MIT’li bilim insanları, laboratuvar ortamında küçük ölçekli “mini depremler” yaratarak, depremlerin gizli enerji dengesini ortaya çıkardı.
MIT’den bilim insanları, depremleri laboratuvar ortamında yeniden yaratarak onların gizli enerji dengesini çözdü. Bulgulara göre, enerjinin yalnızca çok küçük bir kısmı yüzeyde hissettiğimiz sarsıntıya giderken, ezici çoğunluğu ısı olarak açığa çıkıyor. Bu bazen çevresindeki kayaları bir anda eritecek kadar yüksek sıcaklıklar olabiliyor.
Bir deprem aynı zamanda ani bir ısı patlaması ve yer altındaki kayaların ardışık biçimde kırılması (domino etkisi gibi) olaylarını da oluşturabilir. Ancak bu üç sürecin her birine ne kadar enerji harcandığını sahada tam olarak ölçmek son derece zordur, hatta neredeyse imkansız.
MIT’den jeologlar, laboratuvar ortamında kontrollü bir şekilde tetiklenen doğal depremlerin küçük ölçekli benzerleri olan “laboratuvar depremleri”nin (“lab quakes”) açığa çıkardığı enerjiyi izledi. Bilim insanları, ilk kez, bu tür depremlerin tam enerji dağılımını, enerjinin hangi oranlarda ısıya, sarsıntıya ve kırılmaya gittiğini, nicel olarak belirlediler.
Araştırmacılar, bir laboratuvar depreminin çevresindeki materyali eritecek kadar yüksek bir sıcaklık artışı üretebileceğini ve bunu kısa süreliğine sıvı hale getirebileceğini gözlemlediler.
Jeologlar ayrıca, bir depremin enerji dağılımının, bölgedeki önceki deformasyon geçmişine bağlı olduğunu buldular . Bir depremin enerjisinin ısıya, sarsıntıya ve kaya kırılmasına dönüşme oranları, bölgenin geçmişte yaşadığı jeolojik olaylara göre değişebilir.
MIT’nin Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri (EAPS) Bölümü’nden yüksek lisans öğrencisi Daniel Ortega-Arroyo “Deformasyon geçmişi yani kayaların ‘hatırladıkları’ bir depremin ne kadar yıkıcı olabileceğini gerçekten etkiliyor. Bu geçmiş, kayanın birçok malzeme özelliğini etkiliyor ve kaymanın nasıl gerçekleşeceğini belli ölçüde belirliyor.” diyor.
Mikro depremler
Yeni çalışmalarında ekip, fay hattı boyunca kayan kayaları simüle eden küçük laboratuvar depremleri üretti. Çalışmada, depremlerin genellikle başladığı kıtasal kabuğun sismojenik katmanındaki kayaları temsil eden granit örnekleri kullanıldı. Granit önce ince toz haline getirildi, ardından çok daha ince bir manyetik parçacık tozu ile karıştırıldı; bu parçacıklar iç sıcaklık ölçer görevi gördü (parçacıkların manyetik alanı sıcaklık değişimlerine tepki verir).
Araştırmacılar, yaklaşık 10 mm² yüzey alanı ve 1 mm kalınlığında granit örneklerini iki küçük piston arasına yerleştirip altın bir kılıfla sardı. Daha sonra güçlü bir manyetik alan uygulayarak parçacıkları aynı başlangıç yönüne ve manyetik alan şiddetine getirdiler. Bu şekilde ısı artışı, deprem sırasında ortaya çıkan enerjiyi gösterdi.
Hazırlanan örnekler, yerin 10–20 km derinliğinde sismojenik katmanın kayaların maruz kaldığı basınca benzer şekilde, yavaşça artan bir basınç uygulayan özel bir aparata yerleştirildi. Örneklerin uçlarına eklenen piezoelektrik sensörler, uygulanan stresle oluşan sarsıntıyı ölçmek için kullanıldı.
Belirli stres seviyelerinde bazı örnekler kaydı ve mikro ölçekli sismik olaylar meydana geldi. Daha sonra manyetik parçacıklar analiz edilerek, her örneğin geçici olarak ne kadar ısındığı tahmin edildi.
Piezoelektrik sensörlerden ve sayısal modellerden sarsıntı miktarı hesaplandı. Ayrıca, her örnek mikroskop altında incelenerek granit tanelerinin boyut değişimi ve kırılma miktarı değerlendirildi.
Tüm ölçümlerden, ekip her laboratuvar depreminin enerji bütçesini tahmin etti. Ortalama olarak:
Enerjinin yüzde 80’i ısıya, yüzde 10’u sarsıntıya, yüzde 1’den azı kaya kırılmasına veya yeni, küçük parçacık yüzeyleri oluşturmaya gidiyordu.
Ortega-Arroyo, “Bazı durumlarda, fay hattına yakın örnek oda sıcaklığından 1.200 °C’ye mikro saniyeler içinde ulaştı ve hareket durduğunda hemen soğudu. Bir örnekte ise fay hattı yaklaşık 100 mikron kaydı, yani kayma hızı neredeyse 10 m/s idi. Çok hızlı hareket ediyor, fakat kısa sürüyor,” dedi.
Araştırmacılar, benzer süreçlerin gerçek, kilometre ölçekli depremlerde de yaşandığını düşünüyor. Deneyler, kayalarda meydana gelen deprem benzeri kırılmaların fiziğini bugüne kadar en bütünlüklü şekilde gösteren bulguları sunuyor.
Kaynak: Eurekalert
