الإجهاد والانفعال وميكانيكا المتصل للأرض
يُوصَف تشوه الأرض، من إجهاد الزلازل المرن إلى تدفق الوشاح اللزج، بواسطة ميكانيكا المتصل، التي تربط الإجهاد المؤثر داخل الصخر بالانفعال والتدفق الناتج عنه.
Definition
ميكانيكا متصل الأرض هي تطبيق ميكانيكا الأوساط المتصلة، وموترات الإجهاد والانفعال وقوانين الحفظ والعلاقات التأسيسية التي تحكمها، لوصف كيفية تشوه الأرض الصلبة مرنًا ولزجًا ولدنيًا تحت تأثير القوى المطبقة.
Scope
يغطي هذا الموضوع الأسس الميكانيكية للمتصل في الديناميكا الجيولوجية: موترات الإجهاد والانفعال، ومعادلات الاتزان وحفظ الزخم، والعلاقات التأسيسية التي تربط الإجهاد بالتشوه. ويتناول المرونة الخطية وقانون هوك للتشوه قصير المدى، والسلوك اللزج واللزج المرن للتدفق طويل المدى، والاستجابات المرنة واللزجة واللدنة مجتمعة التي تصف مواد الأرض عبر المقاييس الزمنية. وينصب التركيز على الإطار الرياضي الذي يقوم عليه كل من التشوه الزلزالي وحمل الوشاح.
Core questions
- كيف يتم تمثيل الإجهاد والانفعال كموترات في أرض تتشوه؟
- ما هي قوانين الحفظ التي تحكم الاتزان وحركة الأوساط المتصلة؟
- كيف تصف القوانين التأسيسية المرنة واللزجة واللزجة المرنة مواد الأرض؟
- لماذا يتصرف نفس الصخر بمرونة على المقاييس الزمنية القصيرة وبلزوجة على المقاييس الطويلة؟
Key concepts
- موتّرات الإجهاد والانفعال
- الاتزان وحفظ الزخم
- المرونة الخطية وقانون هوك
- العلاقات التأسيسية اللزجة واللزجة المرنة
- أنظمة التشوه الهش والمطيل واللدن
Key theories
- المرونة الخطية
- بالنسبة للتشوهات الصغيرة وقصيرة المدى، يطيع الصخر قانون هوك، حيث يتناسب الإجهاد طرديًا مع الانفعال من خلال معاملات المرونة؛ ويقوم هذا الإطار على أساس انتشار الموجات الزلزالية، وتراكم الإجهاد قبل الزلازل، وانثناء الغلاف الصخري.
- الريولوجيا اللزجة المرنة لمواد الأرض
- على مدى فترات زمنية طويلة، يسترخي الصخر ويتدفق بلزوجة، لذا يوصف سلوكه بنماذج لزجة مرنة مدمجة تعتمد فيها الاستجابة على المقياس الزمني للتحميل، مما يوفق بين السلوك المرن الصلب في الزلازل والزحف الشبيه بالمائع في الحمل الحراري.
Mechanisms
تُحدث القوى المطبقة حالة من الإجهاد الداخلي توصف بموتّر؛ وتستجيب المادة بالانفعال أو التدفق وفقًا لقانونها التأسيسي، وتستعيد مرونتها للأحمال الصغيرة والسريعة ولكنها تزحف بشكل لا رجعة فيه تحت الإجهاد المستمر مع هجرة العيوب، بحيث يعتمد السلوك السائد، سواء كان مرنًا أو لزجًا أو لدنيًا، على حجم التحميل ومدته ودرجة حرارته وضغط الحصر.
Clinical relevance
يقوم هذا الإطار المتصل على أساس نمذجة انتشار الموجات الزلزالية، ودورة إجهاد الزلازل، وانثناء الغلاف الصخري، والتكيف المتوازن الجليدي، وحمل الوشاح، مما يجعله أساسًا رياضيًا مشتركًا عبر الجيوفيزياء.
History
قام كوشي بصياغة موتر الإجهاد ومعادلات المرونة في القرن التاسع عشر، بناءً على أعمال نافييه وهوك وأويلر؛ وقد قامت الديناميكا الجيولوجية في القرن العشرين بتكييف هذا الإطار المتصل، مضيفة قوانين تأسيسية لزجة ولزجة مرنة لوصف النطاق الكامل لتشوه الأرض الصلبة.
Key figures
- Augustin-Louis Cauchy
- Donald Turcotte
- Giorgio Ranalli
Related topics
Seminal works
- turcotte2014
- ranalli1995
- malvern1969
Frequently asked questions
- ما الفرق بين الإجهاد والانفعال؟
- الإجهاد هو القوة الداخلية لكل وحدة مساحة المؤثرة داخل المادة، بينما الانفعال هو التشوه الناتج، أي التغير في الشكل أو الحجم؛ وتربط العلاقات التأسيسية مثل قانون هوك بين الاثنين، واصفة كيف ينتج إجهاد معين انفعالًا معينًا.
- كيف يمكن للصخر أن يكون مرنًا وقادرًا على التدفق في آن واحد؟
- يعتمد السلوك على المقياس الزمني: فبالنسبة للتشوهات القصيرة والصغيرة للموجات الزلزالية، يعود الصخر إلى حالته المرنة، ولكن تحت الإجهادات المطبقة لآلاف إلى ملايين السنين، فإنه يزحف ويتدفق كالسائل اللزج جدًا، وهذا هو السبب في أن نفس الوشاح ينقل الزلازل ومع ذلك يقوم بالحمل الحراري.