נזילות קרקע מסוכנת יכולה להתרחש הרחק ממוקדי רעידת אדמה בתנאי ניקוז - עולם הפיזיקה

בניגוד לחוכמה המקובלת, התנזלות קרקע במהלך רעידות אדמה יכולה להתרחש הרחק ממוקדי רעש, בתנאי ניקוז וברמות צפיפות אנרגיה סיסמית נמוכות יחסית. הממצא של צוות חוקרים בינלאומי יכול לאפשר לנו להעריך ולהתכונן טוב יותר לסכנות רעידות אדמה.

אחת הסכנות הקטסטרופליות והמטרידות ביותר הקשורות לרעידת אדמה היא נזילות הקרקע. זה מתרחש כאשר רעד סיסמי מגדיל באופן זמני את המרווח בין גרגרי אדמה בודדים, וגורם לאובדן מוצקות. האדמה מתחילה להתנהג כמו נוזל צמיג, שלתוכו יכולים לשקוע כלי רכב, מבנים ומבנים אחרים. יחד עם זאת, תשתית קבורה כמו צינורות יכולה "לרחף" אל פני השטח (ראה איור). התנזלות יכולה גם לגרום להתפשטות הקרקע ולהיסדק, ואף לגרום למפולות.

בעוד שהנזלת קרקע יכולה להיות השפעה הרסנית של רעידת אדמה, היא יכולה להיות בעלת יישומים שימושיים. מהנדסים אזרחיים גורמים לנזילות בכוונה כדי לשפר את איכות הקרקע לפני הבנייה ולמזער את הסיכון להנזלה סיסמית. זה יכול להיעשות על ידי פיצוץ, דחיסה דינמית ו-vibroflotation, הכוללת בדיקה רוטטת גדולה.

תנאים לא מרוקנים

באופן מסורתי, נזילות סיסמית נקשרה לתנאים לא מנוקזים (אדמה שאינה מתנקזת באופן טבעי ממים) ליד מוקדי רעידות האדמה. עם זאת, מדעני גיאוגרפיה גם צפו בהנזלת המתרחשת הרחק מהמוקד עם רמות נמוכות יותר של אנרגיה סיסמית.

"זהו תרחיש די נפוץ", מסביר שחר בן זאב, סיסמולוגית באוניברסיטה העברית בירושלים. לדוגמה, הוא מציין, "רבים מאירועי ההנזלה שהתרחשו במהלך רצף רעידת האדמה המפורסם בקנטרברי 2010–2011 שגרמו לכמות עצומה של נזק בקרייסטצ'רץ', ניו זילנד, התרחשו בשדה הרחוק, תחת קלט צפיפות אנרגיה סיסמית נמוכה מאוד ."

כדי להבין איך זה אפשרי, בן זאב ועמיתיו עשו הן סימולציות בקנה מידה של גרגרים והן ניסויים פיזיים על התגובה של שכבות של גרגרים רוויים במים וחסרי לכידות לרעד אופקי. הניסויים הפיזיים בוצעו בקופסה שקופה, שבתוכה מערך של מתמרי לחץ אפשרו מדידות הן של תנועת הגרגרים והן של לחץ הנקבוביות.

זרימת נוזל ביניים

החוקרים מצאו כי אפילו בתנאי ניקוז, רעידות סיסמיות עלולות לעורר זרימת נוזלים בין תשתיות בתוך קרקעות, מה שמוביל להצטברות של שיפועים עודפים בלחץ הנקבוביות וכתוצאה מכך לאובדן חוזק הקרקע. נראתה כי נזילות מנוקזת מתגלגלת במהירות - מונחה על ידי התנועה דרך האדמה של חזית דחיסה במהירות המוגבלת על ידי קצב הזרקת האנרגיה הסייסמית.

"המנגנון הקלאסי הבלתי מנוזל נתפס כתהליך מצטבר, כלומר, לחץ הנקבוביות עולה בהדרגה עם הזמן", מסביר בן זאב. עם זאת, הוא מוסיף: "בתרחיש המרוקן, הלחץ הוא מהיר ומיידי יותר. בהתאם לכך, מצאנו שפרמטר הבקרה על נזילות מנוקזת הוא הכוח הסייסמי (קצב הזנת צפיפות האנרגיה הסייסמית לאדמה).

לממצאים, ציין הצוות, יש גם השלכות על האופן שבו אנו מפרשים מאפיינים גיאולוגיים הקשורים לנזילות הקשורות לרעידות אדמה קודמות שלא נמדדו באמצעות מכשירים סייסמיים.

"נהלי החלטות וקביעת מדיניות בנוגע להיערכות לרעידות אדמה מסתמכים על קטלוגים של רעידות אדמה, בעיקר על מרווח זמן התרחשות חוזרת של עוצמת רעידת אדמה מסוימת באזור", מסביר בן זאב. דרך אחת לבנות קטלוג שחוזר אחורה לפני רישומי המכשיר, הוא מציין, היא לבחון דפורמציה של משקעים רכים בתיעוד הגיאולוגי.

"אם נמצאו עדויות לאירועי נזילות קרקע, ניתן לחשב פרמטרים של תנועת קרקע שהפעילו נזילות, ולאחר מכן להגביל את המרחק והגודל האפי-מרכזי", הוא אומר. "המחקר שלנו, שהראה שניתן להתחיל נזילות תחת רעד בעוצמה נמוכה יחסית, קורא לבחינה מחדש של תנועת קרקע פליאו המוערכת יתר על המידה."

לא מוסבר במלואו

אוליבר טיילור, מהנדס גיאוטכני עם ECS מוגבלת שלא היה מעורב במחקר סבור שהעבודה משמעותית: "[בן זאב ועמיתיו] מספקים תובנה יסודית לגבי קרקעות שמתנזלות מחוץ למשטר הקלאסי הבלתי מנוזל. זה משהו שנצפה במקום, אך לא הוסבר במלואו על ידי ההבנה הנוכחית שלנו".

רכבות משא רועשות יכולות לעזור לחזות רעידות אדמה בקליפורניה

עם זאת, טיילור מציין שהצוות בדק רק את מצב הקרקע הרפוי ביותר האפשרי על חול אחיד לא דחוס. "הבעיה עם זה", הוא מוסיף, "הוא שזה יוצר רק את התרחיש 'המקרה הגרוע' שממנו 'מתוקפים' התוצאות - וייתכן שאינו מייצג את התנאים במקום שבהם הייתה נזילות בצפיפות אנרגיה נמוכה. נצפים".

מכנה את המחקר "מעניין מאוד", צ'י-יואן וואנג - גיאופיזיקאי יישומי מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי - מציין כי "לא ברור מדוע [ההדמיה] לא שקלה את יכולת הדחיסה של האדמה הנקבוביה, בהתחשב בכך שהאחרון הוא המרכיב העיקרי באחסון קרקע בעומק רדוד, אשר שולט בהתפתחות לחץ הנקבוביות."

לאחר שהמחקר הראשוני שלהם הושלם, בן זאב ועמיתיו השתמשו באותה מסגרת תיאורטית כדי לחקור את המסתורין של האופן שבו התנזלות קרקע יכולה להתרחש פעמים רבות באותו מקום. זה לא צפוי להתרחש מכיוון שהאפיזודה הראשונית אמורה לדחוס את האדמה ולמנוע התנזלות חוזרת בעתיד.

המחקר מתואר ב טבע תקשורת.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/dangerous-soil-liquefaction-can-occur-away-from-earthquake-epicentres-in-drained-conditions/