Усередині активного розлому знайдено дивну речовину: вирішує давню геологічну загадку
Учені вивчали один із найактивніших розломів у світі та дійшли висновку, що в ньому ховається розгадка однієї з найдавніших геологічних загадок у світі.
Система розломів Атоцугава проходить через гори центральної Японії. У 1858 році вона викликала землетрус магнітудою 7 — подія, що свідчить про сильний розлом. Однак відтоді більша частина системи залишалася напрочуд спокійною, що робило систему неймовірно загадковою, пише Фокус.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
У минулому вчені думали, що їм уже вдалося розгадати, чому один із найактивніших розломів Японії майже ніколи не спричиняє землетрусів. Знаменитий мінерал графіт, що міститься в грифелі олівця, вистилає внутрішню поверхню розлому і підтримує низький рівень тертя. Спочатку це здавалося простим поясненням.
Однак те, що команда виявила при більш уважному вивченні, повністю змінило картину. Команда виявила, що в подрібненій породі розлому ховалося щось, чого раніше ніколи не знаходили в природних розломах. Мова про настільки слизький матеріал, що порівняно з ним грифель олівця здається шорстким.
За словами провідного автора дослідження Томої Шимади з Університету Тохоку, у новому аналізі вони з колегами хотіли з'ясувати, що насправді стримує очікувані коливання. Відомо, що розлом зміщується поступово, а не розривається звичайним чином — геологи називають цей повільний, стійкий рух "повзучістю розлому".
Під час дослідження вчені відібрали зразки з шести ділянок уздовж розлому Атоцугава і пов'язаного з ним розлому Мозумі-Сукенобе. У результаті їм вдалося зібрати подрібнену пасту з подрібненої породи, яка вистилає зону розлому, — матеріал, відомий як розломна брекчія.
Усередині цієї брекчії вони провели три високоточні аналізи: хімічна дактилоскопія з двома видами спектроскопії та електронну мікроскопію, досить тонку для отримання зображень окремих атомів. Отримані результати не були близькі ні до чого з того, що було виявлено раніше в активному розломі.
За словами команди, всередині крихітних тріщин, що проходять через розлом, дослідники виявили одношарові листи оксиду графена — атомарно тонкого вуглецевого матеріалу. Зазначимо, що вчені часто синтезують його в лабораторіях для створення передових батарей і покриттів із низьким коефіцієнтом тертя.
Автори зазначають, що до цього моменту ніхто не повідомляв про його природне утворення всередині активного розлому. Листи були крихітними, розміром всього від трьох до десяти нанометрів. Дані також вказують на те, що вони розташовувалися в місцях, де розлом фактично зміщувався, уздовж мікротріщин, які проходять через частинки розлому і по їхніх краях.
Ще більш цікавим виявилося те, що кожен лист має товщину приблизно в один атом вуглецю. Саме тут відкриття переходить від цікавості до чогось, що може змінити поведінку розлому. Відомо, що оксид графена має надзвичайну слизькість. Наприклад, у лабораторних дослідженнях типові породи мають коефіцієнт тертя близько 0,6-0,85, що означає, що поверхні сильно зчіплюються одна з одною.
При цьому коефіцієнт тертя оксиду становить близько 0,01. Навіть чистий графіт, м'який вуглець, який використовується в олівцях, має коефіцієнт тертя близько 0,1, що в десять разів більше, ніж у нового матеріалу.
Автори вважають, що пояснення криється в хімічному складі: на плоских поверхнях цих шарів знаходяться гідроксильні групи, кожна з яких являє собою пов'язану киснево-водневу мітку. Ці групи прикріплюються до молекул води, захоплених у породі, і ця зв'язана вода діє як власне крихітне мастило. Усе це дає змогу вуглецевим шарам легко ковзати між більш твердими мінеральними зернами. Простими словами, злежування відбувається на вуглецевій плівці, а не між самими породами.
Аналіз також показав, що оксид графену не витримує високих температур: наприклад, при температурі, вищій за приблизно 198 °C, ці киснево-водневі зв'язки розриваються. У результаті структура руйнується, а змащувальні властивості зникають. Таким чином, за словами вчених, існує певна межа глибини, де може існувати спокійна ділянка розлому.
До цього дослідження основне пояснення повзучості системи Атоцугава було зосереджено виключно на графіті. Однак тепер учені з'ясували, що графіт справді допомагає змащувати дефекти, але його коефіцієнт тертя вдесятеро вищий, ніж в оксиду графена, і він так і не зміг повністю пояснити, чому дефект не виявляв ознак несправності.
Але тепер, виявлення матеріалу, зазвичай використовуваного для високотехнологічних покриттів, всередині активного розлому відкриває нові перспективи. Вчені вважають, що виявлення матеріалу, зазвичай використовуваного для високотехнологічних покриттів, всередині активного розлому відкриває нові перспективи.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, що не діяв 40 млн років, але почав прокидатися: стародавній розлом струсоне Землю.
Раніше Фокус писав про те, що унікальна можливість вивчити гігантську тріщину Землі: витягнуто рідкісні зразки керна.
Під час написання використовували матеріали Nature Communications, Earth.com.