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Saturday, May 15, 2021

इंजीनियरिंग प्रोफेसर गहरे भूकंप के रहस्य को हल करता है

भूकंप

क्रेडिट: अनप्लैश / CC0 पब्लिक डोमेन

ये रहस्यमयी भूकंप पृथ्वी की सतह के नीचे 400 से 700 किलोमीटर के बीच उत्पन्न होते हैं और रिक्टर पैमाने पर 8.3 तक के परिमाण के साथ दर्ज किए गए हैं।


ज़ैन्टी सैन डिएगो जैकबस स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग में मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग विभाग में प्रतिष्ठित प्रोफेसर ज़ैंथिपी मार्केंस्कॉफ़ वह व्यक्ति है जिसने इस रहस्य को सुलझाया। उसका पेपर “गहरे भूकंप में आयतन की अस्थिरता: एक कतरनी स्रोत, जो दबाव से प्रेरित और संचालित होता है” में प्रकट होता है यांत्रिकी और भौतिकी जर्नल ऑफ सॉलिड्स

गहरा ध्यान केंद्रित भूकंप शब्द इस तथ्य को संदर्भित करता है कि इस प्रकार का भूकंप पृथ्वी के मेंटल के भीतर गहरा होता है जहां दबाव बल बहुत अधिक होता है। चूंकि 1929 में गहरे फोकस वाले भूकंपों की पहली बार पहचान की गई थी, इसलिए शोधकर्ता यह समझने की कोशिश कर रहे थे कि कौन सी प्रक्रियाएं उन्हें पैदा करती हैं। शोधकर्ताओं ने सोचा था कि उच्च दबाव एक प्रभाव पैदा करेगा जो सहज रूप से दबाव तरंगों का उत्पादन करेगा। हालांकि, वे उच्च दबाव और विशिष्ट प्रकार की भूकंपीय तरंगों- जिसे कतरनी (या विकृत)) भूकंपीय तरंगों- के बीच गहरे फोकस वाले भूकंपों से जोड़ने में सक्षम नहीं थे। (यदि आप अपने अग्रभाग को पकड़कर उसे मोड़ सकते हैं तो आप विकृत ऊर्जा महसूस कर सकते हैं।)

अपने नए पेपर में, मार्केंसकॉफ़ ने इस रहस्य की अपनी व्याख्या पूरी की, जो अल्ट्रा-हाई दबाव के तहत होती है। वह 2019 में शुरू होने वाले कागजात की एक कड़ी में रहस्य को सुलझाती है। इसके अलावा, उसका समाधान कई अन्य घटनाओं जैसे कि ग्रहों के प्रभाव और ग्रहों के गठन में अंतर्दृष्टि देता है जो समान भूभौतिकीय प्रक्रियाओं को साझा करते हैं।

“यह एक आदर्श उदाहरण है कि यांत्रिकी और भौतिकी में कड़ाई से निहित गणितीय मॉडलिंग हमें प्रकृति में रहस्यों को सुलझाने में कैसे मदद कर सकती है। प्रोफेसर मार्केंसकॉफ के काम का गहरा प्रभाव न केवल इस बात पर पड़ सकता है कि हम गहरे फोकस वाले भूकंपों को कैसे समझते हैं, बल्कि यह भी कि हम कैसे नियंत्रित कर सकते हैं हमारे लाभ के लिए इंजीनियरिंग सामग्री में गतिशील चरण परिवर्तनों का उपयोग करें, “सिंगापुर के नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी में एक प्रतिष्ठित विश्वविद्यालय के प्रोफेसर हुजैन गाओ और संपादक ने कहा। यांत्रिकी और भौतिकी जर्नल ऑफ सॉलिड्स जहां मार्केंसकॉफ़ का पेपर दिखाई देता है।

चट्टान बदलने से लेकर भूकंप तक

यह अच्छी तरह से माना गया है कि पृथ्वी की सतह के नीचे 400 और 700 किलोमीटर के बीच मौजूद उच्च दबाव ओलिविन रॉक को स्पिनर नामक एक सघन प्रकार की चट्टान में एक चरण परिवर्तन से गुजरना पड़ सकता है। यह इस बात के अनुरूप है कि कोयला हीरे में कैसे बदल सकता है, जो पृथ्वी के मेंटल में भी होता है।

ओलिविन से सघन स्पिलेल में जाने से चट्टान की मात्रा में कमी आती है क्योंकि परमाणु एक दूसरे के काफी दबाव में एक दूसरे के करीब चले जाते हैं। इसे “वॉल्यूम पतन” कहा जा सकता है। इस मात्रा में गिरावट और संबंधित “परिवर्तनकारी दोष” को गहरे फोकस वाले भूकंपों का प्रमुख कारण माना गया है। हालांकि, अब तक, वॉल्यूम पतन के आधार पर कोई मॉडल नहीं था जो कि कतरनी (विकृत) भूकंपीय तरंगों की भविष्यवाणी करता था जो वास्तव में गहरे फोकस वाले भूकंपों के दौरान पृथ्वी की सतह पर पहुंचते हैं। इस कारण अन्य मॉडलों पर भी विचार किया गया, और मामले की स्थिति स्थिर रही।

मार्केंसकॉफ़ ने अब इस गणित को मौलिक गणितीय भौतिकी और यांत्रिकी का उपयोग करके हल कर लिया है जो बहुत अधिक दबाव में होने वाली अस्थिरताओं की खोज करता है। एक अस्थिरता रूपांतरित चट्टान के विस्तार क्षेत्र के आकार की चिंता करती है और दूसरी अस्थिरता इसके विकास की चिंता करती है।

इस चरण के विस्तार वाले क्षेत्रों के लिए ओलिविन से स्पिनेल तक बड़े होने के लिए परिवर्तन, इन बड़े क्षेत्रों में बड़े घनत्व के साथ एक चपटा “पैनकेक जैसा” आकार होगा जो घनीभूत क्षेत्र के लिए अपरिवर्तित माध्यम में फैलने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करता है। विशाल। यह एक समरूपता ब्रेकिंग मोड है जो बहुत अधिक दबावों के तहत हो सकता है जो मौजूद हैं जहां गहरे-फोकस वाले भूकंप उत्पन्न होते हैं, और यह समरूपता ब्रेकिंग है जो पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाली कतरनी तरंगों के लिए जिम्मेदार कतरनी विरूपण बनाता है। पहले, शोधकर्ताओं ने सममिति-संरक्षण गोलाकार विस्तार ग्रहण किया, जिसके परिणामस्वरूप कतरनी भूकंपीय तरंगों का परिणाम नहीं होगा। उन्हें नहीं पता था कि समरूपता को टूटने दिया जाएगा।

“ट्रांसफॉर्मिंग रॉक के आकार के गोलाकार समरूपता को तोड़ना बड़े होने के लिए चरण परिवर्तन के प्रसार क्षेत्र के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करता है,” मार्केंस्कॉफ ने कहा। “आप एक बड़े क्षेत्र की सतह को स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा खर्च नहीं करते हैं, लेकिन केवल परिधि है।”

इसके अलावा, मार्केंसकोफ ने समझाया कि चट्टान के चरण परिवर्तन के विस्तार क्षेत्र के अंदर, कोई कण गति और कोई गतिज ऊर्जा नहीं है (यह एक “लैकुना” है), और, इस प्रकार, जो ऊर्जा बाहर निकलती है वह अधिकतम होती है। यह बताता है कि भूकंपीय तरंगें पृथ्वी के अंदरूनी हिस्से में फैलने वाली ऊर्जा के बजाय सतह पर क्यों पहुंच सकती हैं।

विस्तार भूकंपीय स्रोत के विकृति क्षेत्रों के लिए मार्केन्सऑफ़ के विश्लेषणात्मक मॉडल सेमिनल एसहेलबी (1957) के गतिशील सामान्यीकरण पर आधारित है जो लैकुना प्रमेय (अटिया एट अल, 1970) को संतुष्ट करता है। चरण परिवर्तन के विस्तार क्षेत्र के ऊर्जावान शासित हैं नोथर्स (1918) सैद्धांतिक भौतिकी का प्रमेय जिसके माध्यम से उसने ऐसी अस्थिरताएँ प्राप्त कीं जो दबाव में मात्रा के गिरने के बढ़ते और तेजी से बढ़ते हिमस्खलन को पैदा करती हैं। यह दूसरी खोज की गई अस्थिरता (वृद्धि के बारे में) है: एक बार एक छोटे से घनीभूत चपटा क्षेत्र को ट्रिगर किया गया है, एक महत्वपूर्ण दबाव में यह आगे की ऊर्जा की आवश्यकता के बिना बढ़ता रहेगा। (यह सिर्फ “ताश के पत्तों की तरह घर ढहता रहता है”।) इस प्रकार, रहस्य सुलझाया जाता है: हालांकि यह एक कतरनी स्रोत है, जो गहरे फोकस वाले भूकंप प्रसार को ड्राइव करता है, जो वॉल्यूम में बदलाव पर दबाव डालने वाला कार्य है।

जब उन्हें अपनी खोज को प्रतिबिंबित करने के लिए कहा गया कि गहरे फोकस वाले भूकंपों का वर्णन उन प्रमेयों के साथ किया जा सकता है जो गणितीय भौतिकी के आधार हैं, तो उन्होंने कहा, “मुझे ऐसा लगता है कि जैसे मैंने प्रकृति से बंधे हैं। मैंने प्रकृति की सुंदरता की खोज की है।” मेरे जीवन में पहली बार। इससे पहले कि यह किसी और के कदम पर थोड़ा कदम रख रहा था। मुझे यह बहुत खुशी मिली। “

प्रासंगिक खोज

गहरे ध्यान केंद्रित भूकंप केवल एक घटना है जिसमें ये अस्थिरता खुद को प्रकट करती है। वे उच्च दबाव के तहत गतिशील चरण परिवर्तनों की अन्य घटनाओं में भी होते हैं, जैसे कि ग्रहों के प्रभाव और अनाकारकरण। आज लॉरेंस लिवर नेशनल लैबोरेटरी द्वारा प्रबंधित नई प्रायोगिक सुविधाएं जैसे कि नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ) हैं, जिसमें शोधकर्ता बेहद उच्च दबाव में ऐसी सामग्रियों का अध्ययन करने में सक्षम हैं जिनका पहले परीक्षण करना असंभव था।

मार्केंस्कोफ़ का नया काम एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन और अनुस्मारक प्रदान करता है जो प्रकृति के रहस्यों की गहरी समझ प्राप्त करता है अक्सर उन अंतर्दृष्टि की आवश्यकता होती है जो चरम स्थितियों में किए गए प्रयोगात्मक अनुसंधान के साथ गणितीय भौतिकी के मूल सिद्धांतों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।

वास्तव में, मार्केंस्कॉफ़ ने 2016 और 2019 में यूसी सैन डिएगो में दो राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (एनएसएफ) वित्त पोषित कार्यशालाओं का आयोजन किया, जो मैकेनिकों के साथ भूभौतिकीविदों और भूकंपीय वैज्ञानिकों को एक साथ लाया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि ये अनुसंधान समुदाय मैकेनिक्स में विकसित पद्धति और तकनीकों के बारे में जागरूक रहें।

“हमारी शिक्षा प्रणालियों को ज्ञान की उन्नति के लिए स्तंभों के रूप में विज्ञान की बुनियादी बातों के शिक्षण में निवेश करना जारी रखना चाहिए, जो सिद्धांत, प्रयोगों और डेटा विज्ञान के अंतःविषय अभिसरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है,” मार्केंस्कोफ ने कहा।

उन्होंने यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) से वर्षों में प्राप्त अनुसंधान सहायता के महत्व को भी नोट किया।

“यह जानते हुए कि मेरे एनएसएफ कार्यक्रम प्रबंधक का मानना ​​था कि इस ‘रहस्य’ को हल करना संभव था और मुझे वित्त पोषित किया, मेरे आत्मविश्वास और दृढ़ता दोनों को दृढ़ बनाए रखा”, मार्केंस्कोफ ने कहा। “हम इसे सभी के लिए एक अनुस्मारक के रूप में इंगित करते हैं। यह भी महत्वपूर्ण है कि हम अपने छात्रों और सहकर्मियों को विचारशील और प्रोत्साहित करें। यह जानकर कि जिन लोगों का आप सम्मान करते हैं, वे आपके और आपके काम में विश्वास करते हैं, वे बहुत शक्तिशाली हो सकते हैं।”


गहरे भूकंप के रहस्य के नए सुराग


अधिक जानकारी:
ज़ेंथिपी मार्केंस्कॉफ़, गहरे फोकस वाले भूकंपों में “वॉल्यूम पतन” की अस्थिरता: एक कतरनी स्रोत, जो दबाव में आता है, और दबाव में यांत्रिकी और भौतिकी जर्नल ऑफ सॉलिड्स (२०२१) है। DOI: 10.1016 / j.jmps.2021.104379

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय द्वारा प्रदान – सैन डिएगो

उद्धरण: इंजीनियरिंग प्रोफेसर ने गहन भूकंप रहस्य (2021, 28 अप्रैल) को 28 अप्रैल 2021 को https://phys.org/news/2021-04-profector-deep-earthquake-mystery.html से पुनः प्राप्त किया।

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