Felfriktion
Felfriktion beskriver förhållandet mellan friktion och felmekanik . Bergbrott och tillhörande jordbävningar är mycket en fraktal operation (se Karakteristisk jordbävning ) . Processen förblir skalinvariant ner till den minsta kristallen . Sålunda är beteendet hos massiva jordbävningar beroende av egenskaperna hos enskilda molekylära oregelbundenheter eller ojämnheter.
Om två rena nano-asperiteter förs samman i ett vakuum , kommer en kall svets att resultera. Det vill säga, kristallspetsarna kommer att smälta ihop som om en ( kohesion ). I naturen är dessa tips faktiskt täckta med en tunn film av främmande material. Den överlägset viktigaste komponenten i denna film är vatten .
Om detta vatten avlägsnas, genom extrem torkning, beter sig bergmineralerna inte alls som förväntat: de uppvisar ingen felläkning eller dynamisk friktion. Hela jordbävningens beteende beror på mycket tunna filmer.
Efter en stor jordbävning startar en process som kallas felläkning . Detta är ett väl demonstrerat fenomen som involverar en långsam ökning av den statiska friktionskoefficienten . Med vår nanomodell handlar det om att sakta trycka bort skräpet för ett bra sammanhållningsband. Med typiska mineraler och vatten finns det en annan mekanism, varigenom vattnet orsakar spänningskorrosion och försvagning av huvudkroppen (utjämnar ojämnheterna), tillåter mer plastisk deformation och mer kontakt.
Den viktigaste aspekten är att denna bindningsstärkande är tidsberoende. För ett fel som är stressat till punkten av en jordbävning, börjar dessa bindningar att sträcka sig och bryta. De hinner inte läka igen. När det kritiska avståndet har uppnåtts sker en betydande hållfasthetsförlust och felet börjar glida.
Jordbävningar existerar bara för att det finns en mycket stor förlust i friktionshållfasthet. Det kan vara att jordbävningens "skids" är smorda av silikagel, vattnet fungerar som ett standardlagersmörjmedel, eller att det finns en "lyft och separera"-mekanism i arbete.
Effekt av vätskor
Alla bergarter har en viss grad av porositet , med vissa bergarter som har en mycket högre porositet än andra. Det betyder att det mellan bergets enskilda korn finns små porer som kan fyllas med en gas (oftast luft) eller en vätska. Den vanligaste porvätskan är vatten, och närvaron av vatten kan variera friktionen på ett fel i stor utsträckning. När vatten ackumuleras i porutrymmet i en stenkropp runt ett förkastning, ökar trycket inuti porerna. På gränssnittet av ett för närvarande stabilt fel har en ökning av portrycket effekten av att väsentligen trycka isär felet på en mikroskopisk nivå. Denna portrycksökning kan sedan minska ytarean av de individuella sprickorna i kontakt med förkastningen, vilket gör att de sedan spricker och förkastningen glider. Närvaron av vatten kan dock inte alltid orsaka en minskning av friktionen.
Bergartens påverkan
Bergarten längs en förkastning kan ha stor inverkan på mängden friktionsmotstånd som finns. De flesta kristallina bergarter kommer att ha en mycket högre friktionskoefficient i motsats till sedimentära bergarter, på grund av deras högre kohesion och en större yta av asperiteter. Bergarten styr också vilken effekt vatten kommer att ha på förkastningsfriktionen. Laboratorieexperiment har visat att närvaron av vatten kommer att främja bristning av en förkastning i karbonatstenar (marmor). Dessa experiment visade dock också att i kiselhaltiga bergarter (microgabbro) kan förekomsten av vatten försena eller till och med hämma brottet av ett förkastning. Detta beror på att när ett kiselbärande fel går sönder sker brottet genom "blixtsmältning" (momentan smältning) av asperiteterna. Med andra ord smälter de mikroskopiska kornkontakterna som håller felet på plats omedelbart på grund av höga spänningar. Närvaron av vatten fördröjer denna "blixtsmältning" genom att kyla kontakterna och hålla dem i fast form. I fel genom ett karbonat, uppstår bristningen när dessa ojämnheter upplever en spröd misslyckande. I det här fallet fungerar vattnet som ett smörjmedel som främjar misslyckandet av dessa ojämnheter. Den huvudsakliga styrande faktorn för påverkan av bergarten är inte nödvändigtvis bergets sammansättning, utan ännu viktigare bergets "råhet" vid förkastningsgränsytan.
Felsmörjning (vid fel)
När ett fel börjar glida, är den initiala friktionsvärmen som produceras av felet extremt intensiv. Detta beror på att två stenytor glider mot varandra i hög hastighet och med mycket kraft. Felsmörjning är då det fenomen där friktionen på felytan minskar när den glider, vilket gör det lättare för felet att glida när det gör det. En metod med vilken detta sker är genom friktionssmältning. När ett förkastning glider, gör denna enorma mängd värme att ett tunt lager av sten längs förkastningen smälter. Denna smälta sten (friktionssmälta) kan sedan expandera och arbeta sig in i porerna och defekterna på förkastningsytan. Detta har effekten att utjämna felytan. Du kan tänka på det här som skillnaden mellan att försöka gnugga två bitar sandpapper förbi varandra och sedan göra samma sak med två bitar skrivarpapper. En liknande process kan inträffa om det finns vatten i berget. När förkastningen börjar glida, gör denna snabba temperaturökning nära förkastningen att vattnet i porutrymmet förångas. När vattenångan expanderar gör den att porerna längs förkastningsytan vidgas och skapar därigenom en jämnare yta vid förkastningsgränsytan. Denna process kan faktiskt skapa en "nästan friktionsfri" yta längs förkastningen.
Pseudotakylyter
Felbrott genererar enorma mängder värme, vilket vanligtvis resulterar i friktionssmältning. När en förkastning glider, smetas detta lager av smält sten ut och sprids över förkastningsytan och tvingas in i andra sprickor eller mellanrum som kan finnas i det omgivande berget. Efter att denna smälta sten har svalnat är strukturen den lämnar efter sig känd som en pseudotakylit . Dessa pseudotakyliter kan bildas vid tryck på eller över ungefär 0,7 GPa , vilket motsvarar djupa jordskorpans förkastningar. Deras närvaro kan dock hjälpa till att identifiera platsen för forntida fel som sedan har läkt.
Karner, SL; Marone, C. & Evans, B. (1997). "Laboratoriestudie av felläkning och litifiering i simulerad förkastning under hydrotermiska förhållanden" ( PDF) . Tektonofysik . 277 (1): 41–55. Bibcode : 1997Tectp.277...41K . doi : 10.1016/S0040-1951(97)00077-2 . Arkiverad från originalet (PDF) 2016-03-04.
Byerlee, J. (1978). "Friktion av stenar" (PDF) . Ren och tillämpad geofysik . 116 (4–5): 615–626. Bibcode : 1978PApGe.116..615B . doi : 10.1007/BF00876528 .