زمینلرزه فقط لرزش نیست؛ بیشتر انرژی زلزلهها بهصورت گرما آزاد میشود
لرزش ناشی از زمینلرزه میتواند زمین را بشکافد، ساختمانها را تخریب کند و موجب ریزشهای عظیم سنگی شود. بااینحال، شگفتانگیز است که تمام این قدرت ویرانگر تنها بخش کوچکی از انرژی کلی زمینلرزه را تشکیل میدهد.
مطالعه آزمایشگاهی جدیدی نشان میدهد لرزش زمین فقط بین یک تا ۸ درصد از انرژی آزادشده در زمینلرزه را تشکیل میدهد، در حالی که تا ۹۸ درصد این انرژی به صورت گرما هدر میرود. اصطکاک ناشی از سر خوردن تودههای عظیم سنگ روی یکدیگر میتواند دمای زمین را به بیش از ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد برساند؛ آنقدر بالا که توانایی ذوب کردن کوارتز و دیگر کانیها را دارد.
بیشتر انرژی زمینلرزه صرف گرم شدن سنگها میشود
اندازهگیری اینکه چه مقدار از انرژی زمینلرزه صرف لرزش زمین، شکستن سنگها یا گرم شدن ناگهانی آنها میشود کار دشواری است؛ زیرا زمینلرزهها در اعماق زمین آغاز میشوند و در زمانهایی غیرقابل پیشبینی رخ میدهند.
به گزارش ساینتیفیک امریکن، دانیل اورتگا-آرویو، پژوهشگر در مؤسسه فناوری ماساچوست و همکارانش برای درک نحوه توزیع انرژی زلزله، زمینلرزههای کوچک در آزمایشگاه ساختند. آنها قطعههای کوچک از مخلوط پودر گرانیت و ذرات مغناطیسی را بین پیستونهای آلومینیومی فشردند تا زمانی که این قطعهها لغزیدند یا شکستند. آنها طی این فرآیند، با استفاده از دماسنج و حسگرهای پیزوالکتریک که عملکردی مشابه لرزهنگارهای واقعی دارند، میزان شکستن و تغییرات حرارتی را اندازهگیری کردند.
حتی زمینلرزههای کوچک آزمایشگاهی خیلی سریع داغ شدند. اورتگا-آرویو میگوید: «دمای آنها در عرض چند میکروثانیه از دمای اتاق به بیش از ۹۰۰ درجه سانتیگراد رسید.»
بین ۶۸ تا ۹۸ درصد انرژی آزادشده در این زمینلرزههای آزمایشگاهی به صورت گرما هدر رفت. شکستن قطعهها بین کمتر از یک درصد تا حداکثر ۳۲ درصد از انرژی را مصرف کرد، در حالی که لرزش زمین کمتر از ۸ درصد انرژی را شامل میشد.
اورتگا-آرویو میگوید نمونههایی که پیش از شکستن بیشتر تغییر شکل یافته بودند، گرمای کمتری تولید کردند. این موضوع نشان میدهد تاریخچه و تغییرات قبلی سنگها در گسل میتواند تعیین کند که در زمینلرزه بعدی چه مقدار انرژی صرف گرما، شکستن سنگها و لرزش زمین خواهد شد.
راشل ابراکامبی، پژوهشگر زمینلرزه در دانشگاه بوستون که در مطالعه مشارکت نداشت اما پیش از انتشار نتایج، آزمایشها را بررسی کرده بود، میگوید: «این پژوهش اهمیت زیادی دارد، زیرا نحوه توزیع انرژی زمینلرزهها هنوز مجهول بزرگی است. درک این موضوع اساس فهم زمینلرزهها و توانایی مدلسازی آنها را فراهم میکند.»
حتی در زمینلرزههای کوچک، دمای سنگها در چند میکروثانیه میتواند به بیش از ۹۰۰ درجه سانتیگراد برسد
مدلهای رایانهای زمینلرزه برای موارد مختلفی از تعیین اینکه ساختمانهای محلی چقدر باید در برابر زمینلرزه مقاوم باشند تا پیشبینی زمان وقوع بعدی گسل و بزرگی زمینلرزهای که ممکن است ایجاد شود، استفاده میشوند.
هدر ساویج، پژوهشگر زمینلرزه در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، میگوید یکی از مزایای این تحقیق استفاده از تکنیک جدیدی است که با اندازهگیری جهتگیری کانیهای مغناطیسی در سنگهای داغ شده، به درک تغییرات دما کمک میکند.
ساویج که در مطالعه مشارکت نداشت، روی سنگهای ذوبشده در گسلهای قدیمی تحلیلهای میدانی انجام میدهد. او میگوید در مطالعات میدانی نیز از تحلیل مغناطیسی استفاده میشود و وقتی همان اندازهگیریها هم در آزمایشگاه و هم در محیط واقعی انجام شود، میتوان نتایج بهدستآمده از یک قطعه سنگ چندسانتیمتری را به گسلهایی چندکیلومتری تعمیم داد.
ساویج در پایان گفت: «اینکه چگونه میتوانیم نتایج را به زمینلرزهای در گسل سنآندریاس تعمیم دهیم، سؤال بزرگی است که هنوز به بررسی و تامل بیشتری نیاز دارد.»
پژوهش در ژورنال AGU Advances منتشر شده است.