A Pennsylvaniai Egyetem kutatói atomerő mikroszkóppal, nanométeres skálán vizsgálják a geológiai törésvonalak súrlódó felületeit, írja a physicsworld.com. A földrengések jelentős része a kőzetlemezek találkozásának közelében pattan ki. Az alábukás (szubdukció) nem egyenletesen zajlik, súrlódás van a két lemez között. Sok helyütt a két lemez egyáltalán nem is mozog egymáshoz képest, blokkolódnak. Gyakorlatilag összetapadnak, nem engedvén, felfogván az egymáshoz képesti mozgást, egyre nagyobb és nagyobb feszültséget felhalmozva a kéregben. Amikor a lemezhatár-blokkolódás a mértéke eléri a 100%-ot, ami azt jelenti, hogy a lemezhatárzónában a két lemez nem mozog egymáshoz képest, megállni látszik az alábukó folyamat, feszültség halmozódik fel. Minél tovább tart ez, annál nagyobb rengésre lehet számítani.
Az összetapadó kőzetfelületek viselkedéséről és a blokkolódás kialakulásáról két elképzelés van érvényben. A mennyiségi elmélet hívei szerint a felületek ilyenkor egyre több ponton kerülnek kapcsolatba, nő az érintkező felület nagysága. A minőségi elképzelés alapján kémiai kötések alakulnak ki a két felület között, és ez erősíti az összetapadás mértékét. Mindkét elméletet nehéz bizonyítani, hiszen ezek a folyamatok általában a földfelszín mélyén történnek.
Robert Carpick és munkatársai a Pennsylvaniai Egyetemről atomerő mikroszkóp segítségével próbáltak fényt deríteni a jelenségre. Ehhez egy kovatűt (szilícium-dioxid) húztak végig egy kovafelületen, ezzel modellezve a kőzetmozgást. A súrlódási erő a tű és a felület között logaritmikusan nőtt az idő függvényében, ahogy ezt makroszkopikusan is megfigyelték már. A kutatók ezek után gyémánt- és grafitfelületen is végighúzták a kovatűt. Ezek az anyagok kémiailag közömbösek, azaz nagyon nehezen alakítanak ki kötéseket a szilícium-dioxiddal, így bármilyen megfigyelt súrlódásnövekedés az összeérő felületekben bekövetkezett mennyiségi változás eredménye.
Az eredmények meggyőzőek: a gyémánt és a grafit esetében alig figyeltek meg növekedést a súrlódási erőben, ami azt jelenti, hogy nincs szó egyre nagyobb érintkező felületekről. A kova-kova felületpároson megfigyelt súrlódási növekedés pedig minden bizonnyal a kialakuló kémiai kötések eredménye. A kémiai kötések elmélete tehát bizonyítottan működik mikroszkopikus méretekben, de hogy a természetben, valós méretekben pontosan milyen erők játszanak szerepet a földrengés kialakulásában, arról még csak elképzeléseink vannak.
Úgy tűnik, hogy kémiailag kompatibilis felületek esetében a kémiai kötések kialakulása a nagyobb jelentőségű, de ettől még nem szabad elvetnünk a mennyiségi elméletet sem. Valószínűleg mindkét jelenség szerepet játszik a folyamatokban, és a súrlódó kőzetek minőségétől függ, hogy melyik érvényesül erőteljesebben, nyilatkozta az eredményekkel kapcsolatban Jay Fineberg, izraeli fizikus.
Carpick is egyetért azzal, hogy a kémiai kötődés nem lehet az egyetlen összetevő. Makroszkóposan sokkal bonyolultabb a súrlódó felületek vizsgálata, sokkal több tényező játszik szerepet. A kísérlettel nem a mennyiségi elméletet akartuk cáfolni, hanem a minőségi létjogosultságát akartuk bizonyítani, ahogy ez sikerült is, mondja. Következő lépésként nagyobb nyomáson és hőmérsékleten fogják elvégezni a kísérleteket, megvizsgálva az extrém körülmények között fellépő erőhatásokat.
További olvasnivaló a földrengésekről általában és a márciusi japán földmozgásokról:
