Страница 5 из 15
Гипотеза Деформационного взрыва пород
Гипотеза Деформационного взрыва, описанная в этих работах, с появлением на "сцене" события электрического заряда в горном массиве и вызванный им ток самоиндукции проясняет, как возникает, и реализуются энергия в горном массиве. Как в горных породах появляются свободные радикалы или ионы, как начинается процесс цепной химической реакции перехода газов из твёрдого раствора в газообразное состояние, и выделение которых в огромных количествах мы наблюдаем при землетрясениях и внезапных выбросах. Как в результате фазовых переходов энергия, выделившаяся вследствие изменения формы кристаллической решётки после исхода газов и вследствие разного рода стрикций и процесса магнитопластичности, развивают подвижку земной коры и в конечном итоге вызывают сейсмический удар. Упрощая ситуацию до школьного уровня, можно сказать, что электрический заряд в атмосфере вызывает молнию, электрический заряд в воде вызывает гидравлический удар [12,13 видиофайл], а электрический заряд в горном массиве вызывает землетрясение. Исходя из этого, предлагаем рассмотреть природу возникновения электромагнитных сил в горном массиве, которые, по нашему убеждению, и являются источником и спусковым механизмом процесса землетрясений и внезапных выбросов породы и газов в шахтах и которые тянут за собой последующие комбинации различных по природе событий. Что собой представляет электрон? Ответ только один - электрон есть заряженная частица и это не подлежит никакому сомнению с точки зрения современной науки. При изменении горного давления в каком-то объёме горного массива происходит изменение размеров атомов (размеров электронный облаков), из которых состоит порода массива вследствие реакции кристаллических решёток на силу горного давления, которая действовала на породы в течение миллионов лет. В этом случае, согласно закону сохранения момента импульса, электроны начнут с ускорением, по спирали отдаляться от атома. Сила, которая "гонит прочь" электроны является сила реакции, возникшая как производная от силы объёмного сжатия массива. Эта сила, постарается отодвинуть электрон на положенную ему природой, "законную" (стационарную) орбиту, которую он имел до приложения силы объёмного сжатия пород. После достижения электроном "законной" орбиты, кулоновская сила начнёт тормозить движение электрона, стараясь удержать его на этой, положенной ему природой орбите. Как мы знаем ещё из курса школьной физики, при движении заряда (электрона) возникает электрический ток, то есть горный массив становится проводником, по которому потечёт электрический ток. Но, для того чтобы между двумя точками протекал электрический ток, необходимо, чтобы возникшие электрические заряды носили разноименную полярность, что и будет происходить в массиве, так как появившиеся области с разным горным давлением будут генерировать разную полярность. Возникнет разность потенциалов. В момент пробоя "изолятора" через горные породы протечет огромной силы ток, который и принесет целый список неприятностей. На Рис. 2. а), б), в) показаны условия возникновения подземных электрических разрядов при изменении горного давления в массиве.
Рис.2, появление электрического разряда в массиве в момент изменения горного давления.
а) горное давление одинаково распределено по горному массиву, заряды и разность потенциалов отсутствует или незначительны;
б) горное давление меняется по простиранию горного массива, образуются области с разными по величине зарядами, но разность потенциалов еще недостаточна для возникновения электрического разряда;
в) резкое изменение давления в соседних областях горного массива, возникновение зарядов с большой разностью величин (высокое значение разности потенциалов), приводящее к электрическому разряду в массиве.
