Un nuovo studio suggerisce che un periodo di movimento lento e strisciante senza alcuna scossa potrebbe essere un preludio necessario ai terremoti. La ricerca, che ha esaminato i fondamenti della frattura dei materiali, si è concentrata sulle crepe che serpeggiano attraverso i fogli di plastica in laboratorio. Ma gli esperimenti hanno rivelato alcuni aspetti fisici di base del funzionamento delle fratture, in particolare il modo in cui un accumulo di attrito all’interfaccia di due corpi si trasforma in una rottura improvvisa. E questi risultati si applicano ai terremoti del mondo reale, ha affermato l’autore dello studio Jay Fineberg, fisico dell’Università Ebraica di Gerusalemme.
“Non importa di che materiale sono fatte le piastre di contatto”, ha detto Fineberg a WordsSideKick.com. “In entrambi i casi avverrà lo stesso processo fisico: la molla esplosiva delle piastre piegate si rilascerà allo stesso modo. »
I terremoti si formano quando due placche tettoniche che si muovono l’una contro l’altra si bloccano, consentendo alla faglia di accumulare stress. “Le placche sono sempre più sollecitate dalle forze che cercano di spostarle, ma rimangono bloccate nella parte fragile dell’interfaccia tra loro”, ha detto Fineberg. Questa sezione fragile, che non si deforma in risposta alle sollecitazioni, ha uno spessore finito ed è ciò che si rompe in un terremoto.
“Il processo di frattura non avviene tutto in una volta. Innanzitutto bisogna creare una crepa”, ha detto Fineberg. Quando la crepa raggiunge i limiti della fragile interfaccia, accelera rapidamente fino a raggiungere velocità vicine a quella del suono. Questo è ciò che fa tremare la terra.
“La domanda è: come fa la natura a creare la crepa che poi diventa un terremoto? »Fineberg.
Fineberg e i suoi colleghi hanno studiato la questione con un mix di matematica teorica ed esperimenti di laboratorio. Riproducono in laboratorio fratture sismiche con blocchi costituiti da un materiale termoplastico chiamato polimetilmetacrilato, meglio conosciuto come plexiglass. I ricercatori attaccano insieme fogli di plexiglas e applicano una forza di taglio, o laterale, simile a quella trovata su una faglia trascorrente come la faglia di Sant’Andrea in California. Sebbene i materiali siano diversi, la meccanica della frattura è la stessa.
Una volta iniziata, la crepa agisce come una linea unidimensionale che lacera il materiale. Fineberg e il suo team avevano precedentemente dimostrato che prima che si formi la fessura, il materiale sviluppa una sorta di fase precursore chiamata fronte di nucleazione. Questi fronti di nucleazione – i semi delle crepe – si muovono attraverso il materiale, ma molto più lentamente delle crepe standard. Non era chiaro come questo seme potesse trasformarsi rapidamente in una rapida frattura.
Fineberg e i suoi colleghi erano perplessi su come ciò potesse accadere. Attraverso una combinazione di esperimenti di laboratorio e calcoli teorici, si sono resi conto che era necessario un aggiornamento matematico: i fronti di nucleazione dovrebbero essere modellati in 2D, non 1D.
Invece di pensare a una crepa come una linea che separa il materiale rotto da quello integro, ha detto Fineberg, immagina la crepa come un punto che inizia all’interno del piano dove due “lastre” di plexiglas si incontrano. L’energia necessaria per rompere il nuovo materiale sul bordo della piastra è correlata al perimetro della piastra: all’aumentare del perimetro aumenta anche l’energia necessaria per rompere il nuovo materiale.
Ciò significa che la placca si sta muovendo lentamente e non sta ancora provocando una frattura rapida che creerebbe le onde sismiche e il conseguente movimento di scuotimento associato a un terremoto. Mentre la rapida accelerazione di una fessura standard rilascia energia cinetica nel materiale circostante, il lento movimento del punto iniziale non rilascia energia cinetica nell’ambiente circostante. Pertanto il suo movimento è detto “asismico”.
Alla fine, però, la macchia si espande al di fuori della fragile area in cui le due placche si incontrano. Al di fuori di quest’area, l’energia richiesta per rompere il nuovo materiale non aumenta più con la dimensione della regione rotta e, invece di un equilibrio energetico, ora c’è un eccesso di energia che deve andare da qualche parte. “Questa energia aggiuntiva ora provoca il movimento esplosivo della fessura”, ha detto Fineberg.
I risultati, pubblicati l’8 gennaio sulla rivista Nature, mostrano come il lento scivolamento prima che una crepa possa trasformarsi rapidamente in un terremoto, ha detto. In teoria, se si potesse misurare il movimento sismico prima di una rottura – su una linea di faglia, per esempio, o anche in un oggetto meccanico come l’ala di un aereo – sarebbe possibile prevedere una rottura prima che si verifichi. produrre. Ciò può essere complicato nelle faglie del mondo reale, molte delle quali subiscono uno scorrimento sismico per lunghi periodi di tempo senza provocare terremoti.
Tuttavia, Fineberg e il suo team stanno ora cercando di individuare i segni di una transizione da antisismico a sismico nei materiali di laboratorio.
“In laboratorio, possiamo guardare questa cosa svolgersi e possiamo ascoltare i rumori che fa”, ha detto Fineberg. “Quindi forse possiamo scoprire cosa non si può realmente fare in una vera faglia, perché non si hanno informazioni dettagliate su cosa fa un terremoto finché non esplode. »
