Тектонику проверили атомным микроскопом

Используя атомно-силовой микроскоп – сканирующий зондовый микроскоп, позволяющий отслеживать рельеф поверхности с разрешением вплоть до атомных размеров – объединенная команда физиков и геологов США сумела разобраться в том, какие процессы приводят при землетрясениях к высвобождению порой самой разрушительной энергии.

Эффект, приводящий к ее накоплению, был известен давно. Это так называемое "фрикционное старение", при котором сила трения скольжения между двумя прижатыми друг к другу плоскостями со временем возрастает. Могло быть две причины, вызывающие такое старение: увеличение количества точек контакта и рост силы сцепления в этих точках за счет появления новых химических связей, т.н. рост качества контакта.

Ученые решили проверить тектонический мегапроцесс на микроуровне. Они прижимали тончайший кремниевый наконечник своего микроскопа к кремниевой поверхности и, выдержав некоторое время, протаскивали его вдоль этой поверхности, измеряя при этом силу трения. Оказалось, что с увеличением времени выдержки сила трения возрастает очень существенно, причем ее рост имеет логарифмический характер – сначала она растет очень быстро, но примерно в течение ста секунд рост начинает замедляться, стремясь к насыщению. Это и понятно - в точке контакта может быть установлено конечное число химических связей, и когда это произойдет, "старение трения" остановится. Тот же эксперимент с графитовой и алмазной плоскостями увеличения "качества контакта" почти не вызвал – углерод с кремнием химических связей не образует. Так что если бы тектонические плиты Земли были алмазными, землетрясения были бы куда менее разрушительными.

Ранее было доказано, что во фрикционное старение вносит свой вклад и увеличение количества контактов. Похоже, что заправляет здесь всем все-таки качество, а не количество, однако ученые пока не могут сказать наверняка, какая из этих причин является определяющей – для этого нужны еще эксперименты с условиями, близкими к тем, которые возникают в недрах Земли.