Источник землетрясений в свете догмы Рейда-Рихтера
Шрифт:
dА=dU=0.5xх 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
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
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 стационарных, 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: