Химические связи между породами объяснили резкие сдвиги тектонических плит

Физики из Германии описали механизм, который объясняет переход тектонических разломов от медленного движения к резким сдвигам. В основе лежит образование и разрыв химических связей между породами, а не их механический износ. Результаты опубликованы в журнале Reports on Progress in Physics.

Исследователи из Юлихского исследовательского центра и Саарландского университета изучили взаимодействие гранитных поверхностей — такую модель часто используют для описания тектонических разломов. Ранее основное внимание уделяли механическим эффектам: сцеплению неровностей, износу и образованию борозд.

Авторы работы показали, что ключевую роль играет другой процесс. В микроскопических точках контакта формируются химические связи, которые постоянно возникают и разрываются при движении пород. На это расходуется энергия, что и создаёт силу трения. Учёные обратили внимание на масштабный эффект. В небольших системах связи разрываются равномерно. В крупных — процесс идёт неравномерно: отдельные участки начинают двигаться раньше, снижая силу, необходимую для начала скольжения.

Это меняет представление о поведении плит. Вместо полного покоя и резкого разрыва система находится в постоянном медленном движении. Такой процесс известен как крип — ползучесть, при которой скорость достигает лишь долей нанометра в секунду. При увеличении скорости движения сначала растёт и трение, поскольку за единицу времени разрывается больше связей. Однако после достижения критического порога связи не успевают восстанавливаться, локально повышается температура, и трение резко падает.

Этот переход может запускать быстрые сдвиги, которые фиксируют как землетрясения.