Onder constante spanning, bepaalde zachte materialen reorganiseren zichzelf op een manier die erg lijkt op hoe de aardkorst wordt geherstructureerd tijdens aardbevingen, een nieuwe studie door onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc), Raman Research Institute (RRI) en ETH Zürich hebben gevonden.

Het team bestudeerde dunne vellen van twee soorten zachte materialen:een dicht opeengepakte gel van zeepachtige moleculen, en een glas gemaakt van nanodeeltjes van klei - geschoven tussen twee stalen platen. Toen de plaat continu kracht op het materiaal uitoefende, de interne reorganisatie van het materiaal genereerde in de loop van de tijd burst-achtige patronen die leken op seismograafgegevens die werden gegenereerd door aardbevingen.

"Als je een bepaalde spanning uitoefent, het materiaal probeert zich aan te passen. De afschuifsnelheid fluctueert. Deze fluctuatie is vergelijkbaar met wat wordt waargenomen tijdens aardbevingen, " zegt Ajay Sood, DST Year of Science Leerstoel Hoogleraar bij de afdeling Natuurkunde, IISc, en senior auteur van het artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Aardbevingen treden meestal op als gevolg van wrijving tussen stukken van het aardoppervlak die tektonische platen worden genoemd. het vrijkomen van een plotselinge uitbarsting van energie die ernstige schade aan het milieu en mensenlevens veroorzaakt. Wetenschappers weten nog steeds niet hoe ze moeten voorspellen wanneer een volgende aardbeving zal toeslaan, of hoe sterk het zal zijn.

Om aardbevingen in het laboratorium te simuleren, onderzoekers oefenen meestal kracht uit op rotsen of keramische materialen en bestuderen hoe ze vervormen en barsten onder stress. Maar omdat dit vaste stoffen zijn, het kan moeilijk zijn om veranderingen in de materialen te bestuderen voordat ze openbarsten.

"Het grootste nadeel van deze eerdere experimenten is dat niemand de domeinstructuur direct kan onderzoeken, " zegt Sayantan Majumdar, Universitair hoofddocent bij RRI en een van de auteurs. "We kunnen niet zien wat er in het materiaal gebeurt."

In de huidige studie, de onderzoekers gebruikten in plaats daarvan zachte materialen, en observeerde hoe ze reageerden onder stress. Met behulp van een optische microscoop en camera, ze konden goed kijken hoe de binnenkant van het materiaal in de loop van de tijd veranderde.

Ze ontdekten dat de snelheid waarmee het materiaal zichzelf reorganiseerde, burst-achtige patronen vertoonde die duizenden seconden aanhielden, lijken op seismische voor- en naschokken. Deze gebeurtenissen vinden meestal plaats over honderden kilometers tijdens aardbevingen. "We hebben dit fenomeen kunnen waarnemen op een schaal van ongeveer 10 micron. Dat is een enorm voordeel, " zegt Pradip Bera, eerste auteur en een Ph.D. student aan de faculteit Natuurkunde, IISc.

De onderzoekers ontdekten ook dat deze patronen gehoorzaamden aan wetten die de dynamiek van aardbevingen regelen. Een van deze, de wet van Gutenberg-Richter genoemd, beschrijft de kracht van aardbevingen. Een ander, de Omori-wet genoemd, beschrijft hoe de frequentie van naschokken in de loop van de tijd afneemt. Waarden voor wiskundige parameters gedefinieerd door deze wetten, wanneer berekend voor de zachte materialen, bleken zeer dicht bij die te zijn die zijn gemeld voor echte aardbevingen. De tijdsverschillen tussen pieken bleken ook nauw overeen te komen met patronen in het echte leven.

De onderzoekers hopen dat verdere studies over dergelijke materialen uiteindelijk zullen helpen bij het identificeren van microscopische voorlopers van aardbevingen.