استفاده از نانوذرات در مطالعه دلایل شکل‌گیری زلزله

محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از دستگاه آسیاب گلوله‌ای و به کارگیری نانوذرات، به مطالعه یکی ازنظریه‌های موجود درباره دلیل شکل‌گیری زلزله در سطوح گسل‌ها پرداختند. نتایج یافته‌های آن بسیار عجیب بود!

کد خبر: ۹۸۶۸۰۵

پنجشنبه - ۰۹ دی ۱۴۰۰ / December 30, 2021

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از ستاد فناوری نانو، مطالعه جدید نشان می‌دهد که ویژگی‌های عجیب بلور‌های کوچک سرنخ‌هایی از شکل‌گیری زمین‌لرزه دارد. آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهد که بلور‌های بسیار ریزدانه‌ای که در طول حرکت گسل تولید می‌شوند، می‌توانند به ناپایداری زلزله منجر شوند و نکاتی درباره درک فرآیند هسته‌زایی زلزله ارائه می‌دهند.

در پوسته زمین، بلوک‌های تکتونیکی مانند کشتی‌های عظیمی که از لنگر رها شده‌اند، از کنار یکدیگر می‌لغزند و ساییده می‌شوند. زمین لرزه‌ها در امتداد این مناطق گسلی زمانی ایجاد می‌شوند که تنش کافی ایجاد شود و سپس به‌طور ناگهانی لغزش رخ دهد.

این لغزش‌ها می‌توانند توسط عوامل متعددی که اصطکاک را در یک منطقه گسلی کاهش می‌دهند، تشدید شوند و زلزله شدیدتری رخ دهد. کاهش اصطکاک یک بلوک تکتونیکی را قادر می‌سازد تا زمانی که انرژی آن تمام شود در مقابل دیگری شتاب بگیرد. زلزله شناسان مدت‌هاست بر این باور بودند که این نوع ناپایداری اصطکاکی می‌تواند چگونگی شروع زمین لرزه‌های پوسته‌ای را توضیح دهد. اما ممکن است این تمام ماجرا نباشد.

در مطالعه‌ای که به تازگی در Nature Communications منتشر شد، دانشمندان دپارتمان زمین، جو و علوم سیاره‌ای (EAPS) موسسه فناوری ماساچوست، دریافتند که بلور‌های بسیار ریزدانه در مناطق گسلی می‌توانند مانند سیالات با ویسکوزیته پایین رفتار کنند. این یافته توضیحی جایگزین برای بی‌ثباتی که منجر به زمین لرزه‌های پوسته می‌شود ارائه می‌دهد. همچنین ارتباط بین زمین لرزه‌های پوسته و انواع دیگر لرزه‌هایی که در اعماق زمین رخ می‌دهند، را نشان می‌دهد.

این نانوذرات معمولاً در سنگ‌های محیط‌های لرزه‌ای در امتداد سطح صاف «آینه‌های گسل» یافت می‌شوند. این صخره‌های صیقلی و بازتابنده، نیرو‌های لغزش زمین لرزه‌های گذشته را نشان می‌دهند. با این حال، مشخص نیست که آیا این بلور‌ها باعث ایجاد زمین لرزه شده‌اند یا صرفاً توسط آن‌ها تشکیل شده‌اند.

برای توصیف بهتر نحوه رفتار این بلور‌ها در یک گسل، محققان از یک دستگاه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای استفاده کردند تا سنگ‌های گرانیتی را به ذراتی شبیه ذرات موجود در طبیعت تبدیل کنند. مانند یک ماشین لباسشویی پرقدرت پر از گلوله‌های سرامیکی، این دستگاه سنگ را تا جایی کوبید که تمام بلور‌های آن حدود ۱۰۰ نانومتر قطر داشتند.

پس از بسته‌بندی نانوپودر در استوانه‌هایی به اندازه تمبر پستی که با روکش طلایی پوشانده شده‌اند، محققان مواد را در معرض تنش‌ها و گرما قرار دادند و مینیاتور‌هایی آزمایشگاهی از مناطق گسل واقعی ایجاد کردند. این فرآیند آن‌ها را قادر ساخت تا اثر بلور‌ها را از پیچیدگی سایر عوامل دخیل در یک زلزله واقعی جدا کنند.

محققان گزارش می‌دهند که بلور‌ها در هنگام شروع برش بسیار ضعیف بودند. اما با افزایش سرعت تغییر شکل، نانوبلور‌ها به طور قابل توجهی قوی‌تر شدند. پک، استاد ژئوفیزیک، این ویژگی را که «تقویت سرعت» نامیده می‌شود، با هم زدن عسل در یک شیشه مقایسه می‌کند. هم زدن عسل به آرامی آسان است، اما هر چه سریع‌تر هم بزنید سخت‌تر می‌شود. این آزمایش نشان می‌دهد که چیزی مشابه در مناطق گسلی اتفاق می‌افتد. همانطور که بلوک‌های تکتونیکی از کنار یکدیگر شتاب می‌گیرند، بلور‌ها مانند عسلی که در یک ظرف به هم زده شده است، چیز‌هایی بین آن‌ها را می‌چسبانند.

سان، نویسنده اصلی این مطالعه و دانشجوی فارغ‌التحصیل EAPS، توضیح می‌دهد که یافته‌های آن‌ها در تضاد با نظریه تضعیف اصطکاکی غالب در مورد چگونگی شروع زلزله است. این نظریه پیش‌بینی می‌کند که سطوح یک ناحیه گسل دارای موادی هستند که با شتاب گرفتن بلوک گسل ضعیف‌تر می‌شوند و اصطکاک باید کاهش یابد. نانوبلور‌ها دقیقا برعکس عمل کردند. با این حال، ضعف ذاتی بلور‌ها می‌تواند به این معنا باشد که وقتی تعداد کافی از آن‌ها در یک گسل جمع می‌شوند، می‌توانند باعث زلزله شوند.