Größten Geheimnisse: Was passiert im Inneren ein Erdbeben?

Anmerkung der Redaktion: Baten wir mehrere Wissenschaftler aus verschiedenen
Felder, was sie dachten, waren die größten Geheimnisse heute, und dann werden wir
ein paar, die auch in unseren Köpfen wurden hinzugefügt. Dieser Artikel ist eine von 15 in
LiveScience des "Größten Geheimnisse" Serie läuft jeden Wochentag.

Trifft eine ansehnliche Erdbeben, können Experten erklären genau, wo alles begann und welche Art der Störung beteiligt ist und vielleicht sogar Vorhersagen, wie lange Nachbeben dauern werden. Aber die seltsame Wahrheit ist, dass Seismologen und Geophysiker sind ziemlich unsicher was passiert im Inneren des Planeten, während ein Beben.

Erdbeben-Physik hat eine Revolution im vergangenen Jahrzehnt durch neue Erkenntnisse aus Laborexperimente, Feldstudien exhumiert und bessere Theorien gegeben.

Aber die Natur und das Verhalten der Kräfte, die verhindern, dass Störungen bewegt und dann plötzlich nicht sind noch unbekannt.

Und wenn Fehler bewegen, etwas fehlt – es gibt wenig bis keine Beweise für die extrem hohe Reibung und schmelzen, die erwartet, ist oberirdisch zu folgen, wenn zwei riesige Felsen gegeneinander geschoben.

"Es gibt viele Gründe zu glauben, dass etwas Exotisches geschieht," sagte Caltech Geophysiker Tom Heaton.

"Das Problem der Reibungs gleiten in Erdbeben eines der grundlegendsten Probleme in der Erde Wissenschaft", sagte Heaton. "Es war eine 30-jährige Kriminalroman herauszufinden, die grundlegende Physik der Erdbeben-Problem."

Sanfte Erdbeben

Die meisten Erdbeben passieren, wo tektonische Platten treffen und gegeneinander gleiten. Beben auftreten, überschreitet die kraftschlüssige Spannung der Bewegung die Stärke der Felsen, eine Störung an einer Bruchlinie verursacht. Gewaltsame Vertreibung der Erdkruste folgt, führt zu einer Freisetzung von elastische Dehnungsenergie. Diese Energie hat die Form von Stoßwellen, die Strahlen und konstituieren ein Erdbeben.

Eines der seltsamsten Dinge über Erdbeben wie sanft sind, sagte Heaton.

Zum Beispiel dachten einige Wissenschaftler sie herausgefunden hatte, wie Mini-Erdbeben im Labor zu simulieren. Aber wenn sie die Energien im Labor, um die Größe der realen Störungen beobachtet vergrößern, würde das Modell Vorhersagen, umfangreiche Schmelzen auf Fehler. Und solche Modelle Vorhersagen Verwüstung weit über das hinaus, was, mehr als 500 Menschen in dieser Woche in Peru, mehr als 80.000 Menschen in der 2005 Pakistan Quake oder mehr als ein Viertel der 1 Million Menschen im Jahr 2004 Erdbeben vor der Küste von Sumatra getötet.

"Erdbeben so heftig, dass kein Lebewesen überleben könnte das schütteln würde," sagte Heaton.

Daher hat niemand etwas in der Nähe ein echtes Erdbeben tatsächlich noch simuliert.

Ein Computer-Design-problem

Die Simulation Problem liegt teilweise in der Tatsache, dass es sehr schwer, Lab-Computern die Umweltbedingungen zu generieren, die Meilen unter der Erde bei einem Erdbeben auftreten – einschließlich hoher Belastung, Hochdruck, erhöhten Temperaturen und ein Schlupfes der über ein Yard pro Sekunde (über das Tempo, in dem wir zu Fuß).

David Goldsby und seine Rock-Mechanik-Kollegen an der Brown University wurden Maschinen entwickelt, die die hohen Belastungen des Temblors Rock Proben anwenden können, damit die Geophysiker Reibung in der Tiefe studieren können.

"Wir haben normale Belastungen so hoch wie während der gesamten Seismogene Zone der Erdrinde, etwa 10 Kilometer in die Tiefe, [6 Meilen] auftreten anwenden können", sagte er.

Das ist unglaublich beeindruckend und wichtig für die Erdbeben-Wissenschaft, aber es lässt immer noch viele Fragen offen, denn was passiert im Inneren der Erde so seltsam in Größe und Physik ist.

"Kein Gerät der Welt noch in der Lage alle diese Kriterien erfüllen", sagte Goldsby.

