מחקר חדש: פיזיקאים ישראלים תיארו את התהליך שמתחיל בסדקים זעירים ומוביל לקטסטרופה

חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים חשפו את מנגנון ההרס של חומרים, הקודם לשבר החד והפתאומי. אותו מנגנון פועל גם ברעידות אדמה.

שבירת עצמים נראית לנו אירוע רגעי, אך השלב המכריע בתהליך הזה מתרחש הרבה לפני השבר הסופי. החוקרים גילו שהסדקים נולדים כמעין כתמים דו-ממדיים זעירים. האזורים האלה מתרחבים לאט במיוחד – במהירות של מיקרונים עד מילימטרים בשנייה. סדק לינארי ומהיר נוצר רק כאשר כתם כזה גדל עד לעובי החומר עצמו. שלב היווצרות הסדק האיטי תופס לפחות 75% מכלל תהליך השבר. המחקר פורסם בכתב העת Physical Review Letters.

במשך עשורים תיארה מכניקת השבר הקלאסית את התנהגות הסדקים לאחר שהאיצו, אך לא סיפקה תשובה לשאלה על ראשית התהליך. התיאוריה החדשה משלימה את הגישה הקלאסית וקושרת בין שלושה שלבים עוקבים: היווצרות, זחילה ושבר מתפרץ. עוד הראו הניסויים שהיווצרות הסדקים מתרחשת בסקאלות קטנות פי עשרה מאורך גריפית' הקלאסי – הגודל המזערי של סדק שממנו הוא נעשה בלתי יציב ומתחיל לגדול מעצמו ובמהירות.

מחברי המחקר מציינים את הקשר בין התהליכים בדגימות מעבדה ובטבע.

שותף למחקר, פרופ' ג'יי פיינברג, הדגיש את האוניברסליות של המנגנון שהתגלה: "קרע במתיחה וקרע חיכוכי עשויים לשקף אותו מנגנון גאומטרי בסיסי".

קרע חיכוכי הוא ניתוק והחלקה מהירים של שני משטחים הנמצאים במגע זה ביחס לזה, כאשר כוח הגזירה גובר על כוח חיכוך המנוחה ביניהם.

הבנת השלב הסמוי של היווצרות הסדק והתפתחותו תאפשר לבחון מחדש את דרכי הגילוי של פגמים בחומרים לפני שברם הסופי, וגם תשפוך אור על הפיזיקה של היווצרות רעידות אדמה לאורך שברים גאולוגיים, ובכלל זה לאורך בקע ים המלח. שם מתרחשות רעידות אדמה במחזוריות של 100-150 שנה (האחרונה – ב-1927), והן מהוות דוגמה קלאסית לקרע חיכוכי טבעי הנוצר בחיכוך בין הלוחות הטקטוניים.