Так как движение электронов в горном массиве будет происходить с ускорением, то сила тока будет меняться, и электрический ток будет носить переменный характер. Вокруг заряда возникнут электрические и магнитные поля. В результате изменения силы тока произойдёт изменение магнитного поля, что повлечёт за собой появление индукционного тока, названный Фарадеем током самоиндукции, который в свою очередь, вызовет появление поля самоиндукции. Именно ток самоиндукции и возникшая при этом ЭДС самоиндукции при торможении электрона и попытке кулоновской силы удержать электрон на "законной" (стационарной) орбите начнёт ей активно противодействовать и вытеснять электрон за пределы атома. При энергии достаточной для преодоления первого ионизационного потенциала электрон покинет атом, превращая его в ион, а сам становится свободным зарядом. В итоге получается такая схема: при резкой разгрузке горного массива в его породах начинается ускоренное движение электронов за счёт потенциальной энергии искривления кристаллических решёток пород в виде реакции на объёмное сжатие массива. При ускоренном движении электронов возникнет ток самоиндукции, который в начале процесса движения электронов будет тормозить их, а потом, в противовес кулоновской силе, станет выталкивать электроны с их орбит. Здесь, в целях упрощения, мы говорим с позиции модели атома Резерфорда, а на самом деле мы должны говорить о возможных нахождениях электронов на орбиталях атома и об их возможных траекториях (точках нахождения) вне орбиталей и о взаимном влиянии орбиталей друг на друга в связи с перемещением электронов. Если у электронов с помощью тока самоиндукции хватит энергии уйти от ядра атома, то за счёт свободных электронов и образовавшихся свободных радикалов и ионов произойдёт ионизация горного массива со всеми вытекающими последствиями. Например, возникнет (может возникнуть) банальный электрический пробой, то есть явление резкого возрастания силы тока в диэлектрике, возникающее при приложении напряжения выше напряжения пробоя. Пробой может происходить в течение миллиардной доли секунды или установиться на длительное время (режим стабильного многочасового гудения и дрожания вулканического массива, не результат ли установившегося длительного пробоя?). Характер пробоя будет зависеть от многих факторов, но главная из них будет длина свободного пробега электрона, так как от этого зависит ионизация молекул кристаллической решётки и концентрация носителей заряда, которая может перерасти в лавину. Разгоняясь в сильном электрическом поле на расстоянии свободного пробега, электроны могут приобретать кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации атомов или молекул материала при соударениях с ними. В результате каждого такого столкновения с достаточной для ионизации энергией возникает пара противоположно заряженных частиц, одна или обе из которых также начинают разгоняться электрическим полем и могут далее участвовать в ударной ионизации. Вторым существенным фактором будет температура. При увеличении температуры свободным электронам легче ионизировать атомы решётки, поэтому пробивное напряжение уменьшается. Разогрев может происходить в результате теплопередачи извне (вулканическое тепло, теплота массива средне и глубокофокусных землетрясений). Ещё одним важным фактором служит сорбированный массивом газ, который ионизируются раньше, чем пробивается твёрдое вещество, возникающие при этом газовые разряды дополняют общую картину. Другим примером развития событий может стать цепная химическая реакция. Газ, растворённый в породе в виде твёрдого раствора, начнёт переходить в свободное состояние и покидать места, занимаемые им в кристаллических решётках породы, которые были деформированы силой объёмного сжатия. Произойдёт так называемый Холодный взрыв [14,15]. Кристаллические решётки начнут принимать свою первоначальную форму, в результате чего выделится потенциальная энергия, равная энергии затраченной горным массивом на сжатие пород. Плюс, в результате возникновения электрического и магнитного полей, фазовых переходов, температурных перепадов и механических деформаций массива обязательно возникнут явления различных стрикций (электро, механо, термо, магнито). Произойдёт объёмное расширение горного массива (возможно и расширение - сжатие с определённой частотой). Процессы стрикций начнут "раскачивать" горный массив, что приведёт к сейсмическим ударам в виде пульсаций (фортшоков) предваряющих главный удар. В этот момент начнётся цепной процесс магнитопластичности, который дополнит картину землетрясения. Исходя из опыта случившихся землетрясений и внезапных выбросов и зная огромные скорости прохождения цепных химических реакций и цепных процессов магнитопластичности, главный удар может произойти сразу, без "раскачки", буквально за считанные секунды. Такое случается довольно часто, и протекание всего процесса зависит от горно-геологических, физических и химических факторов горного массива. В ходе дискуссий по обсуждению причин подземных толчков с коллегами, нами был сделан вывод, что главным препятствием для понимания процесса землетрясения помимо догмы Рейда-Рихтера, является стереотип устройства атома, как жёстко связанной системе атом-электрон. Из него делается вывод, что никакое силовое воздействие на атом не способно изменить орбиты его электронов и говорить об энергии электронных облаков, участвующей в процессе землетрясений мы не имеем права. Утверждая обратное мы якобы вторгаемся в область ядерных реакций, где присутствуют совершенно другие уровни и формы энергии. Согласно этому распространённому стереотипу считается, что электронные облака обжать невозможно, а горное или иное, сколь угодно высокое давление способно приблизить друг к другу только атомы, а сами электроны якобы незыблемо остаются на своих орбитах (орбиталях). При этом (почему-то?) не учитывается такой простой факт, что масса только части ядра атома - протона в 1836 раз больше массы электрона и практически вся масса атома (99,99998%) сосредоточена в ядре. Простой ответ в дилемме: - что легче сдвинуть с места при воздействии физической силы на атом:"маковое зёрнышко"-электрон, или "арбуз" -ядро расставляет все точки в этом вопросе. В нашей природной среде просто не существует давления способного преодолеть кулоновский барьер и сблизить атомы на расстояния необходимые для старта ядерных реакций, в противном случае в глубине Земли, как на Солнце, происходили бы эти реакции. При получении металлического водорода в Гарварде было достигнуто давление в 5 миллионов атмосфер, но даже этого давления оказалось не достаточным для преодоления кулоновского барьера и старта ядерной реакции. Почему-то не принимается во внимание и то, что ядерные реакции, это процесс деления атомного ядра, который может сопровождаться изменением его состава и строения, что приводит к образованию атомов новых элементов, а искажение формы и размеров электронных оболочек, это результат рядовых химических реакций, которые ежесекундно в неисчислимых количествах проходят в природе. То есть мы говорим о взаимодействии электромагнитных полей, возникающих вокруг электронов и ядер атомов тех веществ, которые принимают участие в образовании новой молекулы или кристалла и о взаимодействии между заряженными частицами и ни в коем случае не говорим об образовании ядер новых элементов. Из курса школьной химии известно, что химическая связь имеет не ядерную, а электрическую природу, о которой ещё в 19 веке нам поведал Г. Дэви. Электроны связаны с ядром энергией, величина которой зависит от того, на каком уровне расположены электроны. Чем выше уровень, на котором находится электрон, тем меньше энергия связи. Наиболее прочная связь электронов с ядром наблюдается у электронов на К-уровне. Так для углерода энергия связи электронов составляет 280 эВ, стронция - 16 кэВ, цезия - 36 кэВ, урана - 280 кэВ. На внешних же энергетических уровнях энергия связи электронов не превышает всего 1-2 эВ. Следовательно, если бы химическая связь электронов с ядром была прочная, то никаких химических реакций, а значит, и жизни на земле не было. Простой пример теплового расширения вещества показывает, с какой лёгкостью уже при разности температур в 200С под действием поступающей энергии тепла электроны "запросто гуляют" вокруг ядра по орбиталям и под действием возникающих при этом электромагнитных сил свободно покидают "родной" атом. Нам кажется, что стереотип супер прочности связки: ядро - электрон драматически переоценен и покоится на школьном фундаменте модели атома Резерфорда, в котором электроны летают вокруг ядра по круговым орбитам намертво удерживаемые на них "жёсткой сцепкой" Кулоновской силой. Но модель Резерфорда - это очень примерный набросок устройства атома и с позиции этой модели невозможно говорить об электронном облаке атома водорода, у которого всего один электрон. Но электронное облако у водорода существует, так же, как и его размер, форма и плотность ввиду того, что электрон не локализован в пространстве, как в модели Резерфорда. Электрон имеет некоторое (вероятное) пространственное распределение в виде облака, причем плотность этого облака в любой точке характеризуется квадратом волновой функции, то есть электронное облако, это не круговая орбита электрона, а усреднение вероятных расположений электрона в пространстве - орбиталь. Мы не должны забывать, что каждая орбиталь имеет своё, присущее только этой орбитали электронную конфигурацию, которая в свою очередь, будет отличаться и по размеру и по форме и по плотности от других орбиталей атома. Плюс к этому, взаимодействуя между собой под действием деформационных сил горного массива, атомные орбитали будут создавать комбинации различных электромагнитных взаимодействий друг на друга, которые и будут определять свойства вещества и его энергетику в момент воздействия на ядро внешних сил. Получается огромный калейдоскоп с неимоверным количеством электронов, атомов и молекул, которые с поворотом этого калейдоскопа изменением горного давления в массиве, начнут отчаянно"биться за свои права" на шестнадцати базовых атомных орбиталях: 1s, 3p, 5d, 7f, поглощая или отдавая энергию, образуя поля и волны, Рис 3.Но и это не весь калейдоскоп картинок, возникающий при изменении горного давления в массиве, у электрона ещё есть спин со своим фундаментальным свойством его сохранения, и который дирижирует процессами магнитного взаимодействия. Будучи ничтожно маленькими по энергии, магнитные взаимодействия могут запустить неудержимые процессы, связанные с выделением огромного количества энергии. Но и это ещё не все, добавим в миксер калейдоскопа газонасыщенность массива, его структурные геологические особенности, гидросостояние и ещё много второстепенных параметров. В результате "игры природных сил" при изменении горного давления в массиве начнут образовываться бесконечные композиции состояния вещества: полей, волн и энергий и при "удачном" стечении каких-то случайных параметров при огромном выборе комбинаций и, располагая достаточным временем, природа легко может смоделировать сейсмический удар или внезапный выброс. А кажущийся хаос этого процесса, и случайность событий могут вполне оказаться пересечением закономерностей, о которых мы пока не ведаем.