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工程师在巨大压力下融化岩石–科学！[视频]

时间：2022-03-22 12:25:07 来源：

研究人员在高速施加巨大压力的情况下使圆盘相互扭曲，以模拟断层线上地震期间发生的情况。Duke工程师的新模型是第一个可以准确再现摩擦量如何随岩石滑移速度的增加和岩石经历相变而减少的模型。

“融化岩石”模型预测随着岩石以更快的速度滑过彼此时，摩擦力下降的地震的机械起源。

杜克大学的工程师设计了一个模型，可以预测多种岩石的早期力学行为和地震起源。该模型为无法观测的现象提供了新的见解，这些现象在令人难以置信的压力和温度下发生在地球表面以下几英里处，并且可以帮助研究人员更好地预测地震-甚至至少从理论上讲，试图阻止地震。

结果于2020年1月17日在线发表在《自然通讯》杂志上。

杜克大学土木与环境工程研究科学家Hadrien Rattez说：“地震起源于地下深处的断层线，极端条件会在这些断层线之间发生化学反应和相变，从而影响岩石之间的摩擦。”“我们的模型是第一个可以准确再现摩擦量如何随岩石滑移速度的增加以及所有这些机械现象的释放而减小的模型。”

研究人员在高速施加巨大压力的情况下使圆盘相互扭曲，以模拟断层线上地震期间发生的情况。Duke工程师的新模型是第一个可以准确再现摩擦量如何随岩石滑移速度的增加和岩石经历相变而减少的模型。

三十年来，研究人员已经制造出了通过将两个岩石圆盘相互推压和扭转来模拟断层情况的机器。这些实验可以达到的最高压力为每平方英寸1450磅，每秒的速度为一米，这是最快的地下岩石可以移动的速度。对于一个地质参考点，太平洋构造板块的移动速度约为每秒0.00000000073米。

杜克大学土木与环境工程学助理教授Manolis Veveakis说：“就地面运动而言，每秒1米的速度实在令人难以置信。”“请记住，摩擦是抵抗的代名词。因此，如果电阻降为零，则对象将突然移动。这是地震。”

在这些实验中，岩石表面要么开始变成某种凝胶，要么开始融化，从而降低了它们之间的摩擦系数并使它们的运动更容易。众所周知，随着这些岩石相对于彼此的速度增加到每秒一米，它们之间的摩擦力就像一块岩石一样下降，无论哪种类型，您都可以说。但是直到现在，还没有人创造出可以准确再现这些行为的模型。

在本文中，Rattez和Veveakis描述了一种计算模型，该模型考虑了故障运动期间发生的所有复杂机械过程的能量平衡。它们结合了所有类型的岩石所共有的由热引起的减弱机制，例如矿物分解，纳米颗粒润滑和随着岩石经历相变而熔化。

在运行所有模拟之后，研究人员发现，他们的新模型可以通过对所有可用岩石类型（包括岩盐，硅酸盐和石英）进行的实验来准确预测与整个断层速度范围相关的摩擦力下降。

由于该模型适用于多种不同类型的岩石，因此它似乎是可以应用于大多数情况的通用模型，可以揭示有关地震起源的新信息。尽管研究人员无法完全重现断层的状况，但像这样的模型可以帮助他们推断出更高的压力和温度，以更好地了解断层向地震的发展趋势。

拉特兹说：“该模型可以为我们通常无法理解的观测提供物理意义。”“它提供了许多有关所涉及的物理机制的信息，例如不同相变所需的能量。”

Veveakis说：“我们仍然无法预测地震，但是，这类研究是我们必须采取的必要步骤。”“从理论上讲，如果我们可以干扰故障，我们就可以跟踪故障的组成并在故障变得不稳定之前进行干预。这就是我们对山体滑坡所做的工作。但是，当然，断层线位于地下20英里处，我们目前没有钻探能力。

参考：Hadrien Rattez和Manolis Veveakis在2020年1月17日发表于Nature Communications。的“弱相生产和热量产生控制了地震滑动过程中的断层摩擦”。
10.1038 / s41467-019-14252-5

这项工作得到了美国国家科学基金会（EAR-1033462）和美国地质调查局（G12AC20038）的南加州地震中心（118062196）的支持。


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