這奇怪的物理現象可能有助於預測大地震襲擊

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不是所有的礦物都一樣老化。

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地震發生在地球外殼突然釋放出能量,導致地表震動。它們是以芮氏地震規模(Richter scale)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築物。

地震比火山爆發更難監視,但有一些技術被使用;例如用雷射光束來偵測板塊運動,或是用地震儀來獲得地殼的震動。

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現在,由於新的研究,賓州大學(University of Pennsylvania)的科學家相信他們已經發現地震為什麼發生的一個新洞悉,有助於他們預測地震可能發生的地方。

他們的研究結果發表在物理評論通訊期刊(Physical Review Letters)

老化

考慮到材料彼此接觸的時間量,這一切都歸結於一種稱為老化的現象。一般規則是材料接觸的時間越久,要移動它們的力就越多。

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這種抵抗運動的現象被稱為靜摩擦(static friction),並且能夠在斷層建立。斷層線是地震發生的地方,如果它位於那裡有很長的時間。

研究作者之一,賓州大學工程與應用科學學院的機械工程與應用力學系系主任Robert Carpick在一份聲明中說:「這種老化機制,對於引起斷層的不穩定而導致地震,是非常重要的。」

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一般來說,斷層是分離地殼區塊的碎石薄區域。當震動發生時,斷層一側的岩石會垂直地、水平地、或是相對於另一側的一個角度滑動。

斷層會隨著時間變得更強,能夠產生巨大程度的應力。意味著當它們移動時,會有大量的能量被釋放,然後出現強大的地震。

Carpick說:「如果沒有老化,那麼斷層會很容易移動,因此會更頻繁地發生相當小的地震,或許甚至只是平順的移動。」

「老化會導致不常見的大型地震發生,這種地震能夠是毀滅性的。」

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降低規模

這個團隊想要在比以前更小的規模上,從更實際(物理)的觀點來了解岩石的摩擦。

根據這項研究的另一位作者,賓州大學藝術與科學學院的研究生Kaiwen Tian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,因為他們以宏觀規模而不是奈米尺度來研究岩石。

說清楚一點,宏觀規模觀察一個材料的樣本,像是一塊岩石;而奈米尺度則是研究一些原子。

從這個團隊之前的研究中已經知道,如果材料的接觸時間長達10倍,移動它們所需的摩擦力就會增加一倍。

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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,然後滑動它,並測量要花多少力來移動它。

基本上,摩擦力會隨著時間增加,因為更多的化學鍵有機會形成。

Carpick說:「當我們更用力推時,我們正在做的是增加頂端和樣品之間的接觸面積,導致摩擦隨著正常力增加。」

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這個團隊正在觀察甚至小於10分之1秒的時間尺度,以便於更佳了解一些化學鍵是如何容易形成,而其他則要花更長的時間。

關於在接觸一開始時發生了什麼事,這(化學鍵的增加)可以協助提供解釋,而且或許有一天,有助於預測地震將在何時和何地發生。

Carpick說:「這項研究成果,讓我們對老化背後的機制有更重大的深刻理解。從長遠觀點來看,我們認為這些洞察力有助於我們更佳能夠預測地震和其他摩擦現象。」

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert