Аннотация: Неучи Рейд и Рихтер выдумали теорию землетрясений, которая как научный Иван Сусанин завела сейсмологов в глухой тупик. Где сейсмология и сгинула из науки
Методические заметки
УДК 550.34, 551.2, 537.86
Бычков Сергей Викторович, горный инженер, Новокузнецк, Россия. Serguei58@rambler.ru
Герусов Александр Иванович, горный инженер, Новокузнецк, Россия. Ager28@rambler.ru
Источник землетрясений в свете догмы Рейда-Рихтера. Деформационный взрыв горных пород как источник сейсмической активности
Главная цель работы - развенчание несметно расплодившейся в геофизических трудах догмы Рейда - Рихтера [H.Reid, C.Richter] об аккумулировании горным массивом энергии деформаций как источнике землетрясений. Как следствие сейсмология перестала развиваться и в научном сообществе появились необоснованные выводы о невозможности предотвращения землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов. Прикладной целью данной работы является выявление теоретической и практической связи хорошо известных и изученных физических явлений с процессом подвижек горного массива и обоснование способности этих явлений служить проводниками и источниками подземных толчков, горных ударов и внезапных выбросов в свете гипотезы Деформационного взрыва пород горного массива.
Sources of Earthquakes in the Light of the Reid-Richter Dogma and the Hypothesis of the Deformational Explosion of Rocks of the Mountain Massif
Annotation
The main goal of this work is to debunk the dogma of Reid-Richter (H.Reid, C.Richter) about the accumulation of deformation energy as a source of earth crust movements in the field of geophysics. As a consequence, seismology ceased to develop and in the scientific community there were unreasonable conclusions about the impossibility of preventing earthquakes, mountain impacts and sudden emissions. The applied goal of this work is to reveal the theoretical and practical connection of well-known and studied physical phenomena. This will be considered with regard to the process of rock mass motions and substantiation of their ability to serve as conductors and sources of earthquakes, rock hits and sudden outbursts in the light of the hypothesis of the Deformational Explosion of Rocks of the mountain massif.
Содержание
Введение
Догма Рейда-Рихтера
Энергия землетрясений
Деформационный взрыв горных пород
Физические, химические и механические явления сопутствующие землетрясениям
Явление магнитопластичности
Магнитострикция, электрострикция и другие виды стрикций
Радиолиз
Электромеханические эффекты
Пьезоэффект
Пироэлектрический эффект
Сегнетоэлектрический эффект
Эффект генерации заряда при кристаллизации элементов горного массива
Цепная химическая реакция
Прикладная часть
Техногенные землетрясения
Морозобойные землетрясения
Вулканические землетрясения
Тектонические землетрясения
Комбинированное землетрясение
Проблемы прогноза и предупреждения землетрясений
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящий момент в геофизике сложилась парадоксальная ситуация: наука сейсмология, как часть геофизики, существует, а реальные результаты исследований, которые заслуживали бы всеобщее доверие и признание, отсутствуют. Учёными-сейсмологами выполнены тысячи теоретических трудов, которые на самом деле никаким образом не отражают физического смысла землетрясения и его главной части - энергетического источника подземных толчков. Виною сложившемуся положению дел является гипотеза Рейда-Рихтера[H.Reid, C.Richter], ставшая догматическим фундаментом сейсмологии. На поверку эта гипотеза нарушает фундаментальные законы физики и, следовательно, является лженаучной. Таким образом, не имея реальной теории энергетического источника сейсмических подвижек земной коры, все исследования этого процесса упирались, упираются, и будут упираться в тупик, пока сейсмология не обретёт почву в виде теории, опирающейся на научную основу. Вся беда заключается в том, что Рейд и Рихтер или не знали или не понимали физического смысла второго закона термодинамики и принципа минимума энергии, вытекающего из этого закона, применительно к горному массиву и процессу землетрясений. Последовавшие за ними исследователи сейсмических процессов в силу академической инерции мышления, стереотипизации и низкого критического анализа предложенной идеи, мало того, что приняли эту гипотезу без должного критического анализа, то есть приняли на веру, но и возвели её в ранг догмы. Существующие в настоящее время теории происхождения землетрясений на базе этой догмы противоречивы и трактуют одни и те же сейсмические события как совершенно разные процессы, вызванные разными причинами. До сих пор не сформулирована единая теория землетрясений, которая была бы способна объяснить законы и источники подвижек земной коры для различных геологических и физических свойств горного массива. А отсутствие даже микроскопических результатов в деле прогноза и предотвращения землетрясений однозначно указывают на полное и провальное несоответствие современных представлений о природе землетрясений и наблюдаемой практической картине. Почти все известные теории подвижек земной коры, пути и методы их исследования зашли в глухой тупик, а сейсмологическое поле исследований превратилось в огромный лабиринт, из которого, кажется, нет выхода. Какой бы путь учёные не выбрали, они вынуждены возвращаться на исходные позиции вездесущей и ложной гипотезы Резиновой отдачи 1910 года, чтобы через очередной десяток лет теоретических, лабораторных и полевых исследований опять вернуться в исходную точку. Именно в результате полного отсутствия прогресса в ходе исследований процесса землетрясений в научной среде сложилось устойчивое мнение о якобы невозможности не только прогноза, но и предупреждения землетрясений ввиду отсутствия какой-либо системы и набором факторов и условий абсолютно случайного и хаотичного характера, ведущих к непредсказуемости этого события с ничтожной вероятностью прогноза. Значительная часть существующих сегодня моделей очагов землетрясений разработанных на платформе научных идей Г.Ф. Рейда и Ч.Ф. Рихтера сводится к идее накопления горным массивом энергии упругих деформаций, как источнике и движущей силе сейсмических подвижек. В рамках их концепций, за малыми несущественными отличиями, утверждается, что подземным толчкам предшествует появление препятствий смещению пород вдоль разлома горного массива, которое определяет постепенное повышение действующих упругих напряжений. В результате этого сброс внутренней механической энергии горным массивом резко замедляется, что приводит к накоплению энергии упругих деформаций с последующей их реализацией в виде толчков. Эта широко известная гипотеза стала путеводной звездой и неизменным атрибутом мировой сейсмологии и превратилась в догму. К сожалению, все современные представления о процессе землетрясений [1], основанные на этой гипотезе, а также на её многочисленных теоретических клонах, не только не объясняют физической сути происходящих событий в гипоцентрах землетрясений, но, по сути, являются лженаучными, ибо противоречат фундаментальным законам физики. Но даже в этом виде догма не объясняет природу сейсмических ударов, ибо до сих пор нет ответа на вопрос не только о способах и формах аккумулировании энергии горным массивом, но и о физическом смысле возникновения энергии в очаге землетрясений. Чуть выше мы выделили слова механическая энергия, которые наглядно показывают однобокость физического понятия энергии данного в догме и которая сводят механику и физику этого процесса к банальному рассмотрению вопроса накопления и реализации энергии деформаций с позиции резины, рессоры или пружины. Мир науки продвинулся далеко вперёд, а сейсмология так и осталась на уровне знаний человечества начала 20 века. Как известно, понятие энергии как основы материи, как основы всего, что существует во Вселенной, довольно сложно. Поэтому совсем неудивительно, что некоторые исследователи демонстрировали и демонстрируют непонимание всех её видов, участвующих в таком сложном процессе, как землетрясение. Начиная от энергии полей и волн до молекул, атомов и частиц. Как в контексте механизмов перехода энергии из одних форм в другие, так и в контексте её выделения в гипоцентре землетрясения в конечной форме - сейсмическом ударе. Видимо, этим объясняется и из этого вытекает непонимание того, что энергия является формой движения и что, к примеру, запах, исходящий от ветки акации, также является движением, а мера этого движения - энергия запаха ветки акации в окружающем мире, абсолютно ничем не отличается от энергии землетрясения. Разве только удельным значением. Именно второй закон термодинамики, с его, казалось бы, простой формулировкой, определяющей его суть, изложенной Рудольфом Клаузиусом: "Само собой теплота передаётся лишь от тела с более высокой температурой к телу с меньшей температурой. В обратном направлении самопроизвольная передача теплоты невозможна" - спутал мысли не одного великого учёного, как в прошлом, так и в настоящем временах. Это известно из истории Физики и перечислять их имена здесь не имеет смысла. Отсюда путанность понятий и нелепые ошибки некоторых исследователей в понимании и объяснении энергетики сейсмических процессов, а отсюда и самой физической сути процесса землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов.
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.
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:
dV=dxdydz (2)
в условиях одноосного напряжения (растяжения-сжатия) образца Рис.1. На образец действует сила σxdydz . Эта сила совершает работу на перемещении εxdx . При увеличении напряжения от нулевого уровня до значения σxсоответствующая деформация в силу закона Гука также увеличивается от нуля до значения εx, а работа пропорциональна будет равна:
dА = 0.5σx εxdV (3)
В силу закона сохранения энергии это и будет потенциальная энергия, накапливаемая в процессе деформаций элементарным объёмом горного массива:
dА=dU=0.5σxεxdV (4)
Величина
Ф=dU / dV (5)
есть удельная потенциальная энергия деформации, имеющей физический смысл потенциальной энергии, накопленной в единице объема тела.
