21/02/2013 - UB-Forscher reproduzieren im Labor das statistische Verhalten von Erdbeben

Menéame

La mechanische Frakturen der Werkstoffe Es handelt sich um ein komplexes Phänomen, das mit vielen Unfällen und Naturkatastrophen verbunden ist, von der Zerschlagung kleiner Geräte bis hin zu Erdbeben. Trotz des großen Unterschieds in der räumlichen, zeitlichen und Energieskala und trotz der Unterschiede in der Geometrie wurden im Labor verschiedene Experimente mit heterogenen Materialien vorgeschlagen, um Modelle zu finden, die das Verhalten von Erdbeben beschreiben.

In einer Studie, die von Forschern der Universität Barcelona, und veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters, wurde ein Material verwendet, das der Kompression unterworfen ist und die vier wichtigsten statistischen Gesetze über seismische Rezidive wiedergibt: das Gutenberg-Richter-Gesetz, die Omori-Gesetz, die Aufteilung der Pausen zwischen Erdbeben und dem Gesetz der Produktivität.

Die Arbeit wurde von dem Forscher Eduard Vives, der Physikalische Fakultät UB, und an ihm haben die Forscher des gleichen Zentrums teilgenommen - auf dem Campus BKC- Xavier Illa, Antoni Planes und Jordi Baró (als erster Autor) sowie Álvaro Corral vom Zentrum für Mathematische Forschung (CERCA - Generalitat de Catalunya) und Forscher an der Universität Cambridge, der Universität Wien und dem Potosino Institut für wissenschaftliche und technologische Forschung (Mexiko).

Das Material, das mit einem Gerät untersucht wurde, das von der mechanischen Werkstatt der Wissenschaftliche und technologische Zentren der UB, ist ein hoch poröser Glastyp (40 % Porosität), der für industrielle Anwendungen entwickelt wurde, genannt Vycor^®. Die 5 mm große Probe wird zwischen zwei Platten eingeführt und vertikal komprimiert, indem ein Gewicht angewendet wird, das im Laufe der Zeit linear zunimmt. Auf den Kompressionsplatten befinden sich Schallemissionssensoren, die den Seismographen entsprechen, die ultraschallende Schallwellen messen und die es ermöglichen, Brüche in der Probe zu erkennen.

Das Experiment, das wir durchgeführt haben, simuliert einen neuen Fehler, der von Grund auf begann, erklärt der Forscher der UB Eduard Vives. ● Auf diese Weise konnten wir die zeitliche Entwicklung beobachten, die er im Labor von einigen Stunden und bei Erdbeben von Tausenden von Jahren haben würde. In der Sysmologie werden die statistischen Auswirkungen des Weltraums anhand von Daten aus Gebieten mit großer seismischer Aktivität, wie Kalifornien, und von Gebieten mit geringer Aktivität untersucht. Nach Ansicht des Forschers führt diese Symmetrie in Raum und Zeit zu der Annahme, dass Erdbeben sich möglicherweise nach einer Art Selbstorganisationskritik verhalten - wie einige Theorien andeuten - und wenn man das beweisen könnte, wäre dies ein großer Schritt nach vorn, wenn man bereits vorhandene Theorien für diese Art von Systemen anwenden könnte.

Zuvor haben verschiedene Arbeiten versucht, einen Vergleich zwischen Erdbeben und Materialbrüchen im Labor herzustellen, wobei hauptsächlich natürliche Gesteine verwendet wurden, aber die Ergebnisse entweder unvollständig waren oder nur eine der Eigenschaften von Erdbeben reproduziert haben. ●Dieses Material ermöglicht es, Experimente durchzuführen, indem verschiedene Parameter wie Kraft oder Geschwindigkeit kontrolliert werden, schließt Vives.

Vier statistische Gesetze der Seismologie

Die Antwort des Materials hat gezeigt, dass sie den vier wichtigsten statistischen Gesetzen der Seismologie folgt. Zum einen variiert die durch Schallemissionen erkannte Energie gemäß dem Gutenberg-Richter-Gesetz, das die Zahl der Erdbeben je nach Strahlungsenergie miteinander verknüpft und nach einem Machtgesetz abfällt.

