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表面和界面

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物理学家在岩石上裂缝

02 Apr 2007 哈米什约翰斯顿

砂岩和花岗岩是非常不同类型的岩石,所以它可能会令人惊讶的是,两种材料似乎以相同的方式破裂 - 至少根据加拿大和德国的物理学家,他们在粉碎之前测量了岩石所揭示的声音。更好奇的是,由群体研究的岩石的小样本的声音具有与地震后检测到的岩石的类似特征,建议开裂是一种普遍的过程,这些过程发生在许多不同材料上,在各种尺寸和时间尺度范围内发生了许多不同的材料(物理。 rev. lett。 98 125502).

开心

人类一直在破解岩石至少百万年–首先要制作工具,然后制作采石场和形状建材。虽然石龄工具制造商和现代机械工程师对裂缝过程进行了实际理解,但显微裂缝理论仍然难以捉摸。问题是大多数岩石由谷物制成,这些颗粒具有许多不同形状,并以多种不同的方式排列。这使得预测裂缝将开始以及它将如何传播的何时何地预测。

尽管有这些结构变异,JöCalgary大学的RN Davidsen和Geoforschungszentrum Potsdam的同事发现,一系列不同的岩石样品(两个砂岩,两个花岗岩和玄武岩)似乎以非常相似的方式裂缝。

通过对外压力进行外部压力并检测微捕发事件期间发出的声音来破裂岩石。微裂纹是在岩石中发生的微小破裂。

然后,团队分析了声音以确定微裂纹的大小“waiting times”在连续的事件之间。等待时间很重要,因为它们揭示了连续的微裂纹如何导致材料的大规模结构失败。

Davidsen和同事然后拍摄了每个样本的等待时间,并将它们分成该样本的平均等待时间。令人惊讶的是,可以通过称为伽马函数的相同数学公式来描述这些归一化等待时间的概率分布—这给了短暂的等待时间的高概率,概率迅速下降,以便更长的等待时间。

等待时间分享了相同的概率分布,尽管岩石的平均等待时间几乎不同于样品到样品的倍数差异。该团队还表明,通过相同的分布描述了与地震后发出的声音相关的标准化等待时间–建议岩石在大规模的裂缝与地震有关。

Davidsen told 物理网 概率分布的普遍性表明,毕竟材料的精确显微镜细节可能在开裂过程中可能不会发挥重要作用。这可能意味着可以开发成功的岩石开裂模型,而无需担心微观水平的岩石。研究人员现在正忙于尝试开发一种可以再现观察到的普遍性的破解模型。

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