Under konstant stress, vissa mjuka material omorganiserar sig själva på ett sätt som liknar hur jordskorpan omstruktureras under jordbävningar, en ny studie av forskare vid Indian Institute of Science (IISc), Raman Research Institute (RRI) och ETH Zürich har hittat.

Teamet studerade tunna ark av två typer av mjuka material - en tätt packad gel av tvålliknande molekyler, och ett glas gjort av nanopartiklar av lera – klippt mellan två stålplattor. När kraften kontinuerligt applicerades av plattan på materialet, den interna omorganisationen av materialet genererade burst-liknande mönster över tid som liknade seismografdata som genererades av jordbävningar.

"När du utövar en viss stress, materialet försöker anpassa sig. Dess skjuvhastighet är fluktuerande. Denna fluktuation liknar det som ses under jordbävningar, " säger Ajay Sood, DST Year of Science Chair Professor vid Institutionen för fysik, IISc, och senior författare till tidningen publicerad i Naturkommunikation .

Jordbävningar uppstår vanligtvis på grund av friktion mellan bitar av jordens yta som kallas tektoniska plattor, släpper ut ett plötsligt utbrott av energi som orsakar allvarliga skador på miljön och människoliv. Forskare vet fortfarande inte hur de ska förutsäga när en jordbävning kommer att drabba härnäst, eller hur stark den kommer att vara.

För att simulera jordbävningar i labbet, forskare använder vanligtvis kraft på stenar eller keramiska material och studerar hur de deformeras och spricker under stress. Men eftersom dessa är fasta ämnen, det kan vara svårt att studera förändringar som sker inuti materialen innan de spricker upp.

"Den största nackdelen med dessa tidigare experiment är att ingen kan undersöka domänstrukturen direkt, " säger Sayantan Majumdar, Docent vid RRI och en av författarna. "Vi kan inte se vad som händer inuti materialet."

I den aktuella studien, forskarna använde mjuka material istället, och observerade hur de reagerade under stress. Med hjälp av ett optiskt mikroskop och kamera, de kunde titta närmare på hur insidan av materialet förändrades över tiden.

De fann att hastigheten med vilken materialet omorganiserade sig visade burst-liknande mönster som kvarstod över tusentals sekunder, liknar seismiska för- och efterskalv. Dessa händelser inträffar vanligtvis över hundratals kilometer under jordbävningar. "Vi kunde observera detta fenomen i en skala på cirka 10 mikron. Det är en stor fördel, säger Pradip Bera, första författare och en doktorsexamen. student vid institutionen för fysik, IISc.

Forskarna fann också att dessa mönster följde lagar som styr jordbävningsdynamiken. En av dessa, kallad Gutenberg-Richter-lagen, beskriver styrkan hos jordbävningar. Annan, kallad Omori-lagen, beskriver hur frekvensen av efterskalv minskar över tid. Värden för matematiska parametrar definierade av dessa lagar, när det beräknas för de mjuka materialen, befanns vara mycket nära dem som har rapporterats för riktiga jordbävningar. Tidsskillnaderna mellan spikarna visade sig också nära matcha verkliga mönster.

Forskarna hoppas att ytterligare studier på sådana material så småningom kommer att hjälpa till att identifiera mikroskopiska föregångare till jordbävningar.