卷崩溃:工程教授解决了深度地震神秘

道路破裂了地震

加州大学圣地亚哥工程教授已经解决了地球物理中最大的奥秘之一:是什么导致深焦地震?

这些神秘的地震起源于地球表面以下400至700公里,并在Richter秤上记录了高达8.3的大小。

Xanthialpi Markenscoff,在UC San Diego Jacobs工程学院的机械和航空航天工程系中的杰出教授,是解决这一神秘的人。她的纸张“深地震中的体积崩溃稳定性:剪切源含有压力和压力驱动的剪切源”固体力学与物理杂志

术语深度焦点地震是指这种类型的地震起源于地球地幔内部的深处,压力力量非常高。由于1929年首次确定了深度焦点地震,因此研究人员一直在努力了解过程导致它们。研究人员认为,高压会产生直观地产生压力波的爆炸。然而,它们没有能够在高压和特定地震波之间的点之间连接点 - 被称为剪切(或扭曲)地震波 - 由深焦地震产生。(如果你握住前臂然后扭曲它,你可以感觉扭曲的能量。)

Xanthippi Markenscoff.

Xanthippi Markenscoff是加州大学San Diego Jacobs工程学院机械和航空航天工程系的杰出教授。信用:Xanthippi Markenscoff

在她的新论文中,Markenscoff完成了她在超高压下发生这种谜团的解释。她在2019年开始的一系列论文中解开了谜团。此外,她的解决方案介绍了许多其他现象,如行星影响和行星形成,这些现象和行星形成共享相似的地球物理过程。

“这是如何在力学和物理学中严格地扎根的深度数学建模如何有助于我们在自然界中解决奥秘。Professor Markenscoff’s work can have profound impact not only on how we understand deep-focus earthquakes, but also on how we might controllably use dynamic phase transformations in engineering materials to our benefit,” said Huajian Gao, a Distinguished University Professor in Singapore’s Nanyang Technological University and the Editor of the固体力学与物理杂志出现Markenscoff的纸张。

从转变岩石到地震

众所周知,存在于地球表面以下400至700公里之间的高压可导致橄榄石岩石经历相变成尖晶石的密集类型的岩石。这类似于煤炭如何转化为钻石,这也发生在地球的地幔中深处。

从Olivine到密度尖晶石,导致岩石的体积减少,因为原子在很大压力下彼此更靠近。这可以称为“卷崩溃”。该体积崩溃和相关的“变革故障”已被认为是深度焦点地震的主要原因。然而,到目前为止,没有基于体积崩溃的模型,这些模型预测了在深焦地震期间实际到达地球表面的剪切(扭曲)地震波。因此,还考虑了其​​他模型,事态仍然停滞不前。

Markenscoff现在通过发现在非常高的压力下发生的稳定性来解决这一神秘使用基本数学物理和力学。一个不稳定性涉及转化岩石的扩展区域的形状,另一个不稳定性涉及其生长。

对于从橄榄石到尖晶石的这种相变的扩张区域以生长大,这些具有大致密化的变换区域将呈现扁平的“薄饼状”形状,其在其增长时最小化致密区域在未转化的介质中传播的能量。大。这是一种对称性破坏模式,可以在深焦地震源自源自存在的非常高的压力下发生,并且这种对称性破碎产生负责到达地球表面的剪切波的剪切变形。此前,研究人员假设了对称保存的球形膨胀,这不会导致剪切地震波。他们不知道允许对称性被打破。

“破坏变换岩体形状的球形对称性最小化了相变的传播区域生长大的能量,”Markenscoff说。“你不花费能量来移动一个大球体的表面,但只有周边。”

另外,Markenscoff解释说,在岩石的相变区域内,没有颗粒运动并且没有动能(它是“LECUNA”),因此,辐射出的能量最大化。这解释了为什么地震波可以进入表面,而不是在地球内部散发的大部分能量。

Markenscoff用于扩展地震源的变形场的分析模型基于满足Lacuna定理(Atiya等,1970)的新型eShelby(1957)夹杂物的动态概括。阶段转型扩大区域的能量学受管辖Noether's(1918)理论物理的定理通过该技术,在压力下,她获得了创造折叠体积的不断增长和快速移动的雪崩。这是第二发现的不稳定性(关于增长):一旦在临界压力下触发任意小的致密扁平区域,它将继续生长而不需要进一步的能量。(它只是像一张卡片一样崩溃“。)因此,谜团得到解决:虽然它是一个剪切源,驱动深度焦点地震传播是什么,压力是对体积变化的压力。

当被要求反思她发现深度焦点地震时,她说,“我觉得我曾绑在大自然中。我发现了大自然工作的美丽。这是我生命中的第一次。在它在别人的步骤上稍微踩到了。我觉得这种巨大的快乐。“

相关发现

深度焦点地震只是这些不稳定性本身的现象之一。它们还发生在高压下动态相变的其他现象,例如行星冲击和非晶化。今天,有新的实验设施,如劳伦斯肝脏国家实验室管理的国家点火设施(NIF),其中研究人员能够在以前无法测试的极高压力下学习材料。

Markenscoff的新工作提供了一个重要的示范和提醒,提高对自然奥秘的更深入了解,通常需要通过利用数学物理学的基本原理与极端条件下的实验研究来获得能够获得的见解。

事实上,Markenscoff于2016年和2019年共同组织了两项国家科学基金会(NSF)资助的讲习班,2016年和2019年将地球物理学家和地震学家汇集在一起​​,以确保这些研究社区仍然知道机械师中开发的方法和技术。

“我们的教育系统应继续投资科学基础知识的教学,以获得知识的推进,这可以通过理论,实验和数据科学的跨学科融合来实现,”Markenscoff说。

她还注意到她在美国国家科学基金会(NSF)多年来收到的研究支持的重要性。

“知道我的NSF计划经理认为,有可能解决这个”神秘“并为我提供资助我,并使我的信心和我的决心展示,这是Persevere”的。“我向我们所有人指出这一点。我们对我们的学生和同事表示周到和鼓励这也是至关重要的。了解你尊重你的人和你的工作可以非常强大。“

参考:'“体积崩溃”在深焦地震中的不稳定性:由Xanthialpi Markenscoff,2021年2月27日Xanthippi Markenscoff的剪切源核心和受压固体力学与物理杂志
DOI:10.1016 / J.JMPS.2021.104379

3评论论“体积崩溃:工程教授解决了深度地震神秘”

  1. “劳伦斯肝脏国家实验室”?真的!

  2. “这类似于煤炭如何转化为钻石,......”

    不见得!

    https:////gology.com/articles/diamonds-from-coal/

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