MATETEMEKO YA ARDHI MAABARANI: MAJI YANAYOGEUKA

Tetemeko la ardhi hutokea pale mkazo juu ya ufa wa mwamba (hitilafu ya kijiolojia) unapozidi nguvu yake: vipande viwili vya mwamba huteleza ghafla. Katika nyufa zilizolowa maji, shinikizo la maji ndani ya vinyweleo vya mwamba lina nafasi kuu. Kadiri linavyokuwa juu, ndivyo vipande hivyo vinavyobanwa pamoja kwa nguvu ndogo — na ndivyo ufa unavyoteleza kwa urahisi zaidi.

Mifumo miwili hushindana wakati wa kuteleza:

1. Ongezeko la shinikizo kwa joto (thermal pressurisation). Msuguano hupasha ufa joto. Maji hupanuka zaidi sana kuliko mwamba, kwa hiyo shinikizo lake hupanda, “likiinua” ufa na kuudhoofisha. Inaaminika sana kuwa ndiyo inayoendesha matetemeko makubwa — lakini mara chache imeonekana moja kwa moja maabarani.
2. Kuimarika kwa kupanuka (dilatant strengthening). Mwamba unapokatika na kupasuka, hutengeneza nafasi tupu. Shinikizo la maji hushuka, vipande hubanana kwa nguvu zaidi, na ufa huimarika — huenda ukafunga breki mpasuko.

Uwandani, viwango vya maji vilishuka haraka katika visima vilivyo karibu na ufa baada ya tetemeko la Hualien la 2018 nchini Taiwan (ukubwa 6.3) na tetemeko la Kumamoto la 2016 nchini Japani (ukubwa 7.0). Basi ni athari ipi inayoshinda, na lini?

Matetemeko madogo

Timu ya Caiyuan Fan, Harsha Bhat na Alexandre Schubnel katika Maabara ya Jiolojia ya École normale supérieure mjini Paris ilitumia silinda za graniti ya Westerly, zenye urefu wa mm 85 na upana wa mm 40. Mwamba ulipashwa joto hadi 450 °C ili kuupasua, kisha ukakatwa kwa msumeno kwa pembe ya 30° ili kuunda ufa, ambao nyuso zake zililainishwa kwa bandiko la almasi.

• Vipima-shinikizo sita vya maji: vinne kwenye ukingo hasa wa ufa (ndani ya nusu milimita), viwili mbali zaidi ndani ya mwamba.
• Mashine ya kubana yenye shinikizo kubwa ilibana sampuli kwa shinikizo-zingira halisi la megapaskali 30, 45 na 60, huku maji yakiwa kwenye MPa 25 au 45.
• Mzigo uliongezwa polepole sana (mikromita 0.3 kwa sekunde). Ufa hujilimbikizia mkazo, kisha huteleza kwa mara moja — tetemeko la maabarani. Jaribio moja lilizalisha zaidi ya 100 kati yake.

Walichoona

Kwanza, ongezeko la shinikizo kwa joto — likionekana moja kwa moja.

• Katika matetemeko ya kwanza, shinikizo la maji lilipanda wakati wa kuteleza, wakati uleule mkazo ulipokuwa ukishuka.
• Katika tukio la kwanza: mkazo ulishuka kwa takriban MPa 2.2, shinikizo lilipanda kwa takriban MPa 7, kuteleza kwa takriban mm 0.05, na kasi ya kupanda kwa shinikizo hadi MPa 180 kwa sekunde.
• Kielelezo cha kinadharia cha ongezeko la shinikizo kwa joto kinazalisha upya mapanda haya vizuri.
• Dalili ya mapema: shinikizo la maji lilianza kupanda zaidi ya sekunde 50 kabla ya mpasuko, wakati mkazo ulikuwa haujabadilika karibu kabisa.

Kisha, mgeuko kuelekea upanukaji.

• Tetemeko baada ya tetemeko, shinikizo lilianza kushuka badala ya kupanda — hadi takriban MPa 15, kwa kasi ya hadi MPa 380 kwa sekunde. Katika jaribio moja, lilikaribia sifuri.
• Hapa pia, dalili ya mapema: shinikizo lilianza kushuka sekunde 10 kabla ya mpasuko.
• Mgeuko huo ulionekana katika majaribio yote manne.

Haraka, polepole, haraka. Kati ya awamu hizo mbili yalikuja matetemeko ya polepole, ya polepole zaidi kwa ngazi moja hadi tatu za ukubwa kuliko yale ya haraka. Hayakuwepo katika sampuli iliyopitisha maji kwa urahisi zaidi.

Kwa nini ufa ulibadilika

Ukanda wa kukatika ulinenepa takriban mara kumi, kutoka takriban mm 0.05 hadi takriban mm 0.4. Joto lilisambaa kwenye mwamba mwingi zaidi, na ongezeko la joto lililokadiriwa lilishuka kutoka takriban nyuzi 10 hadi nyuzi 0.2. Chini ya hadubini ya elektroni, ufa ulionyesha mabaka ya mwamba uliosagwa, nyuzi za mwamba ulioyeyushwa na msuguano, na ukanda ulioharibika wenye kina cha takriban mikromita 60 kwa wastani.

Jambo la kushangaza: katika awamu ya baadaye, upanukaji ulikuwa na nguvu zaidi, na bado mipasuko ilikuwa ya haraka zaidi. Upanukaji peke yake hauutulizi ufa; michakato mingine ya kudhoofisha inafanya kazi.

Mipaka

Waandishi wanahimiza tahadhari wakati wa kulinganisha na nyufa za asili: majaribio haya hayajumuishi kupona kwa nyufa kati ya matetemeko. Pia walichukua wastani wa vipima vinne, ambavyo vinaonyesha uwanja wa shinikizo usio sawa.

Dirisha la kuona hali ya ufa

Kwa mujibu wa waandishi, huu ni uthibitisho wa kwanza wa kimajaribio wa miitikio yote miwili inayopingana ya shinikizo la maji, na wa wigo wa matetemeko ya haraka na ya polepole, kwenye ufa mmoja unaobadilika. Unapinga wazo kwamba ongezeko la shinikizo kwa joto daima hutawala matetemeko makubwa na ya haraka. Na ishara za shinikizo la maji zingeweza kuwa dirisha la kuona hali ya ufa.