Рис.1 Расчетная схема энергии деформации σxdydz
В Связи с тем, что элементарный объём dV=dxdydz находится в массиве и не имеет плоскостей свободы, то любое одноосное нагружение мы можем рассматривать, как объёмное, которое, в свою очередь можно разделить на два состояния, в одном из которых изменяется элементарный объём, а в другом - форма. В связи с этим выделяют потенциальную энергию изменения объёма и потенциальную энергию изменения формы. Так, как наш элементарный объём находится в массиве, то никакого изменения объёма и изменения формы произойти не может, то есть εx= 0, следовательно
dА=dU=0.5σxх 0 хdV= 0 (6)
То есть, потенциальная энергия, накапливаемая в процессе деформации, как и удельная энергия деформации равны 0:
Ф=dU / dV = 0 (7)
А это означает, что горный массив при неизменном объёме и форме физически не может накапливать энергию упругих деформаций. Следовательно, абсолютно все теории, построенные на ошибочном выводе Рейда- Рихтера о накоплении горным массивом энергии деформаций несостоятельны и вредны. Именно эта грубейшая ошибка завела сейсмологию в глухой тупик, из которого учёные не могут найти выход вот уже многие десятилетия, год за годом наматывая теоретические круги вокруг гипотез Резиновой отдачи и Зацепов. Это ошибка хорошо и отчётливо видна и становится очевидной на примере воздействия на земную кору лунных приливов и отливов. Вне всякого сомнения, если бы горные массивы физически могли накапливать энергию деформаций, как утверждают многочисленные сторонники теории резиновой отдачи, то лунные приливы, заставляющие дважды в сутки регулярно "дышать" земную кору, за несколько лет так бы "накачали" породы земной коры энергией этих "вздохов", что нашему миру пришлось бы существовать при постоянных катастрофических землетрясениях. С другой стороны, влияние Земли на Луну намного интенсивнее и хватило бы всего несколько лет "накачки", чтобы разорвать Луну накопленной потенциальной энергией земных приливов. И это ещё не всё. Для полноты картины следует прибавить сюда "накачку" приливной энергии от силы притяжения Солнца. Последнее, что хотелось бы отметить по поводу накопления энергии деформаций массивом - это знаменитые горизонтальные и вертикальные "Зацепы" тектонических плит и блоков, о которых всегда и во всех гипотезах упоминают приверженцы Рейда - Рихтера как об основном источнике аккумулирования энергии землетрясений. Согласно прочностным характеристикам горных пород, кварц является одной из прочнейших пород с пределом прочности на сжатие около 500 Мпа. Возникает закономерный вопрос - как можно соотнести порог разрушения прочного кварца каких-то 500 Мпа с давлением в горном массиве в месте соприкосновения тектонических плит и блоков, достигающего величин нескольких ГПа? То есть, давления образования алмазов и давления, способного легко "выпучивать" из земной коры горные системы типа Гималаев и достигать величин в миллионы раз больше предельного порога разрушения любой породы? Очевидно, что в момент контакта поверхности соприкосновения тектонических плит всевозможные "Зацепы" будут мгновенно превращены в молекулярные обломки пород с выделением и рассеиванием энергии деформации в виде тепла и энергии процесса метаморфизма, который вызовет глубокие изменения в структуре окружающих пород. Под воздействием давления контактируемых поверхностей на фоне разрушения слоев горных пород происходит, и будет происходить их кристаллизация и перекристаллизация с последующим накоплением в зоне контакта этого вновь и вновь новообразующегося материала в течение длительных геологических периодов. Процесс непрерывного накопления метаморфических пород в зоне контакта тектонических плит выливается в процесс деформационного пучения земной коры. То есть, в земной коре происходит непрекращающийся ни на секунду процесс горообразования, который в свою очередь, продолжается последующим тектогенезом: процессом пластической деформации слоёв горного массива без нарушения их сплошности и приводящему к возникновению в горном массиве изгибов массы пород разных масштабов и форм. Например, это могут быть различного рода складки, волнистость, синклинали, антиклинали и т.д. Следовательно, говоря о движении и столкновении тектонических плит или отдельных блоков земной коры, как источнике землетрясений, мы ни в коем случае не можем говорить об упругих деформациях. И, тем более, мы не имеем права говорить о накоплении деформационной энергии горным массивом, ибо при высокоэнергетическом взаимодействии тектонических плит и блоков горного массива все деформации являются пластическими, и большая часть механической энергии этих деформаций рассеивается и расходуется за короткий промежуток времени на процессы горообразования. Мы полагаем, что сложившиеся стереотипы существующих гипотез аккумулирования массивом энергии деформаций и огромная инерционность мышления исследователей подвижек земной коры остаётся главным препятствием решения и понимания вопроса, откуда, каким образом и в какой форме горный массив черпает энергию, способную совершать работу по созданию сейсмического или горного ударов. Суммируя опыт наблюдений за землетрясениями, горными ударами и внезапными выбросами, можно с уверенностью сказать, что энергия подземных толчков образуется при изменении горного давления в массиве и многократного перехода кинетической энергии в потенциальную и, наоборот, в результате механо-электро-магнитических явлений в массиве и перехода одних форм энергии в другие. Чтобы наглядно объяснить, как образуется энергия землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов, предлагаем рассмотреть несколько примеров. Как мы выяснили выше, кинетическая энергия покоящегося массива всегда близка к нулю и возникает только в момент молекулярно-структурных перестроек массива при переходе потенциальной энергии его объёмного сжатия в кинетическую энергию движения электронов пород горного массива. Значит, мы можем констатировать важный вывод, что стартом и движущей силой любого землетрясения, горного удара и внезапного выброса служит только потенциальная энергия горного давления. Но, при стабильном состоянии горного массива, подчёркиваем - при стабильном состоянии, его потенциальная энергия, как и кинетическая, находится на минимуме (близка к нулю). Значит, мы можем констатировать следующий и окончательный вывод: стартом и движущей силой любого землетрясения, горного удара и внезапного выброса служит потенциальная энергия горного давления потерявшего устойчивость массива. Как мы знаем, потенциальная энергия системы (массива) описывается его взаимодействием с некоторым полем в некоторой точке и зависит от трех факторов: напряженности поля, координаты, описывающей точку, в которой находится массив и способности массива воспринять данное поле. Эта способность массива воспринять данное поле является важнейшей характеристикой тела, которая и объясняет, откуда в горном массиве появляется энергия сейсмического удара и которая объясняет всю суть процесса подвижек земной коры. Именно в способности массива воспринимать электромагнитное поле заключено решение образования энергии землетрясений и построена теория Деформационного взрыва, суть которого заключена в следующем и весьма простом положении: Если в массиве нет электрического заряда q, то есть если он равен нулю, электрическое поле "не существует" для данного участка массива и его энергия равна нулю или близка к нему. Это верно и для магнитного поля. Если у массива нет магнитного момента, он не будет реагировать на магнитное поле и энергия массива будет также близка к нулю. Всё это легко понять, представив вместо элементарного объёма горного массива бочку с порохом, которая находится в пороховом погребе и энергия которой равна минимуму и мало отличается от нуля. Как бы мы не пытались сообщить ей дополнительную энергию, долго катая бочку по трюму, как бы ни сталкивали её с другими бочками, как бы ни нагружали её, помещая под другие бочки, вплоть до её механического разрушения, энергия системы бочка + порох будет близка к нулю и не повысится ни на Джоуль. Следовательно, ни о каком накоплении энергии бочкой, которая может реализоваться взрывом, говорить не приходится. Но стоит поднести маленькую искру с энергией в десятые и даже сотые доли Джоуля к пороху и система выделит такое количество энергии, что её хватит, чтобы разворотить пороховой погреб. То есть, не мифическая энергия деформации стенок бочки и всей системы бочка+порох, а тепловой заряд даст старт целому ряду химических реакций и превращений, которые выделят при этом энергию взрыва пороха. Тоже происходит и при землетрясении, когда не накопленная мифическая энергия деформаций горного массива, а электрический заряд в горном массиве даёт старт целому ряду механо-электромагнитных и химических явлений и превращений, в результате которых выделится энергия подземных толчков, горных ударов и внезапных выбросов. В последние годы учёные, разочарованные отсутствием результатов по исследованиям сейсмических процессов предположили, что механизм землетрясений не лежит в основании одного физического явления, а представляет собой сложнейший многоступенчатый механизм на основе различных по природе физических явлений [7]. Похожие подозрения высказал известный новозеландский сейсмолог Д. Эйби, который заявил, что возможно большая часть энергии землетрясения высвобождается не от разрядки упругих напряжений массива, а от чего-то другого, а всё остальное только формы сейсмической активности [8]. То есть, учёные, наконец-то, допустили, что не только энергия упругих деформаций является причиной землетрясений, но и другие виды энергий ответственны за происхождение подземных толчков, т.е. комбинация различных по природе факторов и явлений. В работах [9,10,11] именно комбинациями механизмов образования и реализации энергии горного массива дано объяснение природы землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов в шахтах.
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.
Рис.3Форма и расположение в пространстве s-, p-, d- и f-орбиталей.
При действии горного давления в массиве есть один интересный момент, который проливает свет на механику энергии деформаций атома и позволяет нам сделать ряд важных выводов. Согласно постулатам Бора, при нагружении горного массива атомам молекул будет сообщена энергия от воздействия внешних сил. В этом случае электроны обязаны перейти на внешнюю орбиталь с поглощением кванта энергии Рис.3а. То есть электронное облако каждого атома должно уменьшиться по плотности, но увеличится в границе атома, а, следовательно, должен увеличиться объём каждого атома. Но в тоже время электронное облако атома будет прижиматься силой горного давления к ядру, то есть электрон должен уйти ближе к ядру на низшую орбиталь и при этом, согласно постулату Бора, он обязан отдать квант энергии Рис.3б.
Рис. 3 Нагружение и релаксация горного массива
При релаксации горного массива всё произойдёт с точностью наоборот, но результат в обоих случаях будет одинаков - при воздействии на горный массив энергии деформаций, массив будет меняться в объёме и размере и порциями (порцией)сбрасывать потенциальную энергию электронных облаков. И это не противоречит первому постулату Бора, который гласит: атомная система может находиться только в особых стационарќных, либо квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует некоторая энергия En.В стационарном состоянии атом не излучает энергии, а переход атомной системы из одного стационарного состояния в другое происходит скачком.Из этого постулата вытекает очевидный вывод о том, что энергия деформаций массива реализуется скачком, что уверенно подтверждается всеми произошедшими землетрясениями. Отсюда можно сделать очень важный вывод: - как только в массиве появляются деформационные силы, электроны вещества массива выходят из стационарного состояния и согласно постулату Бора, массив получает возможность реализовать полученную энергию в любой момент проявления сил деформаций. С этого момента массив находится в положении "взведённого курка" и начинается отсчёт до момента землетрясения, в случае реализации определённых условий, то есть, счёт в лучшем случае идёт на часы, в худшем - на минуты и секунды. Никакого времени для накапливания энергии землетрясения измеряемого столетиями, как учит нас догма Рейда-Рихтера, не требуется, так как горный массив реализует энергию текущих (сиюминутных) деформаций. Именно в этом заключён физический смысл форшоков, именно это подтверждено практикой, и именно это утверждает гипотеза Деформационного взрыва. К великому сожалению из этого следует сверхважный и печальный вывод для человечества - прогноз землетрясений в принципе невозможен, ибо это противоречит законам физики, в частности второму закону термодинамики. В таком случае выделять бюджетные деньги на программы прогноза землетрясений, это всё равно, что выделять деньги (ежегодно сотни миллионов долларов в развитых странах) на постройку вечного двигателя. Мы понимаем, что делая этот вывод, мы вызовем шквал негодования "проедателей" этих бюджетных денег, но жизненный опыт упрямо доказывает наш вывод. Несмотря на все современные и дорогостоящие методы и техники прогноза: космической геодезии, различных ультрасовременных датчиков и приборов электромагнитных измерений и зондирования, заложения высокочувствительных станций глубокого слежения, оборудование сейсмических станций с использованием GPS и их компьютерной связи через систему спутников - результатов этой затратной работы нет, и не может быть. Деньги выброшены на ветер. Калифорнийское землетрясение 1980 года, которое произошло в районе с существующей там супер современной мониторинговой сети, оснащённом многочисленными датчиками, телеметрией и полной компьютеризацией, наглядно нам это продемонстрировало. Здесь необходимо оговориться, что ультра краткосрочный прогноз землетрясения всё-таки возможен и не противоречит никаким физическим законам. Он измеряется теми несколькими часами, что может дать нам массив от момента потери устойчивости и до толчка, что также блистательно подтверждено единственным примером, когда крупное землетрясение - Хайченское, которое произошло 4.02.1975г. в Китае, удалось спрогнозировать (по внезапному изменению уровня воды в колодцах) за несколько часов до толчка и эвакуировать людей. Следующий вывод, который мы можем сделать, это то, что форма, размер и радиусы электронных облаков в момент изменения горного давления в массиве меняются, то это даёт возможность атомам горного массива трансформировать энергию деформаций в форме потенциальной энергии электронных облаков в энергию сейсмического удара. Здесь вполне уместна аналогия грозового облака земной атмосферы и электронного облака отдельно взятого атома. Ну и совсем очевидный, но важный вывод, вытекающий из постулата Бора - горный массив, в котором его атомная система находится в стационарном состоянии, не может излучать сейсмических волн.Значит, чтобы предотвратить землетрясения нам необходимо удерживать массив в этом стационарном состоянии. Какой бы фантастической не казалась эта идея, но опыт горных инженеров по борьбе с горными ударами и внезапными выбросами наглядно подтверждают: - предупреждать подземные толчки вполне возможно!
Как мы видим, процесс землетрясения - это сложнейший процесс образования и реализации горным массивом энергии деформаций. Каждое землетрясение отягощено множеством геологических особенностей и физико-химических свойств конкретного массива. Таких как: геологическое строение, гидрогеология, минералогия, газоносность, глубина гипоцентра, поверхностный рельеф и ещё много различных факторов, которые в свою очередь "тянут" за собой вытекающие из них следующие факторы "второго эшелона" и любой из них, способен либо заглушить начавшийся процесс Деформационного взрыва, либо катализировать его. К примеру, глубина события определяет температуру горного массива и объёмное давление действующие на кристаллические решётки минералов, которые в свою очередь определяют магнитные свойства горного массива и его поляризацию. Или, исследуя фактор геологического строения горного массива, мы должны обратить особое внимание на такой минерал, как кварц, массовая доля которого в земной коре более 69% и который встречается практически повсеместно. А там где кварц, там прямые и обратные пьезоэлектрические эффекты, а значит электрические заряды, которые вполне могут послужить детонатором Деформационного взрыва. Не надо сбрасывать со счетов и радиоактивные элементы, способные через радиолиз вызвать появление свободных радикалов. Со всей очевидностью следует, что значительную долю ответственности за землетрясения должна на себя взять поляризация горного массива, которая сопровождается появлением связанных электрических зарядов на поверхности массива и поворотом диполей. Это в свою очередь вызывает появление в массиве электромагнитных эффектов, способных за короткий промежуток времени запустить процесс Деформационного взрыва и разрушить горный массив с катастрофическими последствиями. Если пояснить Деформационный взрыв схематично, то получится такая картинка
Рис.4
Рис.4, где:
1.Горный массив до изменения горного давления,
2. Радиолиз. Образование в массиве свободных радикалов радиоактивной природы,
3. Появление в массиве электрического заряда и сил электрической природы,
4. Образование в массиве сил магнитной природы,
5. Цепная химическая реакция в массиве,
6. Поляризация массива, Электромеханические эффекты (пьезо, пиро, сегнето и др.)
7. Цепная реакция Магнитопластичности,
8. Исход газов из кристаллических решёток массива, изменение объёма массива,
9. Линейное и объёмное расширение массива вследствие стрикций,
10. Деппининг дислокаций массива вследствие магнитопластичности,
11. Сейсмический удар в массиве.
Предлагаем вам на анализе существующих знаний и накопленного человечеством опыта рассмотреть возможность прохождения землетрясений с последующим заключением о возможности (невозможности) электромагнитных и химических явлений участвовать в процессе землетрясений. Обращаем внимание, что главным и необходимым условием для начала процесса необходимо изменение горного давления в массиве и образования электрического заряда.
Физические, химические и механические явления, сопровождающие процессы землетрясений
Явление магнитопластичности.
В настоящее время хорошо известно и изучено явление снижения прочностных характеристик кристаллов помещённых в магнитное поле. В некоторых случаях явление приобретает цепной характер с растрескиванием массива в течение миллиардной доли секунды и катастрофической потерей прочности всего массива. Дело заключается в том, что деппининг дислокаций и прогресс трещиноватости массива в обычных условиях ограничен тем, что в процессе существования кристалла происходит постоянный обмен электронами между дислокацией и стопором (примесью, другой дислокацией). Процесс обмена происходит почти мгновенно, что не позволяет дислокации двигаться (совершать деппининг). Кристалл, а значит, и весь массив находится в "заторможенном" стабильном состоянии. Деппинингу дислокации мешает кулоновская сила притяжения электронов. Помещение кристалла в магнитное поле производит спиновую конверсию атомов из короткоживущего синглетного состояния S в триплетное долгоживущее состояние T, из которого обратный перенос электрона запрещён по спину:
где: е- - перенос электрона и образование дислокации в синглетном состоянии,
Н - магнитное поле,
Кst - скорость спиновой конверсии в триплетном состоянии,
F - Двигающаяся дислокация
Физически, это означает то, что магнитное поле освобождает дислокацию от кулоновского притяжения и увеличивает время жизни нахождения в " размороженном состоянии или с выключенным кулоном". То есть увеличивается вероятность деппининга, которое может привести к очень быстрому, цепному растрескиванию массива с "коллапсом всего кирпича". Это надёжно подтверждено экспериментально и убедительно подкреплено теорией поясняющей суть процесса в работе. Особенно хорошо это описал член РАН А. Л. Бучаченко в отмеченной нами выше работе [2]. Особого внимания в указанной работе заслуживают кинетические процессы магнитопластичности и сравнения их с кинетическими особенностями цепных химических и ядерных реакций. По сути, дислокация, в момент обмена электронами со стопором превращается в своеобразный свободный радикал, или выступает в роли нейтрона в процессе ядерной реакции, столь необходимые для старта цепных реакций, а спиновой запрет возврата электрона со стопора на дислокацию под действием магнитного поля, это своеобразный включатель процесса, или детонатор процесса магнитопластичности. То есть, зная кинематику цепных реакций, мы можем утверждать, что на практике процесс магнитопластичности должен иметь огромные скорости прохождения деформаций, которые принимают вид катастрофических разрушений горного массива. К этому следует добавить такие важные дополнения, как факты, приведённые в диссертации [16], в которой доказана аномальная чувствительность магнитопластического эффекта к слабым дозам рентгеновского облучения образцов и к одновременному действию слабых электрических полей, а также механических напряжений. Не потому ли львиная доля горных ударов и внезапных выбросов происходит в угольных шахтах, где, как известно, уголь почти везде слаборадиоактивен и наша идея о воздействии радиолиза на процесс подвижек земной коры находит своё подтверждение? Впрочем, как и горное давление в шахтах, которое в виде гравитационных и деформационных напряжений со значительной амплитудой ежечасно изменяются в горных выработках по мере проведения подготовительных выработок и отработки полезного ископаемого? Не оно ли вкупе с магнитопластичностью, радиолизом и другими факторами провоцируют подвижки горного массива в виде горных ударов и внезапных выбросов? Так возможна ли ситуация, когда процесс магнитопластичности выступит движущей силой землетрясения? Мы думаем, что это вполне возможно.
Магнитострикция, электрострикция и другие виды стрикций.
Все виды стрикций являются родственными явлениями, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела, приложении к нему электрического поля, деформационно-механических и тепловых нагрузок, его объем и линейные размеры горного массива изменяются. Выше мы рассмотрели принцип минимума энергии применительно к горному массиву и выяснили, что для выделения потенциальной энергии деформаций необходимым условием является изменение объёма тела или формы, что мы собственно и имеем при стрикционных процессах. Эффект стрикций вызван изменением взаимосвязей между атомами в кристаллической решётке, и поэтому свойственен абсолютно всем веществам. Изменение формы тела может проявляться, например, в растяжении, сжатии, изменении объёма. Относительное удлинение ΔL / L обычно варьируется в пределах и в среднем составляет ) 0,001 - 0,003 %. Однако в 1961 г. у некоторых элементов был открыт эффект гигантской магнитострикции, величина которого больше на два порядка и доходит до 0,5 %. Необходимо отметить ещё одну очень важную особенность этих эффектов - при взаимном воздействии друг на друга стрикции вызывают аномалии, вызывая своеобразный стрикционный резонанс. Например, наложение термострикции на обычное тепловое расширение приводит к аномалии в ходе теплового расширения. В некоторых феромагнитах и антиферромагнитах эти аномалии очень велики. А наложение напряжений при механострикции на магнитострикцию приводит к перераспределению магнитных моментов доменов, что ведёт к значительному изменению намагниченности, а это в свою очередь дает, дополнительную, резкую, похожую на толчок, деформацию. В наше время для получения искусственных алмазов используют несколько технологий, одна из которых основана как раз на явлении электрострикции. Эта технология заключается в производстве алмаза из кристаллического углерода, который помещают для обработки в специальный пресс. Сначала в камеру, где находится графит, подаётся вода под давлением в несколько десятков тысяч атмосфер. Таким образом, в камере создается высокое давление. Затем вода замерзает под действием хладагента, в результате чего давление увеличивается в 10 раз. На последнем этапе камера, в которой находится углерод, подключается к электрическим шинам и подается мощный электрический разряд длительностью в десятые доли секунды. В момент прохождения заряда в графите происходит явление электрострикции. Оно аномально усиливается другими стрикциями и создаёт ударную (сейсмическую) волну, которая на несколько порядков увеличивает и без того высокое давление в камере и в образце графита и он перекристаллизовывается в алмаз. Это точно повторяет картинку землетрясений, только в миниатюрном масштабе. Очевидно, что явления стрикций в горном массиве играют особую и решающую роль при вулканических типах землетрясений, так как огромный температурный перепад сопровождает и характеризует этот тип землетрясений. Явлениями стрикций и магнитопластичности можно легко объяснить хорошо известные факты, предваряющие внезапные выбросы породы и газов шахтах: шелушение забоя, стреляние забоя кусочками породы, различного рода шумы, нарастание газовыделения, потрескивание и другие подобные явления. Так же, как и гул при землетрясениях, напоминающий шум танковой колонны или огромного роя пчёл, и он ничем не будет отличаться от гула, издаваемого мощным трансформатором, который гудит именно по причине сжатия - растяжения сердечника трансформатора. Суть эффекта магнитострикции пояснена на Рис.5
Рис.5 Магнитострикция
Радиолиз.
Разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений в результате протекания радиационно-химических реакций. При радиолизе могут образовываться как свободные радикалы и ионы, так и отдельные нейтральные молекулы, вызывающие процессы деструктивного характера, протекающие при поглощении веществом энергии ионизирующего альфа-излучения. Альфа-излучение - это ядра атомов гелия, которые положительно заряжены. Естественное испускание характерно для неустойчивых радионуклидов рядов тория, урана. Альфа-частицы вылетают из ядра со скоростью до 20 тысяч км/сек. Они образуют сильную ионизацию среды, отрывая электроны из орбит атомов. Помимо свободных радикалов и ионов, которые сами по себе способны включить процесс цепной химической реакции, в результате радиолиза образуются углеводородные продукты, которые вносят свою лепту в процесс подвижек земной коры. Хорошим примером радиолиза под действием альфа - излучения может служить распад молекулы воды, которой предостаточно в земной коре, по следующей схеме: под действием излучения из молекулы воды выбивается электрон и образуется положительно заряженный ион воды:
γ→Н2О →е- + Н2О+ (9)
"Вырванный" электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды, образуя отрицательный ион воды:
е- + Н2О → Н2О- (10)
Ионы воды, которые при этом образовались, в свою очередь диссоциируют с образованием свободных радикалов водорода и гидроксида
(Н• ОН•): Н2О+ → Н+ + ОН•; Н2О-→ Н• + ОН- (11)
Срок жизни свободных радикалов - доли секунды, в течение которых наступает рекомбинация и восстановление нормальных молекул воды. Однако в результате исключительной реактивной способности в эти короткие промежутки своего существования свободные радикалы воды дают толчок другим реакциям, развивающимся по цепному самоускоряющемуся типу, а также, что особо важно для нас, к нарушению ее кристаллической структуры. То есть возникает радиастрикция, или деформация горного массива под действием радиации. Учитывая то, что носители радиоактивности широко распространены в земной коре и то, что радиолиз может радикально смещать равновесие химических реакций, инициировать и катализировать прохождение различных процессов, то нам следует признать, что радиолиз вполне может и является одним из потенциальных виновников спускового крючка подземных толчков.
Электромеханические эффекты
Пьезоэффект
Один из эффектов этого класса - пьезоэффект. О нём все всё давно знают, этот процесс изучен вдоль и поперёк, но почему-то (почему?) считается, что он никак не способен повлиять на такие мощные процессы, как подземные толчки. Но, важен не сам пьезоэффект, а то, что это ещё одно практическое доказательство возникновения электрических и магнитных полей в горном массиве, способных не только вызвать появление электрического заряда, но и способность горного массива деформироваться и в процессе деформации изменять свои геометрические параметры. Как мы знаем, существуют два взаимообратных пьезоэффекта: Прямой пьезоэффект возникает в том случае, когда упругая деформация кристалла ассиметрично искажает распределение положительных и отрицательных зарядов в структуре твёрдого тела, в результате чего возникает общий дипольный момент, те сеть возникает поляризация твёрдого тела. Как итог появляется электромагнитное поле. Обратный пьезоэффект возникает в массиве в том случае, когда внешнее электромагнитное поле вызывает искажение его размеров, проявляющееся в виде его деформации.
5.4.2. Пироэлектрический эффект
Следующий из эффектов этого класса - пироэлектрический эффект. Пироэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие самопроизвольной или спонтанной поляризацией в отсутствие внешних воздействий. Обычно спонтанная поляризация не заметна, так как электрическое поле, создаваемое ею, компенсируется полем свободных электрических зарядов, которые появляются на поверхности пироэлектрика из его объёма и из окружающего пространства. При изменении температуры величина спонтанной поляризации изменяется, что вызывает появление электрического поля, которое можно наблюдать до его компенсации свободными зарядами. Изменение спонтанной поляризации и появление электрического поля в пироэлектриках может происходить не только при изменении температуры, но и при механической деформации. Поэтому все пироэлектрики являются пьезоэлектриками, но не наоборот. Существование спонтанной поляризации, другими словами несовпадение центров тяжести положительных и отрицательных зарядов обусловлено достаточно низкой симметрией кристаллов.
5.4.3 Сегнетоэлектрический эффект
Следующий эффект этого класса - сегнетоэлектричество, или явление возникновения в определенном интервале температур спонтанной поляризации в кристалле, даже в отсутствии внешнего электрического поля, которое может быть переориентировано его приложением. Сегнетоэлектрики отличаются от пироэлектриков тем, что при определённой температуре их кристаллическая модификация меняется и спонтанная поляризация пропадает. При возникновении спонтанной поляризации сегнетоэлектрики обладают выраженным аномалиям электрических и других свойств, и в них при температуре ниже точки фазового перехода возникают спонтанные деформации и понижается симметрия решетки.
Эффект генерации электрического заряда при кристаллизации элементов горного массива
При соприкосновении двух тел, состоящих из различных веществ либо из одного вещества, но в разных фазах, на их границе возникает электрический заряд. Известно, что большинство примесей не передаются кристаллу, когда он начинает расти. При этом примеси скапливаются на границе твердой и жидкой сред, в виде двух слоев электрических зарядов разного знака, которые вызывают значительную разность потенциалов. Можно ожидать, что, вследствие различий в подвижности ионов разных фаз горного массива, при кристаллизации и перекристаллизации элементов массива, будет происходить сепарация ионов, а в результате - его электризация. Такое представление было выдвинуто Воркменом и Рейнольдсом [17], которые наблюдали электризацию при кристаллизации льда, но еще в 1942 г, Рибейро установил, что это справедливо не только для льда, но для органических диэлектриков и других материалов. Необходимо заметить, что процессы кристаллизации элементов горного массива предшествуют и сопровождают все виды землетрясений, за исключением обвальных, техногенных и динамических проявлений в шахтах. Возникновением электрического разряда при кристаллизации льда можно объяснить происхождение морозобойных землетрясений, а процессами кристаллизации пород горного массива можно объяснить вулканические и глубокофокусные землетрясения.
Сущность приведённых выше эффектов сводится к тому, что помещенные в электрическое поле породы массива начинают взаимодействовать с ним в зависимости от свойств пород и интенсивности поля. При наличии свободных зарядов - электронов или ионов, они начинают перемещаться, т.е. появляется электрический ток. Обратный процесс происходит при деформации пород. В породах, не обладающих свободными зарядами, происходит либо смещение внутренних связанных зарядов и неполярные электрически нейтральные молекулы становятся полярными, либо происходит ориентирование молекул, обладающих дипольным моментом. То есть происходит поляризацией породы со всеми вытекающими из этого последствиями - в горном массиве начинаются происходить деформации, которые аномально усиливают друг друга, вызывают другие реакции горного массива и вполне могут послужить спусковым крючком землетрясения, горного удара или внезапного выброса. А то, что порода может прекрасно служить проводником электрического тока, было доказано много раз. Например, Ф.Т. Фройнд [F.T. Freund], поставил опыт [18], который показал, что горная порода фактически является проводником. Проводимость породы, подверженной механическому удару или напряжению, увеличивается во много раз. Его опыт Рис.6 показал поведение образца породы (гранит - пурпурный прямоугольник) под действием механического возбуждения ("удар" - жёлтая стрелка, жёлтая вертикальная линия). Электрический ток (синяя кривая) измерялся между электродом (красный прямоугольник) и тремя катушками (оранжевый, зелёный и синий прямоугольники).
љ Sott.net, на основе данных F.T. Freund
Рис.6 Электрические эффекты механического удара по граниту.
До удара электрод и три обмотки показывают нулевой сигнал. Внутри породы электрический ток отсутствует. После удара (примерно через 50 микросекунд) гранит начинает проводить электричество. Все три катушки и верхний электрод фиксируют внезапный скачок электрического тока, идущего через камень.
Цепная химическая реакция в горном массиве
Причины появления электрического заряда, ЭДС самоиндукции и свободных радикалов в горном массиве, приводящих к цепной химической реакции и взрывной десорбции газов в горном массиве при изменении горного давления, хорошо объяснимы в сравнении с Холодным взрывом. Холодный взрыв [14, 15] явление цепной химической реакции, происходящей при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. Эффект был открыт в 1980 году в Институте химической физики АН СССР. Первоначально реакция была обнаружена для смеси метил циклогексана и хлора, охлаждённой до температуры ~10 К. Инициирование реакции обеспечивается лучом лазера, разбивавшим молекулы хлора на активные радикалы. В дальнейшем смесь быстро охлаждалась, превращаясь в стекловидную массу. В диапазоне температур от 60 до 10 К происходит взрыв. Механизм реакции объясняется наличием в образце деформаций сжатия, возникающих при быстром охлаждении в ходе самой реакции. При понижении температуры деформации в образце не успевают релаксировать, в породе появляются свободные радикалы, их число лавинообразно нарастает, что приводит к взрыву. Отличие процесса подвижек массива от процесса Холодного взрыва заключается в том, что в горной породе возникают не деформации сжатия, а деформации растяжения, а инициатором начала цепной реакции служит не луч лазера, а резкое изменение горного давления. А дальше всё происходит, как при Холодном взрыве - деформационные напряжения в горной породе не успевают релаксировать, в породе происходит образование свободных электронов-радикалов, электрического заряда и связанных с ним процессов электромеханических эффектов, поляризации пород, лавинообразного потока свободных радикалов, цепным реакциям растворённых в кристаллических решётках газов и обвальному деппинингу дислокаций. Всё это приводит к Деформационному взрыву, а он в свою очередь к образованию ударной волны. Основной идеей Деформационного взрыва является утверждение того, что весь процесс построен на скачкообразном изменении горного давления в массиве и появлению за счёт этого в массиве электрического заряда и как следствие к различным электромеханическим процессам в массиве, одним из которых является исход газов из кристаллической решётки пород горного массива. Это порождает перестройку кристаллической решётки и, следовательно, вся запасённая энергия сжатия кристаллической решётки реализуется в виде ударной волны. Если рассматривать процесс землетрясения и внезапного выброса с самого начала, то есть от начала формирования горного массива, то за многие миллионы лет газы атмосферы, газы углеводородов, магматические и другие газы, под действиями высоких температур и горного давления сорбировались породами горного массива в виде адсорбций, абсорбций и хемосорбций. В результате этого создавались связи с образованием устойчивых химических соединений, то есть в кристаллических решётках пород образовывались твёрдые растворы газов. Такая возможность была доказана российскими учёными, которые выполнили комплексные исследования по накачке пород газом (И.Л.Гуфельд, ОИФЗ РАН совместно коллективом НПО "Луч" МинАТОМа), исследования А.Ю. Намиота, М.М. Бондарева из Института Нефти, Л.Л. Шанина из ИГЕМ, В.В. Чердынцева из ГИН [&]. Эти опыты подтвердили, что при повышенных температурах и давлениях, газы, преодолевая энергетическое сопротивление кристаллических связей минералов и пород, вторгаются внутрь их структур, и переводят системы в метастабильную субстанцию. Фотографии каменного угля с включениями твёрдого раствора метана СН4 с помощью электронного микроскопа выполнилавтор научного открытия "Свойство органического вещества угля образовывать с газами метастабильные однофазные системы по типу твердых растворов"профессор Айруни А.Т.[19]. То есть, в процессе эволюции произошла накачка горных массивов различными газами и мы, по сути, получили целые горные зоны пород готовые к их мгновенной реализации. Теперь природе остаётся найти "запал" для этой готовой бомбы, чтобы при стечении определённых горных факторов прогремел взрыв. Одним из таких "запалов" являются свободные радикалы газов, которые образуются в горном массиве при резком падении горного давления. Общая формула образования свободных радикалов имеет следующий вид:
X→ X•+ + e¯ / Y + e¯ → Y•¯ (12)
В качестве примера рассмотрим прохождение цепной реакции молекулами водорода и кислорода (как наиболее изученной) Рис.7. Инициирования процесса цепной реакции:
H2 + O2→ 2OH• (13)
H• + O2→OH• + O• (14)
O• + H2→ OH• + H• (15)
OH• + H2→H2O + H• (16)
Мы получили три последовательные реакции (14,15,16) с суммирующей реакцией:
Н• + О2 + 2Н2 → ОН•+ 2Н• (17)
где одна активная частица превращается в три активных частицы: атомы кислорода O•, водорода Н• и свободный радикал ОН•
Рис.7 где: O*, H*, OHЈ, H2, O2- кислород, водород, их активные частицы и радикал.
Так как цепные реакции очень "капризны" к условиям, составу и прочим различным факторам, некоторые активные частицы могут погибнуть, не дав продолжения цепи, то приведённая схема реакции может выглядеть иначе. На самом деле подробная кинетическая схема химических реакций включает более 20 элементарных реакций с участием свободных радикалов в реагирующей смеси, а при наличии в системе соединений азота, углерода и других примесей число ветвей реакций существенно увеличивается. Не в этом суть, а том, что даже одного радикала с энергией 17 микро Джоуля может хватить, чтобы число активных центров начало расти в геометрической прогрессии и реакция перешла во взрывной режим. Для реакции каждой активной частицы с молекулой исходного вещества требуются миллиардные (!) доли секунды. За эти миллиардные доли секунды должны перестроиться и кристаллические решётки пород вмещающих газ, выделив при этом энергию затраченную массивом на деформацию решёток, изменив при этом свой объём и форму(!). Из практического опыта наблюдения и изучения внезапных выбросов хорошо известно, что в этом процессе могут принимать участие не только метан и водород, но и другие химические вещества. К примеру, известны внезапные одномоментные выбросы в миллионы кубических метров газа. Основными участником таких событий были газы: СH4, СО2, H2, N2 . Например, при Крымском землетрясении 1927 года [20] его очаг располагался в море и рыбаки, находящиеся в это момент в эпицентре, отметили вскипание моря и шум от выводящего из воды газа. Это указывает на то, что при землетрясении происходит резкая десорбция горного массива. Как показывает практика, все представленные в земной коре породы в процессе метаморфизма могут стать абсорбентами газов. Даже основные породы земной коры - базальты, обладающие высокой крепостью и плотностью и, казалось бы, неспособные служить адсорбентом, в процессе метаморфизма становятся идеальными очагами землетрясения. Так результаты [21] бурения сверхглубокой Тюменской скважины, полностью подтверждают этот вывод. С глубины 6424 метра скважина вскрыла толщу базальтов, которые в отличие от аналогичных по возрасту и составу пород,оказались сверхпористыми породами и превратились в идеальные адсорбенты.
Давайте рассмотрим образование малых форм землетрясений - горных ударов и внезапных выбросов с позиций возможности инициирования этого явления цепной химической реакцией. Глазами современной науки [22,23,24] газ, растворённый в горном массиве, при резком уменьшении окружающего горного давления, взрывообразно десорбируется из горного массива с выделением потенциально энергии сжатия газа и прорывается в горную выработку. Но мы прекрасно знаем, что адсорбированный газ при снятии внешнего давления переходит в свободное состояние и выделяется из породы не мгновенно, а в течение одного - двух часов. А абсорбированный газ выделяется из горного массива в течение несколько суток и недель, а хемосорбированный газ покидает горную породу в течение десятков лет и в большинстве случаев остаётся химически связанным с массивом навечно. Очевидно, что в таком случае, ни о каком резком и внезапном выбросе газового "мешка" из горного массива не может быть и речи, ибо свободного газа там нет до той минуты, пока в массиве не пройдёт цепная химическая реакция. Первый вопрос, на который мы должны ответить, это существуют ли в горном массиве те миллионы кубометров растворённого в нём газа? Ещё на заре становления угольной отрасли, немецкий химик Виктор Мейер провёл интересные опыты с определением количества газов, выделяемых из каменного угля при различных температурах [25]. Он нагревал стограммовые кубики угля с длинной ребра примерно 4 сантиметра до 3000 С и получал на выходе в среднем 1850 см3 различных газов (СО2 - 1,4%; СН4 - 98,5%; азота Ν - 0,1%). То есть пылинка угля в 1 грамм выделяет примерно 18,5 см3 газов готовых вступить в химическую реакцию. К этой цифре надо добавить примерно 20% хемосорбированного газа, а также можно с уверенностью сказать, что количество газов при увеличении температуры нагрева угля значительно возрастёт, как и скорость прохождения химических реакций. В таблице 1 приведены некоторые данные по выбросам на шахтах мира [26]:
Страна Шахта
Количество выброшенного угля, т Количество выделившегося газа, м³
Австралия Коллинсвил 800 140000
Великобритания Корвей 2500 70000
Германия Иббенбюрен 2500 4700
Канада Моррисей 3500 60000
Китай Санхуба 12780 1000000
Польша Нова Руда 3000 820000
СССР им. Гагарина
14500 >250000
Турция Козлу 1100 110000
Франция Фонтэн 5600 100000
Япония Юбари Шин 4000 600000
Табл.1 Внезапные выбросы на шахтах мира.
Как мы видим, у природы есть в закромах газ, стремящийся выйти из кристаллической решётки, и он готов в любую минуту мгновенно покинуть своё место в кристаллической решётке породы, чтобы вызвать сейсмический удар.
Прикладная часть
Уже Фарадей знал, что некоторые кристаллы электризуются при деформации и расщеплении. Он писал в 1833 г.: "Под обыкновенным электричеством я понимаю такое, которое можно получить от обычной машины, или из атмосферы, или посредством давления или расщепления кристаллов..." Ещё в конце ХХ века были предприняты первые попытки связать подземные толчки с отдельными электромагнитными явлениями. В этом направлении работали многие известные советско-российские учёные и учёные зарубежных стран: Г.И. Шевцов, Г.А. Соболев, З.И. Стаховская, А.В. Кольцов, О.М. Барсуков, В.Я. Антонченко, Н.С, В.В. Ильин В.В, М. П. Воларович, Э. И. Пархоменко У.Ямазаки, Т.Рикитаки и многие другие. Учёными были проделаны многочисленные полевые и лабораторные исследования горных пород, в ходе которых были выявлены механо-электро-магнитные эффекты присущие горному массиву и которые могли влиять на ход динамических проявлений в горных массивах. Показательна в этом плане диссертация В.С. Жукова [27], который изучал электрические параметры образцов горных пород Ашхабадского полигона при сложном напряжённом состоянии. Им были отмечены значительные знакопеременные вариации электрического сопротивления и электрического поля образцов при одноосном сжатии, которые, как он предположил, обусловлены деформацией и разрушением образцов, что вполне в духе нашей гипотезы Деформационного взрыва горных пород. В диссертации также приведены результаты теоретических и экспериментальных (полевых и лабораторных) исследований структуры и природы вариаций естественного электрического поля и электрического сопротивления горных пород в условиях мощного осадочного чехла. Эти результаты убедительно показывает, что основными причинами аномальных вариаций являются: перераспределение (фильтрация) поровой жидкости в зонах тектонических разломов, трещинообразование при деформации и разрушении горных пород, которые, в свою очередь, обусловлены изменениями тектонических напряжений. В работе также, отмечена способность пород, менять электрические свойства, и изменяются под действием циклов тектонического сжатия и разгрузки и то, что изменение этих свойств может указывать на изменение напряженного состояния и деформации пород. В результате этого, как отметил автор, могут возникать следующие явления: 1. Вариации электрического сопротивления горных пород. 2. Излучение электрических полей за счет пьезоэффекта горных пород. 3. Электрокинетические поля. 4. Другие механоэлектрические явления. Под другими явлениями автор видимо имел в виду различного рода стрикции, пиро и пьезо эффекты, что опять же хорошо согласуется с гипотезой Деформационного взрыва. Проводившиеся отмеченными выше исследователями лабораторное эксперименты также показали, что электропроводность горных пород может значительно увеличиваться при нагружении образцов и их деформировании. Это связывается с изменением структуры породы: изменением извилистости и площади поперечного сечения токопроводящих каналов. При деформации и разрушении горных пород большую роль играет давление поровой жидкости. Его увеличение облегчает разрушение пород и снижает электрическое сопротивление пород. Было установлено, что сопротивление образцов магматических пород в процессе нагружения падает почти на порядок и резко возрастает после разрушения. Рядом исследователей в лабораторных условиях изучались и изучаются электрические эффекты при образовании трещин и возникновении при этом электрического разряда связанного с движением дислокаций в отдельных блоках. В этой связи, основным вопросом при возникновении землетрясения является вопрос - каким образом происходит преобразование энергии деформации горного массива в механическую энергию сейсмического удара? В качестве возможных процессов механического воздействия электромагнитных импульсов на находящиеся в напряженном состоянии геологические структуры исследователями рассматривались все перечисленные выше эффекты, однако учёные недооценили их влияние, на процессы подвижек, посчитав, что перечисленные механизмы либо обладают пренебрежимо малым эффектом механического влияния, либо требуют выполнения маловероятного комплекса условий. Мы категорически не согласны с этим заключением и в качестве оппонирования приводим следующие примеры по различным видам землетрясений:
6.1. Техногенные землетрясения
Предлагаем к рассмотрению пример, как изменение горного давления в массиве служит стартом большинства землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов пород и газов. Возьмём так называемые наводимые, или техногенные землетрясения, произошедшие в связи с наполнением водохранилищ. Во-первых, возникает вопрос: почему техногенные землетрясения происходят не в зонах сейсмической активности, не в зонах движения тектонических плит, не в зонах разломов и действия вулканов, как это должно было быть по классическому подходу к рассмотрению причин землетрясений? И второй, главный вопрос: почему землетрясения происходят по мере заполнения водохранилищ, почему прекращаются с окончанием заполнения и почему начинаются вновь, как только по каким-то причинам начинается слив воды из водохранилища? То есть толчки происходят только в момент изменения уровня зеркала водохранилища, а значит и изменения горного давления под ним? Предваряя описание примера, напоминаем, что процесс землетрясения по гипотезе Деформационного взрыва пород - это сложный многоступенчатый процесс в котором принимают участие различные физические, химические и механические явления, которые вкупе с горно-геологическими характеристиками массива и условиями нагружения и будут определять возможность прохождения землетрясения. Наличие деформационной нагрузки в горном массиве является только одним из главных, но недостаточных условий для возникновения подземных толчков, так, же как и при взрыве газа метана в угольной шахте, при котором наличие газа метана является главным, но только одним из многих условий взрыва. Например, чтобы в выработке скопился газ метан и произошёл его взрыв, датчик метана в забое должен быть неисправен. Или должен произойти внезапный и залповый выброс метана в рудничную атмосферу из угольного пласта, или из выработанного пространства шахты, или вентиляционная система шахты или участка шахты нарушена и не работает должным образом по ряду причин, которых может быть с десяток. Плюс к этим условиям, концентрация метана в забое обязана быть в пределах 4% -16%. При любой другой концентрации можно ходить с факелом по шахте и ничего не случится. Следующим условием взрыва метана является искра, необходимая для старта цепной реакции взрыва. И эта искра обязана появиться строго в тот момент, когда концентрация метана в горной выработке будет в пределах 4-16%%. Наличие мощной вентиляции в шахтах ежеминутно меняет концентрацию газов в рудничной атмосфере, разбавляя метан до мизерных концентраций и искре необходимо появиться строго в нужный момент, когда он присутствует в забое. Следующим фактором будет возникновение самой искры, а она, возможно, появится в случае аварии с электрооборудованием в шахте. То есть авария с электооборудованием обязана произойти по времени строго в тот момент, когда в забое концентрация метана составит 4-16%%. Ни раньше на секунду, ни позже. Но и это не всё, при любой аварии в электрической схеме шахта обесточивается при помощи систем контроля и различных датчиков, которые именно в момент концентрации метана в забое в пределах 4-16%% должны не сработать по каким-то причинам и не отключить энергоснабжение аварийного участка. Причинами могут отказа датчиков могут быть... и так далее. На этом примере мы показываем, как непросто вызвать взрыв в шахте газа метана и как много условий и комбинаций этих условий необходимо выполнить, чтобы он состоялся. Но, несмотря на, казалось бы, невероятную случайность совпадений разных событий, взрывы газа регулярно происходят на шахтах мира и уносят жизни шахтёров. Как метко замечено: - Случайность, это пересечение закономерностей. В случае с землетрясением природе также необходимо скомбинировать множество условий для того, чтобы сейсмический удар состоялся. Хрестоматийный пример техногенного случая - землетрясение в индийском городе Койна при наполнении водохранилища с магни-тудой 6,5, центр которого располагался недалеко от плотины (h - 103 м). Землетрясение, вызвавшее значительные разруќшения, произошло 11 декабря 1967 г. в области, которая раньше считалась асейсмичной. Как известно, изменение горного давления может произойти, как при сливе воды из хранилища за счёт релаксационного раскрытия трещин массива и уменьшении порового давления, так при увеличении горного давления при наполнении водохранилища, вследствие деформаций растяжения, смещения блоков, увеличении порового давления флюидов, газов. Согласно гипотезе Деформационного взрыва, при наполнении водой водохранилища (сливе) могла возникнуть (а может, и нет) следующая ситуация: вследствие изменения давления в породах горного массива под зеркалом, возникнет эффект А.В. Степанова - появление электрического потенциала на поверхности деформированных образцов пород при отсутствии внешнего электрического поля. Эффект был открыт в ещё далёком 1933 году и дополнил ещё более старые работы в этой области академика А. Иоффе (1926 г.), З. Дьюлаи, Д. Хартли, И. Кишша (1928 г.). Рис.8.
Из эффекта Степанова и работ, указанных выше исследователей вытекают следующие главные выводы: 1) Чем выше деформация горных пород, тем выше электрическая разность потенциалов на поверхности деформируемых образцов; 2) При постоянной, установившейся нагрузке в горном массиве разность потенциалов падает до нуля; 3) Разность потенциалов зависит от структуры пород. Первый пункт объяснить несложно, это очевидно, что при большей нагрузке, появляется больше трещин в массиве, а как мы знаем, каждая трещина способна генерировать электрические заряды и создавать разность потенциалов. Второй пункт даёт нам ответ на вопрос, почему после наполнения водохранилища подземные толчки прекращаются - при установившейся нагрузке разность электрических потенциалов пород становится равной 0 и электромагнитные процессы прекращаются. Энергия зарождающегося землетрясения от гидростатического воздействия зеркала водохранилища в породах при стабильном горном давлении будет стремиться к минимуму и "лишние джоули" перетекут в окружающий массив. Тем самым потенциальная энергия напряжений массива будет стремиться к 0, приводя всю систему к равновесию. Ответ на третий пункт такой же очевидный, как и на первый - у всех пород разные молекулярные свойства и соответственно физические и химические параметры и согласно эффекту Степанова малейшие примеси могут уменьшить до нуля электрический потенциал горных пород. После ответа на три пункта зададим себе вопрос: - Достаточно ли изменения горного давления под каким-нибудь водохранилищем, чтобы произошло землетрясение? Ответа два: может быть достаточно, а может быть, и нет. Может быть, именно структура пород под водохранилищем не даст горному массиву достаточного импульса, необходимого для прохождения одного из механо-электро-магнитного эффектов или нескольких эффектов сразу, чтобы разрушить горный массив. Мы не устаём повторять, что процесс землетрясения, это сложный многоступенчатый процесс, зависящий от многих факторов, и процесс вполне может пойти дальше одной реакции массива. Процесс может "заглохнуть" в самом начале, а может развиваться, как набирающие силу торнадо, которое втягивая в свою воронку всё новые и новые порции воздуха, разгоняет его до больших скоростей и шаг за шагом приближает кульминационный момент катастрофы. К примеру, появление электрических зарядов и разности потенциалов в горном массиве под зеркалом водохранилища в результате его деформации, вызовет появление электромагнитного поля, которое в свою очередь может (а может, и нет) вызвать явление магнитопластичности и присущее этому процессу цепную реакцию деппининга дислокаций. В этом случае особенно показательна работа академика РАН А.Л. Бучаченко [2], отмеченная нами выше, которая показывает практическое использование явление магнитопластичности применительно к прогрессу развития подвижек земной коры и которая хорошо дополняет и вписывается в гипотезу Деформационного взрыва пород. Идём дальше. А что если и после этого, процесс магнитопластичности и деппининга дислокаций не сможет придать массиву необходимый импульс для развития и нарастания выделения энергии массивом? В таком случае, имея электромагнитное поле, природа постарается реализовать процесс несколькими явлениями в зависимости от различных свойств вмещающих пород: магнитострикции, электрострикции, цепной химической реакцией растворённых в породе газов, что, в конце концов, приведёт к следующему этапу: изменению размеров кристаллов пород и линейному, мгновенному и неудержимому расширению горного массива. Хватит ли теперь перечисленных нами факторов для прохождения землетрясения? Опять же ответ не однозначен: может быть хватит, а может, и нет. В процессе важна любая "мелочь", если так можно выразиться. К примеру, из исследований Степанова получается, что форма массива влияет на величину возникающего потенциала. В опытах он был наименьшим при плоских образцах (высота меньше длины) и наибольшим при образцах кубической формы. То есть, даже такой параметр горного массива, как размер блока, может оказать решающее значение. У природы в запасе слишком много комбинаций и времени на их "перебор": одни комбинации могут затормозить и наглухо заглушить процесс подвижек массива, а другие комбинации могут разогнать процесс до невероятных скоростей и аномально его усилить с катастрофическим завершающим аккордом. По всей вероятности в природе существуют такие комбинации процессов, о которых мы пока не знаем и не догадываемся об их существовании. К нашему счастью, большинство реакций горного массива на изменение горного давления и вариации деформаций дальше лёгкого потряхивания местности не идут. В том, что, в процессе землетрясения много нюансов, или много "мелочей", есть существенный плюс для человечества. Он заключается в том, что предотвратить землетрясения вполне возможно, как и возможность людей повлиять на его мощность, ибо, чем больше вариаций, тем больше возможностей "ухватиться за какую-нибудь мелочь", и в итоге, повлиять на весь процесс в целом. Заключая сказанное о техногенных землетрясениях, приводим небольшой объём статистики от американских коллег, который ярко отражает суть технологических землетрясений. Так, учёные под руководством К. Фролиха [C. Frohlich] из университета штата Техас в Остине опубликовали статью [28] в которой приводят данные, согласно которым, из 162 землетрясений, зафиксированных в Техасе в период 1975-2015 гг., примерно четвертая часть была вызвана добычей сланцевых углеводородов. Официальная статистика сейсмологической службы штата свидетельствует о том, что за последние 40 лет, когда в штате начались активные работы по добыче сланцевой нефти и газа, частота подземных толчков возросла. Проанализировав данные, ученые установили, что подземные толчки спровоцированы одномоментной закачкой большого количества воды в скважину. То есть и в этом случае, не о каких сейсмозонах, тектонических плитах, разломах речь не идёт, а расположение очагов в непосредственной близости от скважин указывает на их зональность и строгую зависимость от точки приложения нагрузки на массив и перераспределением (изменением) энергии деформаций отдельных блоков в массиве. Приведённый нами пример говорит о том, что гипотеза Деформационного взрыва пород имеет под собой реальную почву.
Морозобойные землетрясения
В этом примере мы разберём пример прохождении морозобойных землетрясений, которые ряд исследователей никаким образом не желают объяснять и не считают за землетрясения. Действительно, с позиции гипотезы накопления массивом энергии деформаций объяснить морозобойные землетрясения абсолютно не представляется возможным, ибо такие землетрясения происходят только в рыхлом грунте, который физически не может накапливать энергию деформаций и эти землетрясения случаются только во время морозов, что вообще нельзя никак объяснить и связать с многолетними накоплениями энергии деформаций. Хрестоматийный пример такого землетрясения - Восточно-Ладожское случившееся 30 ноября 1921года [29] с приблизительной магнитудой М 3-4.2. С точки зрения гипотезы Деформационного взрыва пород, произошло следующие: после дождей и выпадения снега, который растаял, в районе, представленном чехлом осадочных отложений в виде грубодисперсных песчанно-глинистых отложений и гальки мощностью в сотни метров, установились морозы. Обильно увлажнённая до большой глубины почва начала промерзать с постепенным углублением линии замерзания. Известно, что промерзание рыхлого грунта происходит с сильными изменениями его физических свойств. Лед (вода при замерзании увеличивается в объёме на 11%), раздвигает частицы, агрегаты и блоки породы преобразует структуру порового пространства, в котором на поверхностях частиц грунта и во множественных порах возникают плёнки незамёрзшей воды. Удельное электрическое сопротивление в этом случае меняется в сотни и тысячи раз в зависимости от степени преобразования породы, то есть от степени её промерзания. В рыхлом грунте образуются различные зоны с различным удельным сопротивлением и горным давлением. То есть то, что необходимо для старта выделения энергии землетрясения согласно гипотезе Деформационного взрыва. Также нам известно, что растущие кристаллы льда генерируют электромагнитное излучение [30] в виде электрических зарядов, которые скапливаются на границе твердой и жидкой сред и которые вызывают значительную разность потенциалов. Хватит ли одной разности потенциалов для пробоя зон промерзания сказать трудно, но, мы уже знаем, что процесс землетрясения, это многоступенчатый процесс и следующим этапом для продолжения процесса (если он остановится в этой точке) может быть хорошо известный процесс образования электрических зарядов на гранях растущих кристаллов льда (любого кристаллического вещества при кристаллизации) с поляризацией горного массива. Это в свою очередь вызовет появление в массиве электромагнитных эффектов (пьезо, пиро и др.), способных за короткий промежуток времени запустить процесс Деформационного взрыва с образованием сейсмического удара. В случае неудачи и на этом этапе, у природы всегда найдётся очередной ход, лишь бы выполнялось главное условие любого подземного толчка - изменение горного давления в массиве. К примеру, с промерзанием грунта, а значит с увеличением его объёма и увеличением горного давления в глубине его массиве, а также от действия электомагнитических и механических эффектов, начнётся интенсивное растрескивание массива. Как мы знаем при раскрытии, и увеличение длины трещин образуются электрические заряды и разность потенциалов, которая при скорости движения трещин во льду порядка 750-1000 м/c. и наличии в промёрзшем массиве множества зон с плёнками, капиллярами и порами не застывшей воды может достичь громадных величин. В момент пробоя "изолятора" через горные породы протечет огромной силы ток, который и принесет целый список отмеченных нами неприятностей, ибо мощность, выделяемая электрическим током, пропорциональна сопротивлению горных пород и электрический разряд будет максимальным в области максимального электрического сопротивления горных пород. Если и этого будет недостаточно для возникновения Деформационного взрыва пород, то природа "легко найдёт запасной вариант". Например, при прохождении электрического заряда в обводнённом грунте, может возникнуть гидравлический удар, который вкупе с сейсмическим, могут вызвать локальный, но сильный удар в горном массиве [видео файлы 8, 28]. Опять неудача? Ещё вариант -явление дилатансии, которое как раз наиболее ярко выражено в плотных сыпучих и переуплотненных связанных грунтах. При определенной величине напряжений грунт начинает расширяться с увеличением объема. Этот эффект можно увидеть, когда влажный песок вокруг ноги человека, идущего по пляжу, кажется, высохшим. Деформация, вызванная ногой, расширяет песок под ним и вода в песке перемещается, чтобы заполнить новое пространство между зернами, то есть, дефлюидизация является одной из причин проявления дилатансии. Общий рост внутреннего напряжения вызывает увеличение объема пород и образование послойных деформаций со смещением слоев относительно друг друга и ураганным растрескиванием. Этот процесс приведёт к изменению физических свойств грунта, который даст старт процессу резкой подвижки массива по описанной выше цепочке.
Реальны сценарии, который мы описали? Вполне. То, что электрический разряд в диэлектриках может разрушать и дробить породу известно давно, так почему он не может вызвать подземного толчка? К примеру, изобретение [31] датировано ещё 26.06.1951 годом и его формула констатирует: "Способ разрушения горных пород и полезных ископаемых с помощью электрических разрядов в них, отличающийся тем, что с целью повышения его эффективности разрушение производят импульсными электрическими разрядами при достижении напряженности поля в горной породе или полезном ископаемом, равной или превышающей их электрическую прочность". Не вникая в подробности, отметим, что на стадии формирования разряда в горном массиве канал разряда проходит по областям расположения локальных электрических неоднородностей, то есть различных включений грунта, и границ их конгломерации. Когда канал разряда сформировался, то в нем выделяется энергия электрического разряда за короткий промежуток времени. При этом в канале разряда практически мгновенно повышается температура и давление. В результате чего, канал разряда, расширяясь, генерирует ударную волну и волны сжатия, которые двигаясь в неоднородной среде, формируют механические напряжения и разрушения внутри горной породы. Данный пример не противоречит гипотезе Деформационного взрыва пород и вполне объясняет суть происходящих явлений.
Вулканические землетрясения
Люди знакомые с сейсмологией понимают, как много общего у морозобойных и вулканических землетрясений. Это и температурный фактор, и их локальность, и зональность, и маломощность, и мелкофокусность. Правда, температура процессов абсолютно противоположная, но важен не знак температуры, а её наличие. Считается, что первопричиной вулканических землетрясений являются строго локальные геологические и тектонические силы и их появление можно объяснить (и объясняют) температурными неоднородностями в недрах Земли. Мы согласны, что температурный фактор играет большую роль при развитии подвижек массива в районе действия вулкана. Это так, но согласно гипотезе Деформационного взрыва пород, источником подземных толчков во всех случаях служит не температурный фактор, а изменение горного давления, которое вызывает появление в массиве электрического заряда, в данном случае, в недрах вулкана и его окрестностях. Хрестоматийный пример: 20.11.1951 г. началось извержение вулкана Ключевская Сопка. За несколько месяцев до начала извержения в районе Ключевской Сопки произошло около 700 толчков с очагами на небольших глубинах. С началом извержения толчки прекратились и сменились непрерывным вулканическим дрожанием. Когда через несколько дней сила извержения заметно упала, вулканическое дрожание прекратилось, но возобновились, постепенно затухая, местные землетрясения. При этом было замечено, что увеличилось количество толчков с повышенной, не характерной для вулканических землетрясений, глубиной. Поэтому некоторые исследователи называют камчатские землетрясения вулканотектоническими, подчеркивая этим морфологическую и генетическую общность этих двух групп землетрясений. Мы считаем это правильно, так как согласно гипотезе Деформационного взрыва пород все землетрясения имеют общую морфологию и генетику и весь процесс идёт по установленному природой порядку: изменение давления в массиве, появление заряда, возникновение различных эффектов, землетрясение. При подходе магмы к поверхности, окружающие жерло вулкана породы начнут длительный процесс перекристаллизации, то есть менять форму и объем, в результате чего изменится горное давление в массиве, которое вызовет появление электрического заряда. Начнут возникать трещины в массиве и выход газов из кристаллических решёток пород, что, в конце концов, приведёт к подземным толчкам. Мы не будем подробно описывать этот процесс, так как в других примерах, мы уже его описали. Остановимся на двух особенностях вулканического землетрясения с позиции Деформационного взрыва пород: множестве мелких толчков и вулканическом дрожании. Процесс плавления и перекристаллизации пород происходит постоянно в момент подхода магмы к жерлу, следовательно, процесс образования электрических зарядов происходит всё это время. Плюс, при изменении формы и объёма вулканического массива в нём возникает потенциальная энергия деформаций,
dA=dU=0.5σx ex dV (18)
которая будет проявляться в виде роя толчков. Вулканическое дрожание мы соотносим с наведением в массиве магнитного поля при образовании зарядов, которое в свою очередь вызовет электро - магнитострикционные процессы, а в итоге вибрацию массива, который будет дрожать, и издавать звуки как обыкновенный трансформатор. Вторая причина дрожания будет заключаться в установившемся электрическом пробое внутри вулкана, который может быть стабильным долгое время. Все это не противоречит нашей гипотезе Деформационного взрыва и легко ею объясняется. Замечание: Мы недаром раз за разом повторяем - может быть, процесс пойдёт, а может быть, и нет. Этим мы подчёркиваем, что процесс образования сейсмического удара действительно сложен и многообразен. В одних случаях природе потребуется многоходовая комбинация различных физических явлений, а для других случаев всё может случиться в один - два хода, как в следующем примере с тектоническим землетрясением в Ассаме.
6.4 Тектонические землетрясения
В качестве хрестоматийной классики подобного рода землетрясений опишем Ассамское землетрясение, произошедшее 12 июня 1897 года в Ассаме, Британская Индия на глубине 32 км. По оценкам сейсмологов, его магнитуда составила 8,1.Плато Шиллонг, нагорье на северо-востоке Индии, простирается с востока на запад между долиной реки Брахмапутра и равнинами Бенгалии на 350 км. Это выступ древнекристаллического фундамента, разбитый поперечными сбросами на кулисообразно располагающиеся блоки. Землетрясение вызвало раскол и смещение Шиллонгского плато. Поскольку Индийская тектоническая плита надвигается на Гималаи под Шиллонгским плато, то тектоническая плита задирает плато вверх. С этими движениями связана высокая сейсмическая активность этого региона. Землетрясение продолжалось всего 3 секунды, при этом ускорение превысило силу гравитации - большие камни, плиты, люди были подброшены в воздух. Из описания землетрясения становится ясно, что между плитой плато и лежащей под ней Индийской плитой произошёл Деформационный взрыв такой силы, что её хватило резко взметнуть 350 километровую плиту плато толщиной 32 километра на 15-20 метров и изменить рельеф местности до неузнаваемости на сотнях тысячах квадратных километрах (650 000). Можно сколько угодно гадать, какие явления повлекли такой толчок, но применяя гипотезу Деформационного взрыва и учитывая, что скорость прохождения цепных реакций составляют миллиардные доли секунды, то с уверенностью можно сказать, что в данном случае между плитами массива прошла именно цепная реакция. На это указывает столь короткое время землетрясения - всего 3 секунды. Применительно к процессам землетрясений, мы знаем, что в массиве могут случиться два вида самопроизвольных цепных реакций: химическая и мангитопластическая. Какая цепная реакция произошла в этом конкретном случае, остаётся только гадать, ибо у нас нет никаких конкретных горно-геологических дат этого района. Хотя мы больше склоняемся к версии цепной химической реакции. Почему? В этом районе отмечены месторождения угля, а значит, там присутствуют углеводородные газы, которые могли быть абсорбированы и хемосорбированы породами массива и молекулы которых под действием цепной химической реакцией массово и одномоментно десорбировались из кристаллических решёток пород и вкупе с Деформационным взрывом устроили Армагеддон. Или вполне можно допустить, что произошли обе цепные реакции одновременно, параллельно одна другой в момент изменения горного давления в массиве. Этим можно объяснить огромную магнитуду подземного толчка. Почему нет? Гипотеза Деформационного взрыва пород массива допускает такой случай.
6.5 Комбинированное землетрясение
Предлагаем сделать анализ землетрясения, которое объединяет в себе сразу несколько типов подземных толчков. Такие необычные землетрясения случаются довольно редко. На этом примере можно наглядно объяснить природу и энергетику подвижек земной коры с позиции одной, общей гипотезы для всех типов землетрясений, раскрывающей суть процесса, в частности с позиции описанной нами гипотезы Деформационного взрыва пород массива, что невозможно сделать, следуя постулатам современной сейсмологии. В данном примере " тесно переплелись" четыре типа подвижек земной коры в одном сейсмологическом событии: тектоническое, вулканическое, внезапный выброс пород и газов, обвальное. Кстати, этот пример "четыре в одном" убедительно и наглядно указывает на то, что энергетическим источником совершенно разных типов подвижек земной коры и землетрясений служит кулоновское взаимодействие атомов и молекул, вызванное изменением горного давления в массиве. Классическим примером такого сложного сейсмического события является землетрясение, произошедшее в США в 154 километрах к югу от Сиэтла, при извержении вулкана Сент Хеленс в 1980 году после его 123 летнего молчания. Сейсмическое событие началось 20 марта 1980 года, когда в этот и последующие дни в окрестностях вулкана произошло несколько десятков слабых землетрясений с максимальной мощностью 4.2 баллов по шкале Рихтера, а 27 марта, произошёл взрыв в кратере вулкана и над его вершиной поднялся столб пепла и пара. Началось извержение вулкана без излития лавы из жерла, которая, по всей видимости, скапливалась у подошвы вулкана. Весь апрель наблюдалось усиление выбросов газов и пепла. Северный склон вулкана начал деформироваться от вспучивания пород массива, которое прирастало до двух метров в сутки и к 17 мая достигло высоты 135 метров. Восемнадцатого мая 1980 года в 8:32 произошло землетрясение мощностью 5,1 балла, и сразу за подземным толчком верхняя часть северного склона вулкана была отделена от всего массива огромной силой. В результате этого примерно от 7 до 9 миллиардов тонн скального массива в один миг превратились в рыхлую массу, которая гигантским оползнем устремилась вниз по северному склону, сметая всё на своём пути. По мере движения горной массы вниз по склону последовало несколько колоссальных взрывов газа, и столб пепла поднялся на высоту 25 километров. Буквально за секунды высота горы уменьшилась с 2950 до 2550 метров, превратившись из правильного в усеченный конус. Диаметр нового кратера (каверны внезапного выброса) составил 4.5км, глубина 1.5 км. Совершенно очевидно, что к марту 1980 года в результате подъёма лавы к подошве вулкана, массив, в результате разогрева и увеличении линейных и объёмных размеров начал терять устойчивость. Горное давление стало перераспределяться среди потерявших устойчивость блоков составляющих подземное и наземное тело вулкана, в результате чего в массиве появились электрические заряды, которые вкупе с фазовыми переходами пород массива начали создавать рой слабых форшоков за счёт энергии кулоновских взаимодействий. Необычность реакции горного массива на извержение вулкана заключалось в пучении пород массива, которое, что хорошо известно из горного дела, является индикатором того, что массив потерял устойчивость и среди его блоков происходит интенсивное перераспределение горного давления. Очевидно, что в апреле горное давление в массиве продолжало стремительно меняться, и это предрекало массиву дальнейшую сейсмическую активность, что и подтвердили последующие события. Утром 18мая последовали сразу два сейсмических события, подземный толчок 5.1 баллов и одномоментно с ним внезапный выброс породы и газа мощностью 7-9 миллиардов тонн горной массы (3км3). То, что два сейсмических события произошли в одно время, не является случайным и нам необходимо рассматривать эти два события, как один процесс, который перерос из подземного движения пород в наземный процесс внезапного выброса, что вполне согласуется с нашей гипотезой Деформационного взрыва пород массива. С механикой подземного толчка в данном случае вопросов не возникает, это обычные подвижки блоков при извержении вулкана, что нельзя сказать про внезапный выброс пород и газа, так как такие события случаются только в подземных шахтах и которые вызываются цепной химической реакцией твёрдого раствора газа в кристаллической структуре пород. Всё это говорит о том, что гипотеза Деформационного взрыва, правильно описывает механику и энергетику сейсмических событий, являясь общей гипотезой происхождения всех видов землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов.
Проблемы прогноза и предупреждения землетрясений
Вернитесь, пожалуйста, к Рис. 5 и посмотрите, как отражённая в нём информация почти с точностью ста процентов согласуется со словами уважаемого всем мировым сообществом геофизиков академика В.И. Кейлис-Борока. "Почему долгосрочные прогнозы пока не точны? И почему не удаются краткосрочные прогнозы? Главная причина - хаотический характер динамики сейсмоактивных разломов в том масштабе времени, который как раз и интересен для прогноза, т.е. годы и месяцы. В системе разломов действует много механизмов, создающих сильную неустойчивость. Например, миграция флюидов - циркулирующих в земной коре насыщенными газами растворов - способна снизить прочность разлома на пять порядков. Значит, вторжение флюидов может спровоцировать землетрясение почти неожиданно, отразившись в электропроводности или слабой сейсмичности. Неустойчивость создают и химическое разупрочнение пород, и фазовые переходы с потерей объёма, а также чисто механические явления - растрескивание, смятие пород и т.д. Действуя все вместе, все эти механизмы превращают литосферу в хаотическую нелинейную систему, а в такой системе, как известно, прошлое не определяет будущее." Удивительное совпадение перечисленных причин вызывающих подземные толчки с причинами отражёнными нашим рисунком, не правда ли? Здесь и потоки флюидов, и электропроводность, здесь и радиолиз в виде химического разупрочнения пород и фазовые переходы с набором и потерей объёмов, здесь и всевозможные стрикции и магнитные эффекты. Почти весь процесс землетрясений, описанный в нашей работе, за исключение того, что согласно принципу минимума энергии, прогноз землетрясений, кроме ультракраткосрочных, в принципе невозможен. И академик словами "неожиданно и хаотическая система" почти согласен с нашим утверждением. Окно очень короткого периода времени прогноза драматические ограничивает наши возможности по борьбе с подземной стихией и заставляет напрячь все силы в другом направлении. Если мы знаем механизм образования энергии землетрясений и формы её проявления, то у нас должны появиться возможности если не предупредить, то повлиять на мощность подземных толков в целях снижения их мощности от катастрофического и до приемлемого уровня. Об этом и о путях реализации этой научной мысли пишет в своей работе [32] один из корифеев советской и российской сейсмологии член - корреспондент РАН А.В.Николаев: - "Опыт исследования влияний сейсмических и электрических воздействий на земную кору убеждает нас в том, что сильными землетрясениями можно управлять, их магнитуду можно снизить, а момент возникновения ускорить или задержать". Учёный приводит примеры инициирования землетрясений техногенными и природными процессами: созданием водохранилищ, различными взрывами, добычей полезных ископаемых, а также за счёт изменения скорости вращения Земли, действия приливных сил, солнечной активности, всевозможных погодных и штормовые явлений. Основываясь на этих примерах, он делает вывод о возможности рукотворного влияния на очаг землетрясения двумя способами. В первом случае автор предлагает воздействовать ("обрабатывать") на потенциальные площади землетрясений (миллионы квадратных километров) всем современным набором средств: ядерными и химическими взрывами, электро разрядами большой мощности вызывая так называемую разрядку массива от накопленной им энергии деформаций. Во втором случае автор предлагает непосредственно воздействовать на будущий очаг теми же средствами, что и в первом случае, плюс средства менее мощные, но с более длительным периодом воздействия (мощные вибрационные установки). Мы согласны с рассуждениями учёного о том, что если природа через естественные явления способна вызывать мелкие землетрясения и тем самым понижать мощность возможного крупного толчка, то и человечество с таким же успехом может использовать изобретения природы. Казалось, что сама природа показывает нам путь к нашей безопасности. Учёные всего мира с энтузиазмом подхватили эту подсказку и много лет пытаясь реализовать идею природы в лабораториях и полевых условиях. В своих исследованиях иностранные и отечественные сейсмологи перебрали все возможные способы: и взрывы, в том числе и ядерные, и химические взрывы большой мощности и пресловутые и набившие всем оскомину МГД генераторы, а серьёзных результатов заслуживающих нашего внимания не добились. Ещё более интересная картина получается с лунными приливами. Казалось бы, вот, мы имеем всё необходимое для процесса землетрясения, и энергию прилива и солидные деформации горного массива, но корреляция приливов и отливов с землетрясениями просматривается так неуверенно, что её вполне можно отнести к случайному фактору процесса подземных толчков. Возникает резонный вопрос, если у нас всегда и везде в достаточном количестве имеется энергия лунных приливов и отливов, то почему землетрясения не происходят повсеместно и не дважды в сутки вслед за волнами приливов? Говоря о влиянии на процесс землетрясений вышеперечисленных явлений природы: изменения скорости вращения Земли, действия приливных сил, солнечной активность, погодных и штормовых явлений, величины снежного покрова мы должны исходить из того, что эти явления, согласно гипотезе Деформационного взрыва пород, сами по себе абсолютно ничего для процесса сейсмоактивности не значат. Для старта и прохождения процесса сейсмичности важными и необходимыми являются комбинации вышеперечисленных явлений-процессов с вариациями различных деформационных сил в горном массиве. Ещё в далёком 1954 году член-корреспондент АН СССР Н.Н.Парийский произвёл теоретические расчеты упругой деформации Земли и соответствующих измене-ний ее момента инерции, ее вращения и силы тяжести на поверхности. На основе проведенных вычислений он пришел к выводу, что ни эффекты, вызванные солнечной активќностью, ни атмосферные явления, не могут вызвать наблюдаемых изменений угловой скорости вращения Земли, а значит и на сейсмическую активность. По его мнению, эти вариации могут являться результатом глобальных деформационных процессов в Земле, приводящих не только к периодическому изменению ее радиуса, но также к сложному изменению ее формы. То же самое мы можем сказать и о техногенном воздействии на очаги землетрясений, которое также происходит через комбинации этих воздействий с деформационными силами в горных массивах. В непонимании обязательной связки внешних и внутренних причин, в обязательном многообразии форм энергии деформаций приводящих в подземным перемещением блоков укрывается загадка сейсмических ударов. В этом же заключаются провалы в испытаниях управляемого техногенного воздействия на процесс подготовки очага подвижек земной коры, на процессы стимулирования разрядки тектонических напряжений, на способность уменьшить магнитуду разрушительных землетрясений, как и на возможность, регулировать время их возникновения. Наша задача заключается в поиске комбинаций способных либо стимулировать процесс незначительных форшоков, либо найти варианты процессов приводящих к полной блокировки возможного процесса подвижек горного массива. Но не с целью, так называемой разрядки или сброса напряжений, ибо как мы выяснили, массив не может накапливать энергию деформаций, а с целью "утрясти и утрамбовать" блоки массива, исключая их проскальзывание относительно друг друга. "Утрясая и утрамбовывая" горные блоки и плиты мы исключим случайный и произвольный переход массива в неравновесное состояние, которое может привести массив к его катастрофическим подвижкам. К примеру, в первом случае, возможно, просто объединить процесс прострела массива разрядами от МГД генератора с одновременными подрывами в этом районе зарядов взрывчатки для возбуждения деформаций в массиве. В помощь к этим двум способам, мы можем произвести высоконапорную закачку воды в скважины для существенного деформирования горного массива в нужном нам месте. Плюс мы может добавить что-то ещё в виде действия на обрабатываемый массив различных вибрационных и трамбовочных машин с разной частотой воздействия на массив. Для нас главное подобрать такую комбинацию совместного воздействия на горный массив, на которую массив начнёт "с удовольствием откликаться" с нужной нам частотой и энергией, пока не "утрамбуется" и не успокоится на многие годы. Во втором случае, исходя из знаний того, что цепные химические реакции очень чувствительны к среде реализации, то закачивая в скважины различные рассолы на определённую глубину в районе предполагаемого очага землетрясений или вокруг крупных городов, можно навечно заглушить процесс старта цепных реакций и в итоге всего процесса землетрясений. Этим самым мы можем создать пояса безопасности вокруг городов и жизненно важных центров, таких как атомные станции. В заключение темы прогноза и предотвращения землетрясений хотелось бы сказать несколько слов о так называемой проблеме сейсмического оружия, которая регулярно обсуждаётся в средствах массовой информации. У военных эта тема действительно существует и никто не скрывает, что правительства ряда стран по понятным причинам пытаются быть в курсе последних достижений сейсмологии. Военным сейсмологам можно сказать спасибо только уже за то, что они разработали и внедрили рабочую шкалу оценки мощности подземных толчков и создали целую группу высокоточных приборов и другой аппаратуры, включая компьютерные программы и комплексы для регистрации сейсмической активности. Но, с учётом вышесказанного выше мы должны заключить, что создание сейсмического или тектонического оружия в принципе невозможно.
Заключение:
Из представленной в данной работе модели землетрясений делается несколько принципиальных выводов:
Стартом и движущей силой любого землетрясения, горного удара и внезапного выброса служит потенциальная энергия горного давления в массиве, который по каким-то причинам потерял равновесное состояние.
Потенциальная энергия горного давления основывается на энергии кулоновского взаимодействия атомов и молекул.
Изменение горного давления в горном массиве открывает возможность атомам и молекулам массива или его отдельных блоков трансформировать энергию деформаций в форме потенциальной энергии электронных облаков в энергию сейсмического удара.
Согласно второму закону термодинамики и принципу минимума энергии любой системы, горный массив физически не может накапливать энергию деформаций.
Горный массив реализует только энергию текущих (сиюминутных) деформаций.
Для старта землетрясения не требуется какого-то периода времени на аккумуляцию энергии деформаций.
Прогноз землетрясений, в принципе, невозможен, за исключением ультракраткосрочных с периодом времени прогноза от нескольких минут до нескольких часов.
Согласно первому постулату Бора, горный массив, в котором его атомная система находится в стационарном состоянии, не может излучать сейсмических волн.
Удержание горного массива в стационарном состоянии, а также его приведение в стационарное состояние открывает возможность активного воздействия на очаги землетрясений с целью их предотвращения или понижение магнитуды.
Окружающий нас мир всегда неизмеримо сложнее любой описывающей его модели, в том числе и описанной в данной работе. Это означает, что не существует и не может существовать "единственно верного учения", которое дает ответы на всё аспекты изучаемой проблемы. Любая модель дает лишь сценарии и объяснения гипотез, а нескончаемые споры учёных разных теорий и подходов позволяют науке двигаться вперёд, а уже время отделяет правду от истины. В многообразие форм энергии землетрясений для человечества есть хороший плюс. Если гравитационная, электромагнитная, механическая, тепловая, химическая и другие виды энергии могут переходить друг в друга при землетрясениях в виде изменения движения, то это позволяет нам количественно и качественно записать зависимости этих превращений и определить способность массива воздействовать на окружающую систему с силой, пропорциональной величине её энергии. А это уже лежит в досягаемой области предотвращения катастрофических землетрясений и других динамических явлений в горном массиве. Из текста статьи и сделанных нами выводов становится совершенно очевидно, что согласно второму термодинамическому закону и постулату минимума энергии системы прогноз землетрясений, кроме ультракраткосрочного, в принципе невозможен. Именно потому, что массив физически не способен к аккумулированию энергии деформаций, а источником землетрясений является скачкообразный переход потенциальной энергии электронных облаков атомов горного массива в многообразные формы энергии при изменении горного давления в массиве, которое может измениться практически в любом месте и в любое время. По нашему мнению в деле прогноза землетрясений возможен только краткосрочный прогноз в интервале времени от нескольких часов до 2-3 суток, в момент от изменения горного давления в горном массиве до ударного проявления в виде подземного толчка или внезапного выброса горных пород. Но, зная источник энергии землетрясений и происходящие при этом событии процессы, у человечества есть реальный шанс найти способы обуздать подземную стихию через систему превентивных мер исключающих цепное развитие событий в сейсмоопасных и густонаселённых районах путём создания поясов безопасности. Мы согласны, что у разных исследователей сейсмических процессов может быть разное отношение к изложенному в статье теоретическому и практическому материалу. Но, независимо от этого, развенчав столетний миф Рейда-Рихтера об аккумулировании горным массивом энергии деформаций, превратившийся в догму и заведший сейсмологию в тупик исследований, мы считаем, что выполнили одну из поставленных задач, заявленных в начале исследования. Второе, что хочется особо отметить, так это то, что гипотеза Деформационного взрыва пород постепенно приобретает черты полноправной теории. Хочется надеяться, что представленная в статье гипотеза придаст новое направление исследованиям и поможет учёным в успешной разработке полноценной теории землетрясений. Внезапные выбросы и горные удары в шахтах заслуживают не меньшего внимания в целях предотвращения подземных катастроф и гибели шахтёров. Говоря о землетрясениях, надо иметь в виду, что динамические процессы в шахтах являются частными случаями землетрясений, то есть, говоря о них, мы должны подразумевать землетрясения локального масштаба. К слову, в деле предотвращения горных ударов и внезапных выбросов в шахтах, горные инженеры, в отличие от сейсмологов, достигли определённых практических результатов [33]. В настоящее время ими разработаны как технологические методы борьбы с динамическими явлениями в шахтах, так и технические. И хотя горные инженеры связаны той же ошибкой, что и сейсмологи, считая, что горный массив запасает энергию деформаций и реализует её в виде выбросов и горных ударов, они, в отличие от сейсмологов, имели и имеют возможность "пощупать" очаг выброса и буквально вслепую нашли несколько удачных отгадок этой проблемы. Достигнутые горными инженерами успехи и представленный в статье материал убедительно опровергают мнения некоторой части исследователей в абсолютной непредсказуемости и случайности подвижек земной коры, и показывает возможные пути решения задач предотвращения землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов газа и пород. На решение этой задачи вполне могут пригодиться фонды, которые сейчас выделяются на решение задачи прогноза землетрясений. Следует сказать ещё об одном существенном недостатке рассмотрения процесса землетрясений вытекающем из попыток рассчитать параметры подземных толчков, их прогноза и предупреждения, основываясь на лабораторных испытаниях образцов горных пород. Большинство положений и расчётов деформаций горного массива наиболее известных гипотез в части процесса подготовки землетрясения механически заимствованы из сопромата, теоретической механики и механики расчёта прочности конструкционных материалов. Соответственно не учитываются особенности геологического, физического и химического строения пород земной коры, а если и учитываются, то через поправочные коэффициенты, которые могут драматически повлиять на конечный расчёт. Исследователи автоматически переносили и переносят схемы расчёта прочности строительных и конструкционных материалов и величины их деформаций на горные породы, словно забывая, что наиглавнейшей особенностью строения массивов горных пород является их крайняя неоднородность и огромные размеры. Это проявляется в разных формах в механических и физических процессах деформаций на масштабных уровнях, различающихся в тысячи раз. К примеру, два соседних и идентичных по набору пород блоков горного массива, вследствие различных естественных причин (например, различная гидрология, газонасыщенность, минеральные включения, специфический тектогенез пород и т.д.) могут иметь прочностные показатели, различающие на несколько порядков, что существенно повлияет на прохождение сейсмических волн через этот район. Таким образом, все модели сейсмичности, выполненные по данным лабораторных исследований образцов пород, содержат тот или иной стохастический генератор, который создаёт в модели такой хаос, что об описываемом сейсмическом событии мы можем говорить только в приближённых и вероятностных терминах. Следовательно, строить математические модели процессов землетрясений основанных на данных лабораторных опытов очень и очень сомнительное занятие. Справедливости ради следует заметить, что в настоящее время мы не в состоянии точно охарактеризовать свойства горных пород залегающих на глубинах более 20 км. Вполне возможно, что поднятые в будущем образцы кернов преподнесут для нас удивительные сюрпризы.
Мир стремительно развивается, и в последние десятилетие появился целый ряд высокочувствительных и высокоточных цифровых измерительных приборов и интеллектуального программного обеспечения, а так же систем связи и позиционирования. Это даёт учёным возможность провести полевые исследования гипотез возникновения землетрясений и их источников на более качественном уровне и получить результаты, которые невозможно было получить ещё 10 - 15 лет назад. Хочется надеяться, что в ближайшее время, измеряемое двумя-тремя поколениями, человечество решит эту проблему. В этой связи актуальными являются слова Бориса Борисовича Голицина: "Можно уподобить всякое землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит. Свет от этого фонаря пока ещё очень тусклый, но не подлежит сомнению, что со временем он станет гораздо ярче и позволит нам разобраться в этих сложных явлениях природы..."
Литература:
Литовченко И Н О типах очагов землетрясений, их модели и формирование// электронный ресурс: http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st4977.pdf
Бучаченко А Л УФН184 1 (2014)
Кругляков Э ПУчёные с большой дороги(М.: Наука 2001 стр.187)
Гуфельд И ЛВестник Российской академии наук83 3 (2013 с. 236-245)
Сторчеус А В Заметки к методике расчёта сейсмической энергии взрывов и землетрясений. Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006//электронный ресурс: http://leo.gdirc.ru/files/libs/3.pdf
Закон Гутенберга-Рихтера//электронный ресурс:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%93%D1%83%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B1%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B0_%E2%80%94_%D0%A0%D0%B8%D1%85%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0
Ребецкий Ю Л Современное состояние теорий прогноза землетрясений. Результаты оценки природных напряжений и новая модель очага землетрясений // электронный ресурс: http://yak.ifz.ru/pdf-lib-yak/Pages359-395.pdf
Эйби Дж АЗемлетрясения(М.: Недра, 1982. стр.101)
Бычков С ВНаучно-технический журнал Вестник436-47 (2016)
Бычков С ВНаучно-технический журнал Вестник 107-115 (2017)
Бычков С ВНаучно-технический журнал Вестник4 68-73 (2017)
Удар молнии в реку// электронный ресурс: https://yandex.ru/video/search?filmId=11811652570964701206&text=%D1%83%D0%B4%D0%B0%D1%80%20%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B8%D0%B8%20%D0%B2%20%D1%80%D0%B5%D0%BA%D1%83&noreask=1&path=wizard&reqid=1513464127226290-1597089939285020338016904-man1-3579-V
Искровой разряд в воде // электронный ресурс: https://www.youtube.com/watch?v=vBqwFeaFsGs
Даринская Е В Магнитопластическмй эффект: основные свойства и физические механизмы. Диссертация, Москва (2004)http://www.dslib.net/kondensat/magnitoplasticheskij-jeffekt-osnovnye-svojstva-i-fizicheskie-mehanizmy.html
Мучник В М Физика грозы (Гидрометеоиздат.: 1974)
Freund T FJournal of Scientific Exploration17 1 p.37 (2003)
Алексеев Д А Айруни А.Т. Зверев И.В. и др. // Свойства органического вещества угля образовывать с газами метастабильные однофазные системы по типу твердых растворов // Диплом Љ 9 на научное открытие АЕН(1994)
Двойченко П А Черноморское землетрясение 1927 года в Крыму. Черноморские землетрясения 1927 года и судьбы Крыма стр.77-99 (Крымгосиздат.: 1928)
Попов В С Кременецкий А А Журнал Науки о Земле11 1999) // электронный ресурс: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/885.html
Ходот В ВПредупреждение внезапных выбросов угля и газа в угольных шахтах ( М.: 1965)
Авершин С ГГорные удары (М.: Углетехиздат, 1955)
Петухов И МГорные удары на угольных шахтах (М.: Недра, 1972)
Энциклопедия Брокгауза и Ефрона. Уголь каменный //электронный ресурс http://enc-dic.com/brokgause/Ugol-kamenn-28917.html
Материал из MiningWiki - свободной шахтёрской энциклопедии //электронный ресурс: http://miningwiki.ru/wiki/%D0%92%D0%BD%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B2%D1%8B%D0%B1%D1%80%D0%BE%D1%81
Жуков В С Изучение вариаций электротеллурического поля и электросопротивления горных пород в Ашхабадском сейсмоактивном районе. Диссертация. Ашхабад. 1984 г. Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com/content/izuchenie-variatsii-elektrotelluricheskogo-polya-i-elektrosoprotivleniya-gornykh-porod-v-ash#ixzz53WkJ9KuD