Bløde materialer giver forskere mulighed for at studere jordskælv i laboratoriet

Under konstant stress, visse bløde materialer reorganiserer sig selv på en måde, der meget ligner, hvordan jordskorpen omstruktureres under jordskælv, en ny undersøgelse af forskere ved Indian Institute of Science (IISc), Raman Research Institute (RRI) og ETH Zürich har fundet.

Teamet undersøgte tynde plader af to typer bløde materialer-en tæt pakket gel af sæbelignende molekyler, og et glas fremstillet af lernanopartikler - skåret mellem to stålplader. Når pladen kontinuerligt blev påført af pladen på materialet, den interne reorganisering af materialet genererede burst-lignende mønstre over tid, der lignede seismografdata genereret af jordskælv.

"Når du anvender en bestemt stress, materialet forsøger at justere. Dens forskydningshastighed svinger. Denne udsving ligner det, der ses under jordskælv, "siger Ajay Sood, DST Year of Science Chair Professor ved Institut for Fysik, IISc, og seniorforfatter af papiret offentliggjort i Naturkommunikation .

Jordskælv opstår typisk på grund af friktion mellem stykker af Jordens overflade kaldet tektoniske plader, frigive et pludseligt energibeslag, der forårsager alvorlig skade på miljøet og menneskeliv. Forskere ved stadig ikke, hvordan de kan forudsige, hvornår et jordskælv vil ramme næste gang, eller hvor stærk den vil være.

For at simulere jordskælv i laboratoriet, forskere anvender normalt kraft på sten eller keramiske materialer og studerer, hvordan de deformeres og revner under stress. Men fordi det er faste stoffer, det kan være svært at undersøge ændringer, der sker inde i materialerne, før de åbnes.

"Den største ulempe ved disse tidligere eksperimenter er, at ingen kan undersøge domænestrukturen direkte, "siger Sayantan Majumdar, Lektor ved RRI og en af ​​forfatterne. "Vi kan ikke se, hvad der foregår inde i materialet."

I den aktuelle undersøgelse, forskerne brugte i stedet bløde materialer, og observerede, hvordan de reagerede under stress. Ved hjælp af et optisk mikroskop og kamera, de var i stand til at se nøje på, hvordan materialets inderside ændrede sig over tid.

De fandt ud af, at den hastighed, hvormed materialet reorganiserede sig selv, viste burst-lignende mønstre, der fortsatte i tusinder af sekunder, ligner seismiske forskok og efterskælv. Disse begivenheder sker normalt over hundredvis af kilometer under jordskælv. "Vi var i stand til at observere dette fænomen i en længde på cirka 10 mikron. Det er en kæmpe fordel, "siger Pradip Bera, første forfatter og en ph.d. studerende ved Institut for Fysik, IISc.

Forskerne fandt også ud af, at disse mønstre overholdt love, der styrer jordskælvsdynamikken. En af disse, kaldet Gutenberg-Richter-loven, beskriver styrken ved jordskælv. En anden, kaldet Omori -loven, beskriver, hvordan hyppigheden af ​​efterskælv reduceres over tid. Værdier for matematiske parametre defineret af disse love, når beregnet for de bløde materialer, viste sig at være meget tæt på dem, der er blevet rapporteret for rigtige jordskælv. Tidsforskellene mellem pigge viste sig også at svare tæt til virkelige mønstre.

Forskerne håber, at yderligere undersøgelser af sådanne materialer i sidste ende vil hjælpe med at identificere mikroskopiske forstadier til jordskælv.