Страница 2 из 15
Догма Рейда-Рихтера
Суть проблемы ложного посыла догмы Рейда-Рихтера хорошо понятна из статьи номинанта на Нобелевскую премию 2016 года, академика РАН, А.Л. Бучаченко [2]: - "Земная кора не является ни абсолютно упругим, ни абсолютно пластическим телом - и в ней запасается упругая энергия, в ней запаздывание между деформационной накачкой энергии и её катастрофическим высвобождением (землетрясением) достигает нескольких лет, а иногда столетии". Эту работу мы приводим в качестве примера классического и типового стереотипа рассуждения о причинах и энергетики землетрясений. Видимо авторитет Рейда и Рихтера, авторитет сотен научных звёзд зарубежной и отечественной геофизики, присягнувших догме накопления горным массивом энергии деформаций как источнике землетрясений, не позволили автору прорваться сквозь барьер этого стереотипа. В своей работе автор попытался ответить на главный вопрос: может ли накапливать энергию упругое тело - горный массив? И отвечает - нет, ибо вся упругая энергия будет тратиться на образование микротрещин и разрыв межмолекулярных и химических связей. При этом автор ссылается на разработанный в 1920 году механизм релаксации энергии в упругих телах господина Гриффитса и словно забывает о существовании обыкновенных пружин. Мы понимаем стремление автора подвести нас к своему коньку - теме развития трещин в процессе магнитопластичности, но вынуждены возразить, ибо, по нашим представлениям, теория А. Гриффитса имеет ряд существенных недостатков применительно к горному массиву. Во-первых, его энергетическая концепция рассматривает разрушение твердого тела как атермический процесс, следовательно, она физически не может быть оправдана для работы механизма разрушения массива при вулканических, средне и глубокофокусных землетрясениях, когда массив находится под длительным (тысячелетия)воздействием высокой температуры. Во-вторых, не учитывается зависимость прочности массива от временного фактора и, следовательно, от степени деградации массива, длящейся тысячи и тысячи лет. В-третьих, при расчёте критического напряжения из равенства изменения упругой энергии деформации массива и изменения его поверхностной энергии не учитываются механические потери на разрушение массива, что противоречит закону сохранения энергии. Следовательно, если мы и можем применить механизм А. Гриффитса применительно к горному массиву, то с большой осторожностью и, не слишком доверяя полученным результатам. Как бы там не было, автор на первый вопрос ответил отрицательно: - упругий массив, ни каким образом не может накапливать энергию деформаций (!). Это очень важное заключение. Второй вопрос автора статьи прозвучал так: может ли горный массив накапливать энергию деформаций, находясь в пластическом состоянии? И отвечает так же, как и на первый вопрос: - ни в коём случае. Теперь, казалось бы, всё стало на свои места, и автору пора констатировать революционный и единственно правильный вывод из того, что он заключил: горный массив не может накапливать энергию деформаций и, следовательно, догма Рейда-Рихтера, к большому и всеобщему сожалению, является ложной. Но именно в этот момент автор статьи делает довольно интересное заявление, которое мы привели выше и ввиду его важности повторяем сейчас: "Земная кора не является ни абсолютно упругим, ни абсолютно пластическим телом - и в ней запасается упругая энергия, в ней запаздывание между деформационной накачкой энергии и её катастрофическим высвобождением (землетрясением) достигает нескольких лет, а иногда столетий". Видимо беззаветно веря в непогрешимость догмы Рейда-Ритера, автор в последний момент не решился делать столь радикальный вывод о её ложности. Он обходит возникшее теоретическое препятствие, возведённое им же самим, вводя понятие промежуточного состояния земной коры, которая в этом состоянии, как он полагает, имеет возможность аккумулировать энергию деформаций и сохранять её в горном массиве сотни лет(!). Мы согласны, что одни и те же твёрдые тела одновременно могут быть упругими и пластичными. Это зависит от характера деформации, свойств тела, температуры. В физике, это состояние тела легко и давно объяснено во многих работах: в твердых телах при деформации частицы, которые находятся в узлах кристаллической решетки, смещаются из положений равновесия. Смещению мешают молекулярные силы, с которыми взаимодействуют частицы твердого тела между собой. Если деформация является упругой, то в кристаллах атомы смещаются незначительно. При пограничных величинах деформаций смещения атомов могут быть в несколько раз больше, чем расстояния между ними, но масштабного нарушения всей кристаллической структуры тела нет и только отдельные слои кристаллической решетки проскальзывают относительно друг друга. Кроме того, смещение атомных слоев идет не одновременно по всему объему, а может начинаться только в некоторых краевых частей горного тела, пласта, блока. Возникает вопрос: может ли горный массив