Техника - молодёжи 2008-09, страница 28

РОБЛЕМЫ И ПОИСКИ

2008 №09 ТМ

С

Эффект

оководной рыбы в геомеханике

На каждого человека, даже партийного, давит атмосферный столб весом в двести четырнадцать кило.

Вы этого не замечали?

И. Ильф. Е. Петров. ••Золотой телёнок»

Горные породы в недрах Земли не «чувствуют» огромного давления от веса вышележащих пластов, эта нагрузка воспринимается ими на молекулярном уровне. Такова гипотеза нашего автора, дающая возможность понять природу многих катаклизмов и минимизировать приносимый ими ущерб.

Две точки зрения

Человечеству ежедневно приходится сталкиваться с разрушительными природными явлениями, в ходе которых, казалось бы, пассивные геологические породы начинают вести себя как настоящая взрывчатка. Это и горные удары в рудниках, и внезапные выбросы угля и пыли в шахтах, ну и, конечно, землетрясения.

Только поняв механику таких катаклизмов, можно разработать меры их упреждения, а значит, и минимизировать последствия. Мало того, зачастую стихийных бедствий вообще можно было бы избежать, ведь нередко сам человек своими необдуманными действиями провоцирует их возникновение.

Я не один десяток лет вплотную занимаюсь изучением землетрясений и других динамических явлений, происходящих в земных недрах. Мне кажется, что я нащупал возможность осмысленного подхода к пониманию их природы.

Согласно традиционной точке зрения, горные породы в глубоких недрах планеты под давлением чудовищно большого веса вышележащих пластов становятся текучими, пластичными. Но так ли это на самом деле? На мой взгляд, есть веские основания полагать, что вещество там вообще не испытывает давления. Оно ведёт себя примерно так же, как и вблизи земной поверхности.

Итак, налицо две совершенно разные точки зрения. Попробуем в этой статье столкнуть их друг с другом лбами, и посмотрим, у какой из них лоб крепче.

Упругость, пластичность, хрупкость

Под влиянием внешней силы тело деформируется. Если после прекращения воздействия оно восстанавливает свою исходную конфигурацию, то деформацию называют упругой. Если же в нём возникли необратимые изменения, то — остаточной или пластической.

В общем случае в реальных твёрдых телах сочетаются и упругие, и пластические свойства, но в разных соотношениях. Сталь упруга, золото и свинец — пластичны.

Среди минералов самый распространённый — кварц. В породах, слагающих земную твердь, его содержится от 30 до 70%. Он почти идеально упруг.

Как это понимать? Сталь тоже упруга, но — до определённого предела, за которым в ней возникает пластическое течение. Поэтому сталь обладает свойством «ковкости», из неё можно штамповать изделия. Будь она идеально упругой, из-под штампа, вместо требуемого изделия, выскакивали бы исходные заготовки в их первозданном виде.

А с образцом кварца получится вот что: если воздействие на него превысит предела упругости, то образец не перейдёт в состояние пластического течения, а просто лопнет. А то и взорвётся. Иными словами, горные породы с высоким содержанием кварца не «потекут», а в них возникнут трещины отрыва.

Преобладание «упругих» или «пластических» свойств в горной породе зависит не только от её состава, а ещё и от температуры, от давления, от длительности силового воздействия. По мере возрастания глубины в недрах

Земли растут температура и давление, вследствие чего вещество становится пластичнее. Если тело достаточно долго выдержать под нагрузкой (а в геологической среде за этим дело не стало), то его упругие деформации постепенно переходят в остаточные. Таким образом, утверждение о том, что чем глубже залегает порода, тем она пластичнее, имеет под собой веские доводы. На первый взгляд противопоставить им нечего. Но так ли это?

Парадокс «глубоководной рыбы»

Логическое суждение легче принимается нами на веру, если под ним есть какая-то интуитивная основа. Если же оно не соответствует внутреннему опыту, нередко неосознанному, возникает реакция его отторжения. В двух словах она формулируется категорически кратко: «Не верю».

Чтобы убедить читателя, что представление о росте пластичности с глубиной не так уж незыблемо, обратимся вначале к результатам опыта, а потом уж попытаемся осмыслить их логически. Как сейчас станет ясно, доводы эти таковы, что просто так от них не отмахнёшься.

В океанических глубинах порядка нескольких километров действует давление в сотни атмосфер. Из этого, казалось бы, следует: чтобы разорвать образец, погружённый на такую глубину, требуется, помимо должного растягивающего усилия, приложить дополнительное воздействие для того, чтобы сначала преодолеть соответствующее гидростатическое давление, которым образец обжат на глубине.

26