بحث جديد في الجامعة العبرية يمكن أن يوفر أدوات للتنبؤ المبكر بالزلازل

وقد نشر البحث في مجلة الطبيعة المرموقة

يمكن لدراسة جديدة أجراها باحثون في الجامعة العبرية في القدس أن تحسن التنبؤ بالزلازل. الدراسة التي تناولت «جبهات الانفصال» الداخلة في عملية الاحتكاك تلقي الضوء على لغز علمي قديم.

على الرغم من أن موضوع الاحتكاك قد تمت دراسته لعدة قرون من قبل باحثين مرموقين مثل ليوناردو دا فينشي والفيزيائيين تشارلز أوغسطين دي كولومب وهاينريش رودولف هيرتز، إلا أن الموضوع لا يزال مثيرًا للاهتمام ومعاصرًا كما كان قبل 500 عام. لم يتمكن الباحثون بعد من فك رموز الآليات الأساسية للاحتكاك، أي ما يحدث بالضبط عندما يبدأ سطحان في الاحتكاك ببعضهما البعض نتيجة للضغط.

تم وصف البحث الذي أجراه رئيس معهد راكاش للفيزياء في الجامعة العبرية البروفيسور ي. فاينبرغ والدكتور جيل كوهين والطالب شموئيل ن. روبنشتاين في مقال نشر في مجلة نيتشر تحت عنوان "موجات الانفصال في الانتقال إلى الاحتكاك الديناميكي".

وباستخدام تقنية بصرية جديدة والتطورات الحديثة في تكنولوجيا التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة، لاحظ باحثون من الجامعة العبرية لأول مرة كيف تتحكم ثلاثة أنواع مختلفة من موجات إطلاق الطاقة في عملية الاحتكاك. تعمل هذه الموجات في منطقة يبلغ سمكها بضعة ميكرونات (ميكرون = جزء من مليون من المتر) بين الأسطح التي تحتك ببعضها البعض، وتتحرك بسرعات مختلفة جدًا. كل نوع من الموجات له نطاق مميز من السرعات: الموجة البطيئة التي تكاد تكون غير محسوسة - تصل سرعتها إلى 10% من سرعة الصوت؛ الموجات المتوسطة التي تتميز بها الزلازل – تصل سرعتها إلى 100% من سرعة الصوت؛ حيث أن سرعة الموجات فوق الصوتية تصل إلى ضعف سرعة الصوت.

لفهم كيفية حدوث الزلزال، تخيل صفيحتين موضوعتين فوق بعضهما البعض تحت الضغط. لنفترض الآن أنك مررت بين اللوحين سكينًا رفيعًا يقطع نقاط التلامس بينهما. إذا قمت بتحريك السكين أولاً ببطء ثم بشكل أسرع حتى نقطة التوقف، فإن كل منطقة تمر بها السكين ستبدأ في فرك البقع. وبحسب قوانين الفيزياء فإن الاحتكاك يبدأ بعد "الانفصال". إجراء الانفصال هو فصل نقاط اتصال صغيرة بين سطحين، وخلال هذه النقطة يحدث الاحتكاك بينهما. في البداية تعمل الموجات البطيئة وتصبح أسرع. هذه هي المرحلة التي يتم فيها الشعور بالزلزال. وأظهر الباحثون أن العملية يتم التحكم فيها بشكل أساسي من خلال مرحلة الموجة البطيئة التي لم يكن من الممكن قياسها حتى وقت قريب.

يقول البروفيسور فاينبرغ: "يتم الشعور بالزلزال على أنه حركة مفاجئة وسريعة أو انزلاق الصفائح التكتونية في عملية احتكاك". "الموجات المتوسطة والأسرع من الصوت هي التي نشعر بها، ولكن استنادا إلى نتائج هذه الدراسة، يبدو أن هذه في الواقع هي الموجات البطيئة وغير المحسوسة التي تعمل في القشرة الأرضية في المرحلة الأولية من الانفصال، والتي نحن "يجب أن توجه انتباهنا، والتي هي مثل العلامات المرئية هي مقدمة لما نسميه" الزلزال "، يضيف البروفيسور فاينبرج.

وحتى اليوم، لا توجد قدرة على التنبؤ بالزلازل على الإطلاق. إذا تم تطبيق اكتشاف باحثي الجامعة العبرية في القياسات تحت الأرض للأرض، فسيكون من الممكن منع الأضرار المرتبطة إلى حد ما

في الزلازل، من خلال الإنذارات المبكرة حول "انفصال" متوقع لصفائح الأرض. النتائج لها تأثير على قياس الزلازل والتنبؤ بها، حيث أن تلقي تحذير في وقت مبكر سيجعل من الممكن تقليل أضرار الضوضاء بشكل كبير وخاصة الأضرار الجانبية.

يقول البروفيسور فاينبرج: "إن أكثر من 5% من الخسائر الناتجة عن التآكل وفقدان الطاقة في الصناعة سببها الاحتكاك وتتسبب في خسائر تصل إلى مئات المليارات من الدولارات سنويًا في جميع أنحاء العالم". "إن الفهم المكتسب حول القواعد الأساسية لعملية الاحتكاك أمر مهم للغاية له آثار على التطبيقات العلمية والصناعية في المستقبل. ومن المتوقع أيضًا تحقيق وفورات مالية كبيرة."