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地震是由于地壳的能量突然释放,导致地表的震动。震级标准用国际通用的里氏分级表测量,有些震级能使屋顶的砖瓦掉落在地,有些威力大地足以将建筑物夷为平地。

地震比火山喷发更难监测。科学家借助如激光束等工具来检测板块运动,或者使用地震仪测量地球表面的振动。

现在,一项发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的新研究取得突破,来自宾夕法尼亚大学的科学家相信,他们对为什么发生地震有了新见解,而这能帮助预测哪里可能会发生地震。

老化

这一切都归结于一种称为老化的现象,反映物体接触时间的长短。一般情况下,接触时间越长,移动它们的力就要更大。这种阻力称为静摩擦力,它会积聚在断层——这是地震发生的地方。实际上地震的发生取决于断层稳定性,而不是取决于岩石的强度。

科学家表示,这种老化机制与导致地震的断层不稳定性之间关系密切。一般而言,断层是分隔地壳部分的碎岩薄区。地壳受力发生断裂,岩块沿破裂面两侧发生显著相对位移,此时就出现了地震。

断层之间的摩擦力随着时间的推移而变大,由此积聚了大量的应力。这意味着当断层移动时,会释放大量的能量,导致大地震的发生。如果断层没有老化,那么断层会很容易移动,由此产生的地震往往不强,或者甚至只是平滑运动。

然而,老化会导致罕见的毁灭性大地震。

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断层

把观测尺度缩小

该团队希望从更小的规模上,来理解岩石之间的摩擦力。虽然科学家已断层和老化几十年,但一直缺乏相关理论与模型,他们观测的是宏观尺度,而非纳米级的岩石。具体来说,宏观尺度看的是一整块岩石,而纳米尺度看的是原子。从先前研究结果可知,材料接触的时间延长10倍,移动它们的摩擦力就要增加一倍。

在这项新研究中,科学家通过使用原子力显微镜,在材料上施加不同的力,然后观测发生的位移。之后,研究人员又将其放在地板上,过一会儿再去滑动它,测量需要用多大力度才能移动它。

实验结果表明,摩擦力随时间的推移而增大,因为更多化学键形成了。

目前,该团队正在研究当时间缩短甚至短于十分之一秒时,摩擦力的大小情况。这可以帮助理解物体开始接触时将会发生什么,并且可能有助于人类预测地震将在何时、何地发生。

研究人员表示,这也使我们对老化背后的机制有更深入的了解,从长远来看,我们认为这些现象可以帮助我们更好地预测地震以及其他摩擦现象。