Un período de movimiento lento y progresivo sin sacudidas puede ser un preludio necesario para terremotossugiere un nuevo estudio.
La investigación, que trataba sobre los fundamentos de cómo se rompen los materiales, se centró en las grietas que serpentean a través de láminas de plástico en un laboratorio. Pero los experimentos revelaron algo de física básica sobre cómo funcionan las fracturas, en particular cómo una acumulación de fricción en la interfaz de dos cuerpos se transforma en una ruptura repentina. Y esos hallazgos se aplican a los terremotos del mundo real, afirmó el autor del estudio. Jay Finebergfísico de la Universidad Hebrea de Jerusalén.
«El material que compone las placas de contacto no importará», dijo Fineberg a WordsSideKick.com. «En ambos casos se produce el mismo proceso físico: el resorte explosivo de las placas dobladas se libera de la misma manera».
Los terremotos se forman cuando dos placas tectónicas que se mueven una contra otra se atascan, lo que permite que la falla acumule tensión. «Las placas están cada vez más estresadas por las fuerzas que intentan moverlas, pero están atrapadas en la parte frágil de la interfaz que las separa», dijo Fineberg. Esta sección frágil, que no se deforma ante la tensión, tiene un espesor finito y es la que se rompe durante un terremoto.
«El proceso de fractura no ocurre de repente. Primero, es necesario crear una grieta», dijo Fineberg. Cuando esa grieta alcanza los límites de la interfaz frágil, esa grieta se acelera rápidamente a velocidades cercanas a la velocidad del sonido. Eso es lo que hace temblar la tierra.
«La pregunta es ¿cómo crea la naturaleza la grieta que luego se convierte en un terremoto?» Fineberg.
Fineberg y sus colegas investigaron la cuestión con una combinación de matemáticas teóricas y experimentos de laboratorio. En el laboratorio reproducen fracturas similares a terremotos con bloques hechos de un termoplástico llamado polimetacrilato de metilo, más conocido como plexiglás. Los investigadores sujetan láminas de plexiglás entre sí y aplican una fuerza de corte, o lateral, similar a las encontradas en una falla de deslizamiento como la de Califonia. Falla de San Andrés. Aunque los materiales son diferentes, la mecánica de la fractura es la misma.
Una vez que comienza una grieta, actúa como una línea unidimensional que atraviesa el material. Fineberg y su equipo había mostrado previamente Sin embargo, antes de que se forme la grieta, el material desarrolla una especie de fase precursora llamada frente de nucleación. Estos frentes de nucleación (las semillas de las grietas) se mueven a través del material, pero mucho más lentamente que las grietas estándar. No estaba claro cómo esta semilla podría convertirse rápidamente en una fractura de rápido movimiento.
Fineberg y sus colegas estaban perplejos acerca de cómo podría ser esto. Con una combinación de experimentos de laboratorio y cálculos teóricos, se dieron cuenta de que necesitaban una actualización matemática: los frentes de nucleación deben modelarse en 2D, no en 1D.
En lugar de pensar en una grieta como una línea que separa el material roto del intacto, dijo Fineberg, imagine la grieta como un parche que comienza dentro del plano donde se unen dos «placas» de plexiglás. La energía que se necesita para romper el material nuevo en el borde del parche está relacionada con el perímetro del parche: a medida que el perímetro crece, también aumenta la energía que se necesita para que el material nuevo se agriete.
Eso significa que el parche se mueve lentamente y aún no causa una fractura rápida que crearía las ondas sísmicas y el movimiento de sacudida posterior asociado con un terremoto. Mientras que la rápida aceleración de una grieta estándar libera energía cinética en el material circundante, el movimiento lento del parche inicial no libera ninguna energía cinética en su entorno. Por ello, su movimiento se conoce como “asísmico”.
Sin embargo, con el tiempo, el parche se expande fuera de la zona frágil donde se unen las dos placas. Fuera de esta zona, la energía necesaria para romper material nuevo ya no crece con el tamaño de la región rota y, en lugar de un equilibrio de energía, ahora hay un exceso de energía que necesita ir a algún lugar.
«Esta energía adicional provoca ahora el movimiento explosivo de la grieta», dijo Fineberg.
Los hallazgos, publicados el 8 de enero en la revista Naturaleza«Muestran cómo un lento avance antes de una grieta puede convertirse rápidamente en un terremoto», dijo. En teoría, si se pudiera medir el movimiento sísmico antes de una ruptura (en una falla, por ejemplo, o incluso en un objeto mecánico como el ala de un avión), sería posible predecir una ruptura antes de que ocurra. Esto puede resultar complicado en fallas del mundo real, muchas de las cuales sufren fluencia sísmica durante largos períodos de tiempo. sin soltar ningún terremoto.
Sin embargo, Fineberg y su equipo ahora intentan detectar signos de transición de asísmicos a sísmicos en sus materiales de laboratorio.
«En el laboratorio, podemos observar cómo se desarrolla esta cosa y podemos escuchar los ruidos que hace», dijo Fineberg. «Así que tal vez podamos descubrir lo que realmente no se puede hacer en una falla real, porque no se tiene información detallada sobre lo que hace un terremoto hasta que explota».