Normale Reibung

Oberirdisch ist Reibung eine stetige, hartnäckige Kraft die Bewegung entgegensetzt. Reibung erzeugt Wärme, wie Menschen mit kalten Händen wissen und steigt mit dem Stress Sie auf Objekte setzen. So sollte die Hitze auf Fehler bei der Schiebetüren mit Tiefe in der Erde erhöhen. Die Felsen sollte auf jeden Fall schmelzen, wo sie sich treffen.

Aber unter der Erde, bei Erdbeben, zwei große, harte, Gewicht unter Druck Rock Platten gleiten vorbei oder unter einander. Und nichts schmilzt. In der Regel.

Das ist seltsam. Es könnte sein, weil die Reibung und somit die Hitze viel niedriger sind, als Sie, von Felsen über dem Boden erwarten würden, Goldsby sagte.

Erdbeben-Reibung funktioniert folgendermaßen, Heaton sagte: es beginnt hoch wenn es wenig bis keine Bewegung gibt; dann stürzt Reibung auf Null, da die Felsen schnell bewegen; dann geht Reibung zu hoch wieder, wenn die Felsen verlangsamen.

Das seltsame Verhalten der Reibung bei einem Erdbeben der Grund gibt es wenig sein könnte bis kein schmelzen, sagte Goldsby. Wenn die Reibung gering ist, wenn die Felsen schnell bewegen, dann viel weniger Wärme entsteht und keine nachweisbaren schmelzen auftritt.

Vielleicht ein anderen Mechanismus greift bevor die Felsen zu ihrer Schmelzphase, sagte Heaton.

Eine Erklärung ist "Flash-Heizung." Fehler sind im Ort durch sehr hohe Kräfte stecken. Sobald Fehler Rutschen, starten wenn sie schnell genug gleiten, werden sie extra glatt an mikroskopischen Kontaktstellen wie Skater auf Eis. Wird Wärme erzeugt, aber das Ergebnis ist ein Null-Reibung, Hochtemperatur-gepolsterte Blitz des Lichtes oder überhitztem Gas, Plasma, das ergibt sich keine nachweisbaren geschmolzene Material genannt, sagte Heaton. Wenn die Fehler verlangsamen, halten sie wieder fest.

Eine weitere Idee ist, dass unter Druck stehendem Wasser in den Felsen in einen Zettel den Stress auf die Störung und damit die Reibung verringern könnte, sagte Goldsby. Fehler möglicherweise auf einem Kissen von Dampf, so dass des Fehlers bei reibungsarmen gleiten fahren und die Felsen Wärme des Schmelzpunktes nicht erreichen würde.

Welligkeit im Teppich

Der Schlüssel zum Verständnis Erdbeben ist eigentlich nicht wo sie anfangen, aber wie der Bruch breitet sich, und das viel mit dem seltsamen Verhalten des unterirdischen Reibung zu tun hat, sagt Heaton.

Die höchsten Gleitgeschwindigkeiten an der Vorderkante eines Impulses Schlupf geschehen, die durch die Erde wie eine Welle in einem Teppich läuft, sagt Heaton, wer dieses Verhalten Schuld in einem Wahrzeichen Papier vor 17 Jahren beschrieben.

Denken Sie an eine Störung als eine Wolldecke, die Sie verschieben möchten, sagte er. Sie können nur den Teppich von der Kante ziehen. Das ist die harte Tour zu verschieben. Der einfache Weg zu einen Teppich bewegen "setzen eine kleine Beule drin und bewegen die Beule und wenn Sie fertig sind, haben Sie den Teppich auszugleichen", erklärte er.

Reibung ist ein Yin-Yang-Anordnung mit diesen Slip-Pulse, es stellt sich heraus, sagte Heaton. "Der Slip in den Puls auf der Reibung, aber es stellt sich heraus, die Reibung schaltet der Slip wie schnell geschieht," sagte er. "Das ist ein mathematisches Problem, ein positives Feedback-System. "sie sind notorisch instabil."

Wenn du wüsstest, wie groß ein Impuls wäre, Sie könnte ein Erdbeben Stärke Vorhersagen, aber das exotische Verhalten der Reibung u alles, was oben welches, sagte Heaton.

Still, die Revolution auf dem Gebiet der Physik Erdbeben neue Erkenntnisse gebracht, sagte Goldsby.

"Ich bin nicht nur Hoffnung, sondern sicher, dass wir noch mehr erfahren über wie Erdbeben, in den kommenden zehn Jahren auftreten", sagte er. "Dieses Wissen hilft uns zu verstehen, wie Sie die schädlichen Auswirkungen von Erdbeben zu mildern und verhindern, dass die Verluste an Menschenleben und möglicherweise eines Tages ermöglichen es uns, Erdbeben Vorstufen zu erkennen."

• Ein weiteres großes Geheimnis: Welche Laufwerke Evolution?
• Bildergalerie: Tödliche Erdbeben
• Die Geheimnisse des Lebens wenig