地震力学の基本はシンプルです。断層に沿って岩石が互いに滑り合うことで、蓄積されたエネルギーが解放されます。そのエネルギーの一部は波紋のように広がり、地震波となって地球を揺るがします。しかし、その過程にどれくらいの時間がかかり、エネルギーがどのように消散するのかは、いまだ解明されていません。これらのプロセスを解明するため、研究者たちは最近、オクラホマ大学に地殻内部で起こっていることを模倣する装置を開発しました。
2枚の岩板を500ポンドのフライホイールで互いに擦り合わせることで、断層の応力を模擬し、地震のエネルギー特性に関するデータを提供する。「エネルギーの大部分は加熱に使われ、一部は物質の粉砕に使われるようです」と、カリフォルニア州メンロパークにある米国地質調査所の地球物理学者デビッド・ロックナー氏は言う。「私たちがよく知っている、地面の揺れとして放射されるエネルギーは、最終的に10%以下になります」。ロックナー氏は、地震のエネルギーが時間とともにどのように変化するかを理解することで、エンジニアはより耐震性の高い構造物を設計できるようになると述べている。
エネルギーを構築する
この装置の心臓部はフライホイールで、高速回転することで機械的にエネルギーを蓄える装置です。フライホイールは100馬力のモーターによって駆動され、1/10秒以内に3,300rpmまで回転します。フライホイールは中央のシャフトに接続されています。
追加のシャフトは、クラッチを直径4インチの円筒形の花崗岩またはドロマイトのブロックに接続し、フライホイールと同期して回転します。研究者は、花崗岩とドロマイトを地球の地殻の岩石の代理として用います。
岩石の近傍と内部に設置されたセンサーは、シミュレーション中に材料がどのように変形し、摩耗し、加熱されるかをモニタリングします（上の挿入図を参照）。例えば、赤外線センサーと熱電対は岩石の温度を測定し、他のセンサーは岩石の回転速度を測定します。
断層のモデル化
様々な規模の地震をモデル化するために、研究者たちはまずフライホイールを所定の速度で回転させます。フライホイールが速いほど、地震の規模も大きくなります。次に、フライホイールをモーターから切り離し、フライホイールが自ら蓄えた電力で回転するようにします。
直後、クラッチが作動し、取り付けられた花崗岩のブロックが回転し始めます。そのブロックは、上方に位置する静止した岩石のブロックに衝突します。両方の岩石が接触する部分が、実験用の断層となります。
実験断層では、回転する岩石が運動エネルギーの一部を静止している岩石に伝え、両者が擦れ合って滑り合う。これが小型の地震だ。
統計
機械の高さ（フィート）: 5.9
フライホイールの重量（ポンド）: 500
クラッチが作動するまでの秒数: 0.03
これまでにシミュレーションされた最大の地震のマグニチュード： 8.0
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