המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature
מחקר חדש של חוקרים באוניברסיטה העברית בירושלים יוכל לשפר את החיזוי של רעידות אדמה. המחקר העוסק ב”גלי שחרור אנרגיה” (Detachment Fronts) שמעורבים בתהליך החיכוך, שופך אור על חידה מדעית ישנה.
על אף שנושא החיכוך נחקר במשך מאות שנים על ידי חוקרים מוערכים כמו לאונרדו דה-וינצ’י והפיזיקאים צ’ארלס אוגוסטין דה-קולומב והיינריך רודולף הרץ, נותר הנושא מסקרן ועכשווי כפי שהיה לפני 500 שנה. חוקרים עדיין לא הצליחו לפענח את המנגנונים הבסיסיים של החיכוך, כלומר, מה בדיוק קורה כאשר שני משטחים מתחילים להתחכך זה בזה כתוצאה מהפעלת לחץ.
מחקרם של ראש מכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית פרופ’ ג’יי פיינברג, ד”ר גיל כהן והסטודנט שמואל נ’ רובינשטיין תואר במאמר שהופיע בכתב העת Nature תחת הכותרת “גלי התנתקות במעבר לחיכוך דינמי”.
תוך שימוש בטכניקה אופטית חדשה ובפיתוחים שנעשו לאחרונה בטכנולוגיית הצילום המהיר, הבחינו לראשונה החוקרים מהאוניברסיטה העברית כיצד שלושה סוגים שונים של גלי שחרור אנרגיה שולטים בתהליך החיכוך. גלים אלו, הפועלים בתוך שטח בעובי של מיקרונים בודדים (מיקרון = מיליונית המטר) בין משטחים המתחככים זה בזה, נעים במהירויות שונות מאוד. לכל סוג גל תחום מהירויות אופייני לו: הגל האיטי שכמעט אינו מורגש – מהירותו מגיעה עד 10% ממהירות הקול; הגלים הבינוניים שמאפיינים רעידות אדמה – מהירותם מגיעה עד 100% ממהירות הקול; ואילו מהירותם של הגלים העל-קוליים מגיעה עד פי שניים ממהירות הקול.
כדי להבין כיצד מתרחשת רעידת אדמה, תארו לעצמכם שני לוחות המונחים זה על גבי זה בלחץ. כעת הניחו שאתם מעבירים בין שני הלוחות סכין דקה שמנתקת את נקודות המגע ביניהם. אם תעבירו את הסכין תחילה לאט ואחר כך מהר יותר עד לנקודת העצירה, כל אזור שהסכין תעבור בו יחל להתחכך נקודתית. על פי חוקי הפיזיקה, החיכוך מתחיל לאחר ה”התנתקות”. פעולת הניתוק היא היפרדות של נקודות מגע זעירות בין שני משטחים, שבמהלכה מתרחש חיכוך נקודתי ביניהם. תחילה פועלים הגלים האיטיים ההולכים והופכים מהירים יותר. זהו השלב שבו מורגשת רעידת אדמה. החוקרים הראו שהתהליך נשלט בעיקר על ידי שלב הגל האיטי שעד לאחרונה לא ניתן היה למדידה.
“רעידת אדמה מורגשת כתנועה או כהחלקה פתאומית ומהירה של לוחות טקטוניים בתהליך חיכוך”, אומר פרופ’ פיינברג. “הגלים הבינוניים והעל-קוליים הם אלו שאנו חשים בהם, אך בהתבסס על ממצאי מחקר זה, נראה כי למעשה אלו הגלים האיטיים, הלא-מורגשים, שפועלים בקרום כדור הארץ בשלב הראשוני של הניתוק, אשר אליהם עלינו להפנות את תשומת לבנו, ואשר הם ככל הנראה הסממנים המקדימים למה שקרוי בפינו ‘רעידת אדמה'”, מוסיף פרופ’ פיינברג.
נכון להיום, אין יכולת חיזוי לרעידות אדמה כלל. אם התגלית של חוקרי האוניברסיטה העברית תְּיוּשָׂם במדידות תת-קרקעיות של כדור הארץ, ניתן יהיה למנוע במידה מסוימת נזק שקשור
ברעידות אדמה, באמצעות התראות מוקדמות על “ניתוק” צפוי של לוחות כדור הארץ. לממצאים השפעה על מדידה ועל חיזוי של רעידות אדמה, מאחר שקבלת התראה מבעוד מועד תאפשר למזער משמעותית את נזקי הרעש ובמיוחד נזקים נלווים.
“יותר מ-5% מההפסדים הנובעים מפְּחָת (בלאי) ומאיבוד אנרגיה בתעשייה נגרמים בשל חיכוך ויוצרים הפסדים של מאות מיליארדי דולרים בשנה בכל העולם”, אומר פרופ’ פיינברג. “להבנה שהושגה על כללי היסוד של תהליך החיכוך החשוב כל-כך יש השלכות על יישומים מדעיים ותעשייתיים בעתיד. כמו כן צפוי חיסכון כספי לא מבוטל”.