находиться в таком пограничном состоянии? Ответ очевиден, да, может. К примеру, в течение короткого промежутка времени, когда в момент изменения энергии горного давления будут закрываться или, наоборот, открываться микротрещины массива. Мы знаем, что тело может аккумулировать энергию, если меняет форму и размеры, что и произойдёт, когда начнут смыкаться-размыкаться микротрещины. В этот момент массив будет представлять собой именно не упругое и не пластичное тело, а промежуточное, о котором ведёт речь автор статьи. Но, к великому сожалению автора этой гипотезы, никакой энергии аккумулировать массив не сможет, так как всю энергию деформаций он потратит на пластическое смыкание-размыкание трещин, а после этого массив опять превратится в упругое тело, не способное накапливать энергию. При всём уважении к приверженцам школы Рейда и Рихтера и к автору статьи, хочется задать простой вопрос на который они никогда не найдут ответ если будут придерживаться своей гипотезы. Как и чем объяснить источник и накопление энергии деформаций горным массивом при техногенных или обвальных землетрясениях, которые происходят буквально в течение нескольких секунд или минут после технического, технологического или природного события (например: после обвала пород, ядерного испытания) в абсолютно асейсмичных районах? Каким образом из ничего возникает сейсмическая энергия в массиве? Это невозможно, ибо по своей логической и идеализированной сути пребывания массива в состоянии покоя за тысячи и миллионы лет эти районы стали изолированными системами, которые (почти) не обмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Согласно постулату второго закона термодинамики такая система со временем постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, где даже чисто теоретически ни о каком накоплении (!) упругой энергии деформаций не может быть и речи, ибо ей попросту неоткуда взяться. Последователям Рейда и Рихтера, да и всем остальным исследователям сейсмических процессов, в начале объяснения процесса землетрясения было бы правильно предложить научному обществу хотя бы один из известных науке механических, физических или химических механизмов накопления энергии породами горного массива, а уже потом переходить непосредственно к вопросу механизма землетрясения. К примеру, известно, как грозовая туча накапливает механическую энергию ветра в форме электрического заряда, а пружина накапливает энергию деформации в форме потенциальной энергии. Известно, что для процесса аккумулирования энергии необходимо выполнить определённые условия, без которых процесс накопления энергии невозможен. Как видно в случае с пружиной, этим условием будет изменение её формы и размеров. Для работы свинцово-кислотных аккумуляторов необходима электрохимическая реакция свинца и диоксида свинца в растворе серной кислоты. А каковы условия накопления энергии для горного массива? И какова будет форма энергии? В какие ещё формы она будет или не будет трансформироваться? Странно, но почему-то никто за последние столетие не попытался и не пытается объяснить с точки зрения физической, химической или математической модели работу природного аккумулятора энергии землетрясений. Где в горном массиве клеймы"плюс" и "минус", которые аккумулируют энергию и питают процесс подвижек земной коры? Нам не только не разъясняют детальное устройство этого накопителя энергии, но даже в общих чертах физический смысл и приблизительный принцип его магической работы. Чудо? Природный феномен? Нет ответа и на ещё один важный вопрос: что собой представляет явление или процесс, не позволяющий упругой энергии деформаций рассеиваться в окружающем пространстве, хотя бы в виде элементарного теплового излучения? Почему энергия не расходуется до последнего Джоуля на естественные, нескончаемые процессы метаморфизма, горообразования и тектогенеза горных пород, которые требуют ежесекундного грандиозного расхода энергии? Этот же важный вопрос прозвучал и у автора выше отмеченной статьи: - "Ключевой вопрос, в котором заключена интрига землетрясения, - почему при огромном изобилии механизмов и каналов релаксации энергии, вносимой деформацией (через генерацию дефектов и вакансий, дислокаций, микро - и макроскопических трещин и т.д.), все-таки деформационная накачка энергии превосходит утечку, сброс энергии". К сожалению, ответа на этот вопрос в статье не последовало, а без ответа на этот вопрос, как вы понимаете, в сейсмологии невозможно сделать даже не шаг, а полшага, ибо неизвестно направление, куда следует двигаться. А ответ на этот архиважный вопрос очевиден и лежит на поверхности - никакого природного аккумулятора энергии землетрясений не существует и не может существовать!!! Аккумулирование энергии любой существующей в природе горной системой противоречит хорошо известному любому физику и химику постулату Принципа Минимума Энергии, который гласит, что любая система стремится к самому низкоэнергетическому из доступных системе состояний.