Страница 3 из 15
Энергия землетрясений
Любое состояние горного массива с высокой энергетической накачкой крайне неустойчиво и горный массив будет всеми путями стремиться к скорейшему сбросу энергии, что и происходит, в первую очередь, при тепловой конверсии, метаморфизме, горообразовании и тектогенезе горных пород. Именно принцип минимума энергии оградил нас от каждодневных мелких или разрушительных землетрясений и породил на нашей планете красивейшие и величественные горные системы. Не было бы принципа минимума энергии системы ни Гималаи, ни Кавказ, ни Альпы не существовали бы на земле. Если мы не будем тратить энергию на удержание пружины в сжатом положении, то она тут же сбросит запасённую энергию. Ну, а грозовая туча разрядится при первой же возможности, если не через заземление, то через рассеивание энергии между молекулами воздуха в атмосфере. Рассуждая об энергии землетрясений, последователи Рейда - Рихтера словно забыли (не знали?) о существовании второго закона термодинамики (1850г.), из которого и вытекает принцип минимума энергии и механизм преобразования различных форм материи из одной формы в другую. Из него можно сделать вывод: избыточная энергия абсолютно любой системы "конвертируется", если так можно сказать, не в виде потенциальной энергии упругих деформаций и мифической энергии резиновой отдачи Рейда, а в виде перехода одной формы энергии в другую. Это может вылиться в образование новых химических связей, изменение орбит электронов и структур в виде физических размеров и объёма, и, наконец, в напряжённости энергетического поля, с помощью которого происходит энергетический обмен и поддержание стабильности системы. Именно второй закон термодинамики постулирует невозможность передачи тепла от более холодной системы к более горячей. Проще говоря, не может физический булыжник, нагретый туристами в костре, не передавать полученную энергию тепла окружающей его природной среде и оставаться горячим много-много лет! Иначе нам пришлось бы признать булыжник вечным двигателем и погибнуть. Именно погибнуть, ибо согласно теории Вероятностей, какой-нибудь один из сотен миллионов горных массивов (систем), тектонических плит, блоков, пластов за миллиарды лет, что существует Земля, Джоуль за Джоулем, смог бы скопить и одномоментно реализовать такое количество энергии, что её бы хватило расколоть земной шар на несколько частей. Но этого ужасного и катастрофического события до сих пор не произошло и, к счастью для нас, никогда не произойдёт именно благодаря принципу минимума энергии системы, который вкупе с фундаментальным законом сохранения энергии определяют существование вселенной. В этой связи буквально напрашивается в текст хорошо известный и анекдотичный пример, который, к сожалению, анекдотом не является, как один "учёный" предложил первому президенту России Б.Н. Ельцину реализовать проект извлечения запасённой булыжником энергии, полученной им от деформаций, которым подвергся этот булыжником в далёком прошлом. Как вы знаете, этот "учёный" получил(!) на его реализацию 120 миллионов рублей из бюджета [3]. А что сделали учёные-рейдисты, прекрасно понимая, что если продолжать следовать в русле их гипотезы накопления горным массивом энергии деформации, то в какой-то момент времени, какой-то отдельный горный массив сможет накопить энергию, достаточную для разрушения Земли? Они "гениально" и в приказном порядке ограничили накопление энергетической насыщенности массива до предела землетрясения с магнитудой 9, а землетрясения свыше магнитуды 9 запретили [4]. Выходит, что в современной сейсмологии физические законы работают до установленного ими предела магнитуды 9, а после достижения этой "роковой девятки", законы работать отказываются. При этом исследователи ссылаются на особые физико-химические параметры горного массива и байки сейсмологов о невозможности растрескивания массива на глубине свыше 50 км. Приводятся и другие специфические данные глубинного строения земной коры, которые, якобы, не позволят массиву копить энергию деформаций свыше М9, словно кто-то в настоящее время может с уверенностью сказать, какова реальная физическая и химическая структура горных пород на большой глубине, и какие супер особые процессы, не подчиняющиеся физическим законам на поверхности Земли, там происходят. Именно поэтому, так и не решив проблему физического образования и накопления в массиве энергии землетрясений, её природу, форму и выделяемое количество в единицу времени, сейсмологи наизобретали большое количество методик расчёта магнитуды землетрясений[5], которые на самом деле не совсем согласуются с результатами наблюдений. Мало этого, учёные, в качестве доказательства аккумулирования горным массивом потенциальной энергии деформаций, постарались привязать сюда известный эмпирический закон [6] Гуттенберга - Рихтера:
LgN = a - bM (1)
где а и b - эмпирические константы, которые описывают зависимость между магнитудой и общим числом землетрясений для любого заданного региона и промежутка времени. При этом исследователи привязывают константы повторяемости землетрясений к различным пространственным и временным вариациям, одной из которых является неизвестно откуда взявшаяся запасённая энергия деформаций горного массива, о величине и природе которой ученые-рейдисты, только гадают. Странно, но некоторые исследователи не могут понять простого вывода, вытекающего из ими же приведённого закона повторяемости землетрясений: массив, разрушенный прежними землетрясениями, никаким образом не может накапливать энергию упругих деформаций в силу того, что он подвергся пластическим деформациям, разрушен сетью трещин и разбит на многочисленные блоки разломами, сбросами и сдвигами, посредством которых энергия деформаций будет неудержимо и ежесекундно утекать невидимыми ручейками в окружающее пространство. А это означает, что в районе произошедшего когда-то землетрясения повторные подземные толчки физически невозможны. Согласно, опять же, второму закону термодинамики, чтобы разрушенный массив начал воспринимать упругие нагрузки, не говоря уже об аккумулировании их энергии, его надо сначала "подлатать: склеить, заново родить, наложить гипс, перекристаллизовать", а, следовательно, затратить энергию и время. Но, к неподдельному удивлению и изумлению последователей Рейда и Рихтера, землетрясения в одних и тех же районах Земли повторяются и повторяются!? За примерами далеко ходить не надо: Япония, Мексика, Аляска, Камчатка. Вот и приходится исследователям этой школы, чтобы хоть как-то оправдать сей парадокс, выдумывать лазейки для "поддержания наплаву" гипотезы о накоплении горным массивом энергии и ограничить её предельной магнитудой 9. А на самом деле, закон Гуттенберга-Рихтера и второй закон термодинамики позволяют сделать два простых, но очень важных для геофизики вывода. Первый: если массив подвергался подземным толчкам и разрушен на мелкие блоки, а землетрясения в этом районе продолжаются, то это значит, что гипоцентры землетрясений представляют собой реально небольшие элементарные объёмы породы, которые когда-то являлись частью бывшего цельного массива. Маленькие каверны внезапных выбросов в шахтах от 1м3 до наибольшей известной каверны примерно 2500м3 (13 Х 13 Х 15 метров образовавшейся после внезапного выброса при проходке тоннеля Арпа - Севан), подтверждают это заключение. То есть, если взять блок массива в виде куба с ребром всего 100 метров и объёмом 1 000 000 м3 и применить принцип подобия, то этого объёма хватит в 400 раз повысить силу Севанского выброса и получить "приличное" землетрясение. Второй вывод органически вытекает из первого - чем на большее количество блоков землетрясение разбило массив, тем чаще в этом районе будут происходить землетрясения. То есть, чем больше блоков и чем меньше их размеры, тем больше неустойчивость горного массива, а каждый потерявший устойчивость блок способен генерировать свой собственный очаг землетрясения. Сейсмоактивные зоны земной коры подтверждают наш вывод. Математические модели, описывающие соотношения между напряжениями и деформациями для различных горных пород, давно разработаны и подкреплены экспериментальными данными. Эти модели достаточно точно отражают реальные свойства различных материалов, которые мы можем применить к горным породам, и именно результаты математического моделирования показывают, что потенциальная энергия деформаций может накапливаться в горном массиве. Но здесь существует одно но, которое перечёркивает все модели применительно к процессу землетрясений, а именно - условие нагружения образца. Другими словами, если мы говорим о накоплении энергии горным массивом, то мы должны говорить об упругих деформациях с позиции модели упругости и пластичности. Математически же свойство упругости выражается в установлении взаимно однозначной функциональной зависимости между компонентами тензора напряжений и тензора деформаций и отражает не только свойства материалов, но обязательный параметр, без которого математическая модель не будет соответствовать действительности - условие восприятия деформационных нагрузок. Для большинства материалов свойство упругости проявляется при умеренных значениях внешних сил, приводящих к малым деформациям, при малых скоростях приложения нагрузок за большой промежуток времени, что почти идеально подходит для описания деформации горных пород массива. Всё, кроме одного - испытываемый образец находится в массиве и не обладает плоскостями свободы, чтобы, как обыкновенная пружина, изменив под действием деформации объём и форму, сохранять полученную энергию, чтобы потом реализовать её в виде сейсмической волны. Следовательно, не изменив форму и размеры, нельзя накапливать энергию. Это легко доказывается: чтобы определить потенциальную энергию, накапливаемую в процессе упругой деформации, рассмотрим элементарный объем: