לראשונה פורסם מודל המסביר רעידות אדמה על – קוליות

במאמר שפורסם בכתב העת Science Advances, הצוות בראשותו של פרופסור ג’אי פיינברג מהאוניברסיטה העברית ובשיתוף פרופ’ דייב קאמר מאוניברסיטת קורנל הציג בפעם הראשונה מודל המתאר את החוקים שעל פיהן ניתן להסביר את הפיזיקה של רעידות אדמה על קוליות

רעידות אדמה ומכניקת השברים

רעידת אדמה מתרחשת כאשר שני לוחות טקטוניים סמוכים (לוחות המרכיבים את קליפת כדור הארץ) נעים אחד ביחס לשני במקביל למשטח המגע בניהם. משום שהשפה של הלוחות איננה חלקה, תנועת הלוחות לא מתרחשת באופן מיידי. למעשה השפה עצמה מחוספסת ואפשר לומר ששני לוחות סמוכים קשורים בדומה לרוכסן. באמצעות מכניקת השברים ניתן להסביר כיצד רעידת אדמה מתרחשת – כדי שתתרחש תנועה יש לגבור על הקשרים שתופסים את הלוחות ומונעים מהם לנוע. ברגע שקיימת מספיק אנרגיה כדי לגבור על קשרים אלו, תנועת הלוחות חותכת את השפה כמו סכין ושוברת את הקשרים.

רעידות אדמה מסווגות לכמה קטגוריות  – רעידות איטיות ומהירות. למעשה תאוצת הלוחות ועוצמת הקשרים משפיעה על עוצמת רעידת האדמה. רעידות איטיות מתאפיינות בתנועה איטית (פחות מקילומטר ביום) של הלוחות הטקטוניים ולכן שחרור האנרגיה יחסית איטית (כך שרעידת האדמה בקוש מורגשת), בעוד שרעידות מהירות (שיכולות לנוע אף מהר ממהירות הקול ונעות כמה קילומטרים בשנייה) עוצמתיות יותר ויכולות לגרום לנזק רב. הרעידות העוצמתיות ביותר הם רעידות על קוליות – שרק גילו את קיומן בשנים האחרונות. על אף שנמדדו רעידות אדמה על קוליות, עדיין לא נמצאה תאוריה המתארת את החוקים שעל פיהן הרעידות מתקיימות.

בשילוב של ניסויי מעבדה וחישובים  תאורטיים ונומריים בפעם הראשונה הצליחו החוקרים  (בעזרת כלים  מתמטיים שפותחו לתאר שבירה) להגיע לתיאור תאורטי מדויק של איך רעידות על-קוליות מתפתחות ומתקדמות ולאמת את התחזיות הללו בניסויי במעבדה. באמצעות מודל זה החוקרים יכולים לדעת מה תהיה מהירות תנועת הלוחות, מתי והיכן תיעצר. תחזיות אלו מתקבלות כאשר ניתן למדוד את “המתח הכלוא” בין שני הלוחות ומאפיינים טבעיים נוספים (למשל החומר ממנו הוא עשויים הלוחות והמדיום המפריד בניהם).

למנוע את הרעידה הבאה

מסתבר שלמחקר זה גם השלכות מעשיות על רעידות אדמה ואולי בעתיד גם למניעתם. הרעיון מגיע מאיזור אוקלהומה בארצות הברית שם נערכים קידוחי נפט רבים. הנפט מאוכסן במאגרים בתוך הקרקעית והאתגר המרכזי הוא למצוא היכן המאגרים נמצאים. ברגע שמתרוקן הנפט מהמאגר, במקום לחפש מהקרקע את המאגר הבא, הקודחים יוצרים לחץ אדיר בחלל הריק ויוצרים סדקים שנוטים להגיע אל מאגרים סמוכים. הסדק מאפשר לנפט לעבור דרכו ולקודחים לשאוב נפט ביתר קלות.

תוצאת לוואי של קידוחים אלו הם רעידות אדמה – הסדקים שנוצרים מהווים טריגר לרעידה הבאה, למזלנו, המתיחות בין הלוחות נמוך והרעידות שנוצרות קטנות. רעיון זה יכול להיות מיושם גם באיזורים נוספים כמו למשל בשבר הסורי אפריקאי או בלוס אנג’לס כדי לשחרר את הלחץ המצטבר בין הלוחות, אך בלי ידיעה ומיפוי הקרקעית קשה לדעת היכן לעורר את הרעידה מחשש שזו עשויה לעורר רעידה עוצמתית, לכן רעיון זה לא באמת מיושם כרגע כאמצעי מניעה. במעבדה לעומת זאת כל המידע נמצא אצל החוקר ובאמצעות מיפוי משטח המגע וחישוב המתחים אפשר לדעת כיצד הרעידה תתרחש, באיזו מהירות והיכן היא תיעצר.

למאמר המדעי

 עוד בנושא באתר הידען:

• חוקרים מהאוניברסיטה העברית מציעים דרך לחזות את מידת החומרה של רעידות אדמה
• פיזיקאים מהאוניברסיטה העברית גיבשו הבנה חדשה על תהליך החיכוך הגורם לרעידות אדמה
• מחקר: מערכות החיזוי וההתרעה מפני רעידות אדמה – אינן יעילות