חימר חלקלק שנראה כמו עור דרקון שחור קשקשי הוא הרמז המכריע הדרוש כדי להסביר את ההשפעה המפתיעה של רעידת האדמה ביפן ב-2011, לפי שלושה מחקרים שפורסמו ביום חמישי בכתב העת Science.

למדענים יש כעת ארבע קווי ראיות (כולל מחקר בפברואר 2013 שפורסם גם ב-Science) שעוזרים להסביר מדועהשבר יפן שיצר רעידת אדמההתנהג בצורה כל כך מוזרה במהלך הטמבלור של 2011.

"נראה שהתנגדות החיכוך במקום הזה מתקרבת לאפס, ומעולם לא באמת חשבנו שהיא יכולה לרדת כל כך נמוכה", אמר פטריק פולטון, גיאופיזיקאי מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז והמחבר הראשי של אחד המחקרים. "זה בהחלט מספק רעיונות חדשים ומאתגר את ההבנה שלנו לגבי רעידות אדמה וקרעי תקלות".

החימר, שמתנגד להחליק רק מעט טוב יותר מקליפת בננה, מצפה את החלק הרדוד של שבר הגבול המסיבי מול החוף של יפן, שם קרקעית הים קפצה מזרחה ב-165 רגל מדהים ב-11 במרץ 2011. הנחשול העצום העניק לאוקיינוס סטירה ענקית, מחוללת אתצונאמי הרסנישהרג יותר מ-15,000 איש.

צוות מדעי בינלאומי שחזר את החימר במאי 2012, במהלך פרויקט הקידוח הראשון אי פעם על פני אזור ההפחתה שנשבר לאחרונה. מזרחה ליפן, שניים משברי הקרום המסיביים של כדור הארץ, הנקראים לוחות טקטוניים, מתנגשים זה בזה בגבול הנקרא אזור סובדוקציה - היכן שהלוח השקט גולש, מוחה ונאנח, מתחת ללוח אוחוטסק. רעידות האדמה הגדולות בעולם (אלה החזקות מדרגת 9) פוגעות באזורי ההפחתה.

תקלה פגומה

הסמל רעידת אדמההיה בעוצמה של 9.0, אבל זה היה כמו שום רעידת הפחתה שלא נראתה מעולם. לפני רעידת האדמה של 2011, מדענים חשבו שאזורי ההפחתה ריכזו את האנרגיה שלהם עמוק, שם סלעים חזקים ולוחות יכולים להיצמד זה לזה בין רעידות רעידות. (תקלות אוגרות אנרגיה בין רעידות אדמה כמו מעיינות, נלחצות לאט עד שהגבול משתחרר והכל מתפרק.) אבל סערת הטוהוקו הייתה הפתעה - החלק הרדוד של השבר זז פי שניים מהחלק העמוק יותר. הסלעים הרכים והבוציים הללו היו צפויים להיות חלשים מכדי לאגור אנרגיה בין רעידות אדמה.

"מעולם לא ראינו החלקה כה גדולה מתרחשת בעומק רדוד מאוד באזור ההפחתה", אמר פולטון ל- OurAmazingPlanet של LiveScience. "זה לא נשמע".

המחקרים של היום מסיקים שהחימר מעור הדרקון היה החוליה החלשה של רעידת האדמה. החימר החלקלק עזר לצלחות להחליק עד כה במהלך הטמבלור של 2011.

"כל התנועה הטקטונית התרכזה בשכבה החלשה הזו", אמרה כריסטי רו, מחברת שותפה למחקר וגיאולוגית תקלות באוניברסיטת מקגיל בקנדה.

ומכיוון ששכבת החימר היא סמן ייחודי שנמצא קבור על פני קרקעית הים הצפון-מערבית של האוקיינוס ​​השקט, מדענים חוששיםאזורי הפחתהליד אלסקה ורוסיה עשויות גם להסתיר את החימר הזה. אם כן, הפוטנציאל שלהם לצונאמי חזק יכול להיות גדול ממה שחשבו.

"אנחנו חושבים שאזורים אחרים נמצאים בסיכון לאירוע מסוג זה, כמו קמצ'טקה והאלאוטים", אמר רו. "זו מחשבה מפוכחת."

מבט ראשון

רו היה אחד מיותר מ-20 מדענים על הסיפוןספינת המחקר Chikyuכאשר הם קדחו בהצלחה לתוך החימר, שלדעת החוקרים קוים את התקלה האחראית לרעידת האדמה ב-2011. הקודחים חדרו דרך יותר מ-2,700 רגל של קרקעית הים ו-4 מיילים של אוקיינוס ​​כדי להגיע לתקלה.

לפי סקרים סיסמיים, השבר בשלושת אתרי הקידוח שטוח יחסית; צורה קלאסית שגיאולוגים מכנים דקולמנט, מדווחים המחקרים. (השבר בגבול הלוחות נמשך למעשה לאורך מאות קילומטרים, צולל לתוך מעטפת כדור הארץ מתחת ליפן.)

כאשר החימר הקשקשים המסמן אתגבול צלחתתקלה הופיעה על הסיפון, מדענים התאספו סביב והציצו בה דרך מעטפת פלסטיק, מחייכים למראה. מאוחר יותר, במעבדות הספינה, חוקרים פשוט בהו בו ביראת כבוד במשך זמן מה לפני שחילקו דגימות, אמר רו.

"זה היה סופר מרגש", אמרה. "ידענו שחצינו את גבול הצלחת".