Um eine Vorstellung von der Größendifferenz zu haben, ist die Energie, die von einem großen Erdbeben (Größe 8) ausgestrahlt wird, gleich 1.000 Hiroshima-Pumpen, während die maximale Energie, gemessen durch die Bruchbildung des Materials im Labor, der Spaltenergie eines einzelnen Uranatoms entspricht. Der Größenunterschied entspricht etwa einem Faktor von 10²⁷.

In einem anderen Experiment mit demselben Material wurde die Anzahl der Nachbildungen nach einem größeren Bruch untersucht und die Zeit nach dem sogenannten "Ruptur" abnimmt. Omori-Gesetz Für Erdbeben ist der Unterschied, dass die maximale Nachbildungszeit in unserem Fall ein paar Stunden beträgt, während bei Erdbeben mehr als hundert Jahre dauert, so der Forscher der UB.

Ein drittes statistisches Gesetz ist die Verteilung von Pausen zwischen Erdbeben (Waiting times), die die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Ereignissen verbindet. In diesem Fall wurden die Ergebnisse des Labors mit denen der Erdbebenserie in Kalifornien verglichen, die am umfassendsten war, und unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Skalen, die Übereinstimmung ist sehr hoch, sagt Vives. Schließlich konnte man auch die Ähnlichkeit mit dem Produktivitätsgesetz feststellen, das zeigt, wie viele Nachbildungen nach einem größeren Bruch in Abhängigkeit von der Energie dieses Main Events wachsen.

Artikel: 

Jordi Baró, Alvaro Corral, Xavier Illa, Antoni Planes, Ekhard K. H. Salje, Wilfried Schranz, Daniel E. Soto-Parra und Eduard Vives.Statistical similarity between the compression of a porous material and earthquakes». Physical Review Letters, Februar 2013 DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.088702

Kommentar zu Artikel in derselben Zeitschrift: Viewpoint: Little Earthquakes in the Lab

El Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Aragón y La Rioja (COIIAR) acogió en su sede de Zaragoza la conferencia «Soberanía tecnológica y dependencia externa: impacto de la tecnología, la industria, la cadena de suministro y la financiación en el “alistamiento” de la defensa europea», impartida por el vicealmirante del Cuerpo de Ingenieros de la Armada y doctor ingeniero de...

El CDTI Innovación ha difundido una oportunidad de cooperación tecnológica entre España y China para impulsar el desarrollo de maquinaria inteligente destinada a túneles, minería y otros trabajos de construcción subterránea. La iniciativa busca incorporar a una empresa española con capacidades propias de investigación, desarrollo e innovación a un consorcio que plantea diseñar, fabricar y validar sistemas de mayor precisión...

El Ministerio de Transportes y Movilidad Sostenible ha establecido unas nuevas bases comunes para determinados procesos selectivos de los subgrupos A1 y A2, entre ellos los correspondientes al Cuerpo de Ingenieros Aeronáuticos y al Cuerpo de Ingenieros Técnicos Aeronáuticos. La resolución, fechada el 15 de octubre de 2026 y publicada en el Boletín Oficial del Estado el día 28, reorganiza...

El Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos ha constituido un comité técnico para seguir la evolución de las informaciones relativas al accidente ferroviario ocurrido en Urda, en la provincia de Toledo, y contribuir a la identificación de medidas correctoras que refuercen la seguridad y el funcionamiento del sistema. La primera reunión del grupo se celebró el 29 de...

La undécima edición de Egurtek, Foro Internacional de Arquitectura y Construcción en Madera, ha reunido en Bilbao a profesionales de la ingeniería, la arquitectura, la industria forestal y la edificación para analizar las aplicaciones contemporáneas de la madera. La cita, programada los días 28 y 29 de octubre de 2026 en Bilbao Exhibition Centre, cuenta con la colaboración de la...