UA-11868742-1

Землетрясения под микроскопом

8 декабря 2011. Землетрясение — это одна из самых страшных природных катастроф, пока так до конца и не изученных. Хотя местонахождение крупнейших тектонических разломов хорошо известно, не так много учёных могут предсказать время, место и силу землетрясений. Так как во время землетрясений высвобождаются миллионы тонн камней, группа учёных из Университета Пенсильвании и Университета Брауна, изучающая характер трения на наноуровне, сделала открытие, которое поможет понять природу катастроф.

Профессор Роберт Карпик, возглавляющий факультет машиностроения и прикладной механики, вел исследование совместно с Терри Туллис и профессором геологии Дэвидом Голдсби в Университете Брауна. Эксперименты и моделирование осуществлялись под руководством автора проекта и исследователя в группе Каприка Цуньян Ли, который недавно был назначен доцентом авиационно-космического факультета Университета Цинхуа в Китае. Исследование будет опубликовано в журнале «Nature».

Работа была инициирована после обнаружения необычного явления, имеющего место как в естественных, так и в лабораторных условиях: материалы становятся всё более устойчивыми к скольжению, чем дольше они находятся в контакте друг с другом.

Эта особенность является основополагающей в вопросе возникновения землетрясений. Чем дольше материалы находятся в контакте, тем сильнее сила сопротивления между ними, и тем жёстче и неустойчивей последующее скольжение. Со временем энергия накапливается и высвобождается в виде землетрясения. Хотя геологи, физики и механики изучают это явление уже многие десятилетия, механизм, который запускает и со временем усиливает силу трения, пока остается загадкой. Существуют две основные теории о том, почему это происходит.

см. также: «Помощь» воды землетрясениям

"Одна гипотеза утверждает, что площадь соприкосновения со временем деформируется и увеличивается, — заявил Карпик. — Другая основана на предположении, что соприкасающиеся поверхности со временем становятся более прочными.»

Сложность заключается в том, что точки касания обязательно находятся в месте соединения двух материалов и поэтому трудно доступны для наблюдения. В одном из уникальных прорывных экспериментов сквозь проницаемые материалы, соединенные вместе, был пропущен свет, чтобы измерить рост точек касания. Но ученые решили упростить задачу и наблюдать только за одной точкой касания: концом атомно-силового микроскопа. Атомно-силовой микроскоп — это самый подходящий прибор для изучения прочности сцепления двух поверхностей. В отличие от эксперимента с пропусканием света, атомно-силовой микроскоп проводит измерения на наноуровне, используя очень острый наконечник, чувствительный к малейшему движению отдельных атомов. Учёные провели эксперимент с кремнием — главным элементом любой геологической породы. Они надавливали кремниевым наконечником на кремниевую поверхность в течение разного промежутка времени и затем измеряли количество фрикций, им произведенных. Этот эксперимент был повторён и с другими веществами: алмазом и графитом. Немаловажно, что и алмаз, и графит являются химически инертными. Так как оба вещества не входят в химическую реакцию с кремнием, «фрикционное старение» происходило только лишь по причине изменения площади поверхности соприкосновения, а не прочности сцепления.

«Мы обнаружили, сильное «старение» при трении кремния о кремний. Но при трении кремния о графитную или алмазную поверхность, даже если к наконечнику прилагается такая же сила давления, эффект «старения» практически не наблюдается, — сказал Ли. — Если бы увеличение площади соприкосновения было бы причиной «фрикционного старения», в случае с алмазной поверхностью были бы получены те же показатели, или даже выше, так как алмаз прочнее. Поэтому давление в кремнии было выше и вызвало бы большую деформацию наконечника».

Результаты трения кремния о кремний поставили учёных в тупик: сильное «фрикционное старение» на наноуровне никак не увязывается с более слабым на макроуровне, когда происходят настоящие землетрясения».

«Будущие исследования будут проведены при более высоких уровнях давления, при котором количество точек касания будет иметь большее значение. Мы также хотим определить влияние различных температур, которые в геологии играют немаловажную роль, и наблюдать за экспериментом в реальном времени при помощи электронного микроскопа», — сказал Каприк.

Перевод: Ellen
Источник: TerraDaily.com

2 комментария “Землетрясения под микроскопом”

  1. Дык, в чем открытие, то? То, что ученые до сих пор толком не знают как и почему происходят землетрясы, это все и так знают...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *