רעידת אדמה מחקרית

מחקר שנערך באוניברסיטה העברית, שפורסם באחרונה בכתבי העת Science ו-Wired, העלה כי הכוחות המופעלים על נקודות המגע בין המשטחים יכולים להיות חזקים יותר, עד פי חמישה ממה שחזה מקדם החיכוך, לפני שהמגעים ביניהם ישברו והמשטח העליון יחל להחליק

חוקרים מהאוניברסיטה העברית הצליחו בניסוי במעבדה לערער את התפיסה הרווחת בפיזיקה בנוגע לתהליכים שמתרחשים בזמן רעידת אדמה. לממצאי המחקר השלכות מרחיקות לכת על הבנת תהליך רעידת האדמה ובעתיד ייתכן שהממצאים יאפשרו לחזות רעידות אדמה קשות מבעוד מועד.

החוקרים – פרופ' ג'יי פינברג, ד"ר גיל כהן ותלמיד המחקר עודד בן-דוד ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית – ערכו במעבדתם ניסוי שדימה התרחשות רעידת אדמה קטנה והדגימו דרכו כיצד הנחות שהיו מקובלות בתחום הפיזיקה במשך מאות שנים, בהם חוקים שתוארו לראשונה על ידי לאונרדו דה-וינצ'י במאה ה-15, אינן תקפות לתיאור של רעידות אדמה. "במשך מאות שנים סברו פיזיקאים שכמות הכוח הדרושה למשל לגרום לספר להחליק על שולחן נקבעת ע"י "מקדם החיכוך" – מספר המבטא את יחס הכוחות בין שני משטחים המחליקים אחד על גבי השני" מסביר עורך המחקר פרופ' פינברג. "גילינו כי חוקים אלו אינם רלוונטיים כאשר מנסים להחיל אותם כדי לנבא את תנועתן של נקודות מגע הנמצאות לאורך שני המשטחים."

בניסוי, לחצו החוקרים שני משטחים אחד כלפי השני ובדקו מה קורה בדיוק ברגע שבו הם מתחילים להחליק אחד על גבי השני. באמצעות חיישנים רגישים מדדו החוקרים את המאמץ שהופעל על המשטחים ועל ידי שילוב של מערכת לייזרים ומצלמה מהירה עקבו אחר נקודות החיכוך בין המשטחים. למרות שבעין בלתי מזוינת נראה שהמשטחים נוגעים אחד בשני לאורך כל נקודות המפגש ביניהן, למעשה משטחי מגע תמיד מחוספסים ומגע אמיתי ביניהם מתרחש רק בנקודות מגע מיקרוסקופיות מעטות יחסית.

המחקר, שפורסם באחרונה בכתבי העת Science ו-Wired, העלה כי הכוחות המופעלים על נקודות המגע בין המשטחים יכולים להיות חזקים יותר, עד פי חמישה ממה שחזה מקדם החיכוך, לפני שהמגעים ביניהם ישברו והמשטח העליון יחל להחליק.

לדברי פרופ' פינברג, תוצאות הניסוי מדמות בזעיר אנפין את מה שקורה ברעידת אדמה במציאות. "שבירת המגעים בין המשטחים במעבדה מדמה תנועת לוחות טקטוניים שמתרחשת בזמן רעידת אדמה. בניסוי יכולנו לצפות כיצד הרעידה מתפתחת ולמדוד את כל המשתנים הרלוונטיים באופן שלעולם לא נוכל להבחין בהם מתחת לפני אדמה".

החוקרים מצאו עוד כי נקודות המגע נשברות דרך סוגים שונים של גלי השבירה. גלי השבירה הללו הם, למעשה, רעידות אדמה. החוקרים גילו כי רעידות אדמה קיימות בשלושה מצבים שונים מהותית: גלי שבירה איטיים הנעים במהירות נמוכה בהרבה ממהירות הקול, גלי שבירה הנעים במהירות הקול וגלי שבירה "סופר מהירים" הנעים במהירות גבוהה ממהירות הקול. במחקרם, גילו החוקרים שסוגי גלי השבירה נקבעים על פי כמות האנרגיה שאגורה לאורך משטח המגע של הלוחות. המהירות שנמדדה במעבדה מספקת אמת מידה הן למידת האנרגיה שתשוחרר ברעידת אדמה ממשית והן לדרך וקצב שחרורו. למשל, גלי שבירה איטיים יכולים לשחרר אנרגיה המקבילה לכמות האנרגיה המשתחררת ברעידת אדמה הרסנית ביותר – אך כמעט בלי שתהיה מורגשת. מאידך, גלי שבירה על-קוליים יכולים להיות הרסניים הרבה יותר מרעידה "רגילה".

אמנם לא ניתן עדיין לערוך מדידה מדויקת של הלחצים הנוצרים לאורך השבר בין הלוחות, אך המחקר הנוכחי מציג סימולציה של הלחצים המתרחשים כשרעידת אדמה מתקרבת, ואת האופן שבו רעידת אדמה אחת יכולה להכין את התנאים לרעידה הבאה. "לממצאים השלכות רבות בתחום הפיזיקה וכן על יכולת החוקרים להבין כיצד מתרחשות רעידות אדמה, כמה התפתחותן עשויה להיות חמורה לאורך קו השבירה ולבסוף לספק יכולת ניבוי חסרת תקדים בהערכת מצב השבר והיקפה של רעידת אדמה עתידית" מסכם פרופ' פינברג.