【物理學家在顯微鏡下把地震】

明道

【物理學家在顯微鏡下把地震】

 

 

在納米級的地震研究

研究人員在美國使用原子力顯微鏡（AFM）放大到納米尺寸，提高我們的知識，在地質斷層線的表面之間的摩擦。

實驗結果表明，化學過程可採取行動的表面粘合在一起 - 這一發現可能導致更好地了解如何被觸發地震。

了解這些表面的相互作用是至關重要的，因為地震造成摩擦沿活動斷層線的不穩定性。

建立沿斷層應力和滑動時，就會發生這種壓力壓垮的摩擦，釋放儲存的能量，觸發地震。

地球物理學家知道相對岩石之間的摩擦增加的表面保持接觸的時間越長。

這被稱為摩擦加強或“老化”，並已觀察到在兩個自然和實驗室的設置。

數量或質量？

兩個相互競爭的理論被提出來解釋摩擦阻力加強。

首先，在岩石界面的接觸點可能會增長，增加面積超過（“塑料抗蠕變”） - 這是被稱為“量”的說法。

二，化學粘合沿斷層可以增加接觸強度 - 這是“質量”的說法。

但是，這些機制是很難研究，因為他們通常會出現一層厚厚的岩石深處。

現在，該小組的物理學家和地質學家也已擺脫了摩擦的加強，從一個納米級的角度考慮問題。

在美國賓夕法尼亞大學的的羅伯特Carpick和他的同事進行了實驗，使用原子力顯微鏡，拖著一個微小的二氧化矽表面的矽尖跨越，以模仿岩石上，岩石摩擦。

二氧化矽的使用，因為它是一個主要組成部分岩石。

尖端與表面之間的摩擦力，發現增加對數與時間約100秒的時間刻度上，所觀察到的宏觀岩相互作用。

然後，研究人員研究了金剛石和石墨的表面之間滑動的矽尖的來源，這加強。由於這兩種材料是化學惰性的，而且不容易與二氧化矽形成債券，任何觀察到的摩擦加強將中的變化所造成的接觸面積，而不是化學鍵合。

數量排除了在納米尺度

結果很有說服力的二氧化矽鑽石和矽石墨界面顯示，幾乎沒有摩擦的加強，從而排除了接觸區域機制。

研究人員得出結論，通過化學鍵，可能是通過在界面上形成矽氧烷（Si-O-Si鍵的）債券的二氧化矽二氧化矽加強，必須引起。

現在，大多數地震的模型是經驗性的，而不是預測，說：Carpick。

這增加了一個一塊拼圖，我們認為這是一次非常重要的，因為它提出了一個具體的機制，包括在模型摩擦：化學粘合在接口。

隨著納米實驗，新的見解可以被獲得，有以前一直難以捉摸。

雖然化學鍵合佔摩擦老齡化對納米級，這個機制是否能夠完全解釋現實世界中的宏觀岩石的過程，還有待觀察。

哪個過程佔主導地位？

這些結果表明，是佔主導地位的化學相容性的表面進行化學鍵合，而其他的結果清楚地表明，接觸面的數量起著關鍵的作用，周杰倫Fineberg拉卡物理研究所在耶路撒冷告訴physicsworld.com。

我懷疑這兩種效應在起作用，這些佔主導地位很可能將取決於任何兩個接觸面是如何反應的。

在任何情況下，這些都是重要的問題，仍然需要被理解，他補充說。

Carpick同意，化學鍵合可能不是唯一貢獻者。

在宏觀層面上，材料之間的接口是非常複雜的，我們不排除其他機制（如經濟增長的接觸面積），但我們化學鍵應包括一種機制，在任何全面的分析，他說。

那麼，我們如何能更好地了解這兩種機制的相對貢獻？

我們需要在更高的應力，和較高的溫度，地質系統中，涵蓋了條件，說：Carpick。

我們可能會看到塑性蠕變在這些較高的壓力和溫度下，但也可能增加的化學鍵合。

這項研究是描述自然。

關於作者

詹姆斯·勞埃德是一個總部設在英國的科普作家

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2011/nov/30/physicists-put-earthquakes-under-the-microscope