ככל הנראה עובי החימר המבריק הוא פחות מ-16 רגל - החלק העליון והתחתון אבדו בשליפת הליבה - והשכבה מחליפה צבע קדימה ואחורה משחור לאוקרה. המרקם הקשקשי נפוץ בחימר מעונה סיסמית. זה כל כך חלקלק שזה מרגיש כמו חומר סיכה, אמר רו.

בדיקות מעבדה שנערכו באוניברסיטת צוקובה ביפן, בראשות מדען המחקר Kohtaro Ujiie, מאשרות אתחימר חלש תחת לחץ.ניסויים אלו דימו סוגים שונים של רעידות אדמה, כמו קטנות, בינוניות וגדולות. המחקר גילה שהחימר הופך אפילו יותר חלקלק כשהוא רטוב וחשוף לחיכוך קיצוני, כמו במהלך רעידת 2011, דיווח Ujiie ב-Science.

כמה חם היה?

מדידה מרכזית נוספת שאישרה את השבר הרדוד היה חלקלק וחלש במהלך רעידת האדמה של 2011 הייתה בדיקת הטמפרטורה של הצוות. לאחר סיום דגימת הסלע, התקינו קודחים חיישני טמפרטורה בקידוח על פני התקלה, אשר נאספו לאחר מכן על ידי רכב המופעל מרחוק לאחר תשעה חודשים.

חיכוך במהלך רעידות אדמה מייצר כמויות אדירות של חום בתקלות, בדיוק כפי ששפשוף הידיים יוצר חום. רעידת טוהוקו הייתה חמה מכיוון שהיא החליקה עד כה, ויצרה חריגת חום שיורית של פחות מ-0.5 מעלות פרנהייט, דיווח פולטון.

אות החום מתורגם למקדם חיכוך סטטי של 0.08, על פי הדמיות מחשב - זהה לצמיגי רכב על כביש קפוא או גדול ב-0.01 מנעל גומי שדורכת על קליפת בננה. (המקדם שלחיכוך סטטיהוא מדד לכוח הדרוש כדי לגרום לאובייקט לנוע.)

"זהו מספר ממש ממש קטן - הרבה פעמים פחות ממה שחשבנו בדרך כלל שלרוב הסלעים יש מקדם חיכוך של [כגון 0.6], וזה אומר לנו שלתקלה הייתה התנגדות קטנה מאוד עד אפסית במהלך רעידת האדמה", פולטון. אמר. "זה היה מאוד חלקלק".

נתוני החיכוך הללו יהיו חלק חידה קריטי בהבנה טובה יותר של רעידות אדמה, אמר. זוהי אחת ממדידות החיכוך הישירות היחידות שהתקבלו אי פעם מתקלה לאחר רעידת אדמה.

"התנגדות חיכוך על תקלות היא פרמטר בסיסי השולט כיצד רעידות אדמה מתחילות ונעצרות, וגדלות לרעידות אדמה ענקיות", אמר פולטון. "כולנו בעניין של לנסות לדעת יותר עלפיזיקה של רעידות אדמהולחזות אותם אם אפשר. כדי לעשות זאת, עלינו לדעת מה שולט כיצד רעידות אדמה מתעצמות וכיצד הן מתחילות ונעצרות. זה מציב מגבלה על זה, והוא חלק מהמדידות הראשונות והאמיצות של הפרמטרים הללו, במיוחד באזור ההפחתה".

למה כל כך חלש?

המחקרים מוסיפים ראיות נוספות לגוף הולך וגדל של מחקרים לכך שהתקלות עשויות להיחלש מאוד כשהן מחליקות במהירויות גבוהות מאוד, אמר פולטון. התנהגות זו נראתה בניסויי מעבדה עם סלעיםמאזורי תקלה, והדמיות ממוחשבות. עם זאת, הוצעו מודלים חלופיים כדי להסביר את ההתנהגות החריגה של רעידת האדמה בטוהוקו.

"ממצאי [פרויקט הקידוח] מקרבים אותנו לקביעה איזו מהשקפות הללו נכונה", כתבה קלין וואנג, גיאופיזיקאית מהמכון הגיאולוגי של קנדה שלא היה מעורב במחקר, בפרשנות על המחקרים, שפורסמה גם היום. במדע.

המחקרים הם רק הראשונים מבין רבים שהגיעו מפרויקט הקידוח. מדענים מנתחים שכבות מאובנים ואפר מליבת הקידוח כדי לתאם את הסלעים עם שכבות במקומות אחרים באוקיינוס ​​השקט. פרויקט נוסף כולל מדידת השפעות של רעידות משנה על התקלה, דרך הקידוח המשמש לניטור הטמפרטורה. החוקרים מתכננים גם לחפש את חימר עור הדרקון באזורי ההפחתה האחרים, ולדגמן כיצד הוא משנה את התנהגותו עמוק יותר באזור ההפחתה של יפן. לבסוף, יש תוכניות להשוות את תוצאות החיכוך לפרויקטים אחרים של קידוח תקלות בקוסטה ריקה, סין וטייוואן.

ומדענים עדיין צריכים להבין כיצד החימר החלש מעור הדרקון יכול לאגור אנרגיה סיסמית בין רעידות אדמה, או אם מנגנון אחר פועל.

"היו הרבה שיחות וויכוחים, בגלל שהחימר כל כך חלש שאי אפשר לדמיין שהוא בונה הרבה מתח אלסטי כדי להניע רעידות אדמה", אמר רו. "במאה ה-21 היו לנו פחות מ-10 רעידות אדמה בעוצמה של 9, וכל אחת מלמדת אותנו משהו חדש לגמרי".

[wp_scm_comment]