تم اكتشاف مبدأ رياضي لتدمير الصخور في روسيا

اكتشف علماء من معهد ديناميكيات الغلاف الجوي ومعهد جيولوجيا رواسب الخام والصخور والمعادن والكيمياء الجيولوجية نمطًا رياضيًا يصف نمو الشقوق في الصخور والتفتت اللاحق للكتل الصخرية. اتضح أن الشظايا الصغيرة التي تتشكل أثناء تدمير الصخور أقل بكثير مما تنبأت به النماذج الكلاسيكية القائمة على مبدأ الكسورية، حسب التقارير. الخدمة الصحفية لـ RAS.

مبدأ كسورية

تلعب الشقوق والعيوب في القشرة الأرضية – التي يتراوح طولها من المجهر إلى آلاف الكيلومترات – دورًا رئيسيًا في هجرة السوائل والغازات: الماء والنفط والسوائل المكونة للخام. إن الفهم الدقيق لكيفية تكسر الصخور إلى أجزاء ذات أحجام مختلفة أمر ضروري لاستكشاف المعادن والتنبؤ بالزلازل.

لفترة طويلة، كان يعتقد أن عملية التكسير تخضع للمبدأ الكسري: مثل شجرة متفرعة، يؤدي كل صدع إلى عدد محدد بدقة من الأصغر. ويترتب على ذلك أنه يجب أن يكون هناك عدد لا حصر له من الشظايا الصغيرة، وعدد قليل للغاية من الشظايا الكبيرة. ومع ذلك، لم يكن هناك دليل إحصائي مباشر لهذا النموذج.

اشتقاق رياضي جديد

قام باحثون روس بدراسة صدع بريمورسكي في منطقة بايكال المتصدع، وهو هيكل كبير يبلغ طوله أكثر من 250 كيلومترًا على طول الشاطئ الغربي لبحيرة بايكال. وعلى الرغم من عمرها الذي يتراوح بين 60 و65 مليون سنة، إلا أن المنطقة تحتفظ بنشاط زلزالي مرتفع. تم جمع عينات الصخور على طول مقطع يبلغ طوله 160 كيلومترًا من الصدع وتم تحليلها على مقاييس مختلفة:

• الشقوق المجهرية في حبيبات الزركون (معدن صلب لا يتفتت، ولكنه يتشقق أثناء التشوهات الزلزالية)؛

• أقسام رقيقة (ألواح شفافة) من الصخور؛

• النتوءات الصخرية بأكملها.

• نماذج التضاريس الرقمية، حيث تظهر شقوق يبلغ طولها عشرات الكيلومترات.

وباستخدام الشبكات العصبية على آلاف الصور، حدد العلماء حدود الشقوق وأحجامها، وبعد ذلك حددت الخوارزمية المناطق المغلقة – الأجزاء المستقبلية التي يمكن أن تتفكك فيها الصخور. وباستخدام أساليب الإحصاء الرياضي، تحققنا من القانون النظري الذي يصف توزيع حجم هذه الأجزاء.

اتضح أن توزيع أحجام الشظايا لا يطيع مبدأ كسورية. هناك شظايا صغيرة أقل بكثير مما يتوقعه النموذج الكلاسيكي. يتم الحفاظ على الخاصية العالمية على جميع المقاييس التي تمت دراستها، من أجزاء المليمتر إلى عشرات الكيلومترات. فيفي البداية، تبين أن تدمير الصخور يخضع لقانون عالمي آخر، يختلف عن الكسورية.

النموذج الرياضي المقترح سيجعل من الممكن التنبؤ بشكل أكثر دقة سلوك الصدوع وحدوث الزلازل وكذلك الخصائص الهيدرولوجية للصخور في مناطق التعدين – القدرة على تمرير الماء والزيت والسوائل. في المستقبل، يخطط العلماء لإنشاء نموذج هيكلي لمنطقة كبيرة بناءً على القانون المعمول به ودراسة نظامها الزلزالي عدديًا.