسها خشنة ويمكنك القول أن لوحتين متجاورتين متصلتين بشكل مشابه للسحاب. يمكن استخدام ميكانيكا الكسر لشرح كيفية حدوث الزلزال - لكي تحدث الحركة، يجب التغلب على الروابط التي تحمل الصفائح وتمنعها من الحركة. وبمجرد توفر طاقة كافية للتغلب على هذه الروابط، فإن حركة الصفائح تقطع الحافة مثل السكين وتكسر الروابط.
يتم تصنيف الزلازل إلى عدة فئات - الهزات البطيئة والسريعة. وفي الواقع فإن تسارع الصفائح وقوة الروابط يؤثران على قوة الزلزال. تتميز الزلازل البطيئة بحركة بطيئة (أقل من كيلومتر واحد في اليوم) للصفائح التكتونية، وبالتالي فإن إطلاق الطاقة يكون بطيئًا نسبيًا (بحيث لا يشعر بالزلزال إلا بالكاد)، في حين أن الزلازل السريعة (التي يمكن أن تتحرك بشكل أسرع من السرعة) الصوت وتتحرك عدة كيلومترات في الثانية) أكثر قوة ويمكن أن تسبب الكثير من الضرر. أقوى الاهتزازات هي الاهتزازات الأسرع من الصوت، والتي لم يتم اكتشاف وجودها إلا في السنوات الأخيرة. على الرغم من أن الزلازل تم قياسها بالموجات فوق الصوتية، إلا أنه لم يتم العثور على نظرية تصف القوانين التي بموجبها تحدث الهزات.
في مزيج من التجارب المعملية والحسابات النظرية والعددية، تمكن الباحثون لأول مرة (بمساعدة الأدوات الرياضية التي تم تطويرها لوصف الكسر) من الوصول إلى وصف نظري دقيق لكيفية تطور وتقدم الاهتزازات فوق الصوتية والتحقق من هذه الاهتزازات. التنبؤات في التجارب المعملية. وباستخدام هذا النموذج يستطيع الباحثون معرفة سرعة حركة الصفائح ومتى وأين ستتوقف. يتم الحصول على هذه التنبؤات عندما يكون من الممكن قياس "التوتر المحصور" بين الصفيحتين والخصائص الطبيعية الأخرى (على سبيل المثال، المادة التي صنعت منها اللوحات والوسط الذي يفصل بينهما).
منع الزلزال القادم
وتبين أن هذا البحث له أيضًا آثار عملية على الزلازل وربما في المستقبل للوقاية منها أيضًا. وتأتي الفكرة من منطقة أوكلاهوما في الولايات المتحدة حيث يتم إجراء العديد من عمليات التنقيب عن النفط. يتم تخزين النفط في خزانات في الأرض والتحدي الرئيسي هو العثور على أماكن وجود الخزانات. وبمجرد تفريغ النفط من المكمن، بدلاً من البحث عن الخزان التالي من الأرض، يقوم الحفارون بإحداث ضغط هائل في المساحة الفارغة وإحداث شقوق تميل إلى الوصول إلى الخزانات القريبة. يسمح الشق بمرور النفط من خلاله ويتمكن الحفارون من ضخ النفط بسهولة أكبر.
من الآثار الجانبية لعمليات الحفر هذه حدوث الزلازل - فالشقوق التي يتم إنشاؤها هي بمثابة محفز للزلزال التالي، ولحسن الحظ، فإن التوترات بين الصفائح منخفضة والاهتزازات التي يتم إنشاؤها صغيرة. ويمكن تطبيق هذه الفكرة أيضاً في مناطق أخرى مثل الصدع السوري الأفريقي أو في لوس أنجلوس لتحرير الضغط المتراكم بين الصفائح، لكن بدون معرفة ورسم خرائط للأرض يصعب معرفة مكان إثارة الزلزال خوفاً من أن يحدث. قد يؤدي إلى حدوث زلزال قوي، وبالتالي فإن هذه الفكرة لا يتم تنفيذها فعليًا حاليًا كوسيلة لمنع الحمل. أما في المختبر، فكل المعلومات موجودة لدى الباحث، ومن خلال رسم خريطة لسطح التلامس وحساب الضغوطات، يمكن معرفة كيفية حدوث الهزة وبأي سرعة وأين ستتوقف.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
لقد رأيت المقال الأصلي، وهو جميل جدًا، والنشر في مجلة Nature يعني أن المجتمع العلمي يأخذ البحث على محمل الجد.
مدهش