Горная порода вода и трение как причины землетрясений

Горная порода вода и трение как причины землетрясений

Наномасштабное знание отношений между водой, трением и химией минералов способствует лучшему пониманию динамики землетрясений. Эти выводы подтверждает новое исследование, проведённое инженерами Университета штата Иллинойс. Специалисты использовали микроскопические измерения трения с целью подтверждения выводов о том, что при правильных условиях некоторые камни способны растворяться, чем вызываются сбои общей структуры.

Исследования эксперименты с горной породой

Результаты исследований, опубликованные журналом «Nature Communications», подробно рассматривают, как вода и кальцит — минерал, широко распространённый внутри земной коры — взаимодействуют при различных давлениях и составах грунтовых вод, оказывая влияние на силы трения, образующиеся вдоль разломов.

Учёные подтверждают существование воды в конструкциях таких систем. В горных породах на поверхности минералов и в порах между минеральными зернами есть вода. Присутствие воды особенно характерно для кальцитосодержащих пород причине близости воды к минералу.

По мнению исследователей, прежде проводимые исследования также подтверждали связь с наличием воды, провоцирующей движение породы и землетрясения.

Однако точный механизм оставался непонятным. Это наблюдение особенно распространено в районах, где происходят операции по измельчению — процесс, который включает использование массы воды.

Теперешнее исследование фокусируется на богатых кальцитом породах в присутствии соляного раствора (естественных соленых грунтовых вод) вдоль поверхностей разломов. Поверхности горных пород, которые трутся друг о друга вдоль разломов, не являются гладкими.

Исследователи в рамках эксперимента увеличили естественные крошечные недостатки или неровности на поверхностях пород, называемые неровностями, при которых трение и износ возникают, когда две поверхности скользят друг мимо друга.

Для производства экспериментов команда погрузила кристаллы кальцита в растворы соляного раствора в различных концентрациях и подвергла их различным давлениям, чтобы имитировать естественную установку разломов.

Как только масса кристаллов вошла в равновесии с раствором, специалисты использовали атомный силовой микроскоп, чтобы перетащить крошечный рычаг с кремниевым наконечником  (имитировать неровность) через кристалл и таким образом измерить изменения сил трения.

Результаты экспериментов и предположения

Изначально обнаружилось вполне ожидаемое явление: по мере увеличения давления, приложенного к кристаллам, сопротивление движению наконечника через поверхность кристалла увеличивается. Однако когда увеличивали давление до определенной границы, и наконечник перемещался достаточно медленно, сопротивление трения снижалось.

Основываясь на результатах эксперимента, специалисты предположили, что можно снизить риск землетрясений путём преднамеренного изменения состава рассола в районах, содержащих богатые кальцитом породы. Однако необходимы дальнейшие изучения явления.


На основе материалов: UIUC