Исследование дает новое понимание масштабов землетрясений
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне с помощью микроскопических измерений трения подтвердили, что в определенных условиях некоторые породы могут растворяться, что способствует проскальзыванию разломов. Эти наномасштабные данные о взаимосвязи воды, трения и химии минералов могут привести к лучшему пониманию динамики землетрясений.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, детально изучает, как вода и кальцит — очень распространенный в земной коре минерал — взаимодействуют при различных давлениях и составе грунтовых вод, влияя на силы трения вдоль разломов. Особое внимание уделялось породам, богатым кальцитом, в присутствии рассола — естественной соленой грунтовой воды. Ученые сосредоточились на микроскопических неровностях на поверхностях пород (асперритетах), где и возникает трение. Для моделирования природных условий кристаллы кальцита помещали в растворы с разной концентрацией соли и подвергали различному давлению, а затем с помощью атомно-силового микроскопа измеряли изменения трения.
«Химические и физические свойства пород в разломах и механические условия в этих системах изменчивы и сложны, — отметила соавтор работы, профессор Роза Эспиноса-Марсаль. — Чтобы понять роль воды в динамике разломов, мы использовали упрощенную масштабную модель, исследуя отдельные асперритеты на кристаллах кальцита». В большинстве экспериментов с ростом давления трение увеличивалось. Однако при достижении определенного порога давления и очень медленном движении микроскопического зонда (имитирующего асперритет) трение неожиданно снижалось. Изображения поверхности показали, что под давлением кальцит растворялся, а растворенный минерал вместе с водой действовал как смазка.
«Это говорит о том, что подобные исследования заслуживают серьезного внимания в будущих работах», — подчеркнула Эспиноса-Марсаль. Ученые также предполагают, что, возможно, риск землетрясений можно снизить, целенаправленно меняя состав рассолов в районах с породами, богатыми кальцитом, что особенно актуально для зон проведения гидроразрыва пласта.