Принято считать, что любые тектонические разломы в земной коре — это постоянный источник смертельной опасности, способный в любой момент породить мощные подземные толчки. Геологи долгое время пытались разгадать загадку системы разломов Атоцугава, которая пролегает через живописные горы в самом центре Японии. Еще в 1858 году там произошло страшное землетрясение магнитудой 7,0. По всем законам физики, такое событие должно было превратить эту зону в кипящий котел постоянной сейсмической активности. Однако с тех пор разлом ведет себя поразительно спокойно.
Чувствительные сейсмографы фиксируют, что на глубине до восьми километров земная кора плавно и беззвучно смещается, не вызывая никаких разрушительных вибраций. Специфический феномен плавного движения геологи называют ползучестью разлома. Изначально исследователи списали все на обычный графит, который содержится в стержне любого карандаша. Ученые полагали, что мягкий минерал просто выстилает трещины изнутри и снижает трение. Ответ дал детальный анализ скрытой под горами измельченной породы. Результат опубликовали в журнале Nature Communications. Ранее ученые вызвали в Альпах 8000 контролируемых землетрясений.
Уникальный материал
Группа исследователей под руководством Томоя Симады из Университета Тохоку (Япония) организовала экспедицию и собрала образцы тектонической брекчии — раздробленной каменной крошки — в шести разных точках разлома. Ученые применили световую спектроскопию и мощные электронные микроскопы, которые способны разглядеть даже отдельные атомы.
Геологи впервые в истории обнаружили в дикой природе оксид графена — углеродный материал толщиной всего в один атом. Обычно люди с большим трудом синтезируют его в лабораториях ради создания суперсовременных аккумуляторов и новейших промышленных покрытий против трения. Крошечные нанопластинки размером от трех до десяти нанометров аккуратно выстилали именно те края камней, по которым происходило смещение плит.
Щит против подземных ударов
Оксид графена обладает феноменальной скользкостью. Если у обычных сухих горных пород коэффициент трения в лаборатории колеблется от 0,6 до 0,85, то у природного оксида графена этот показатель падает до 0,01. Это в десять раз меньше, чем у чистого графита. Секрет кроется в уникальной химии: на плоских углеродных листах присутствуют гидроксильные группы из связанных атомов кислорода и водорода. Они притягивают к себе молекулы подземной влаги. Эта связанная вода превращается в идеальную наносмазку. Плиты скользят не друг о друга, а буквально катаются по тончайшей водяной пленке.
Интересно, что эта природная смазка работает как самовосстанавливающийся механизм. Профессор Хироюки Нагахама пояснил, что само тектоническое давление и сдвиги запускают подземные химические реакции, которые превращают обычный углерод в скользкие нанослои. Проще говоря, чем сильнее плиты давят друг на друга, тем больше смазки они сами для себя производят.
Однако у этого чудо-материала есть слабое место: он боится сильного жара. При температуре выше 198 градусов Цельсия водородные связи мгновенно рушатся, структура распадается, а все защитные свойства исчезают. В системе Атоцугава такая температурная отметка достигается как раз на глубине около восьми километров. Именно там, где из-за жары исчезает оксид графена, тихая зона резко заканчивается.
Открытие дает сейсмологам важнейшую химическую подсказку. Теперь ученые смогут гораздо точнее предсказывать, какие участки земной коры будут двигаться безопасно и бесшумно, а какие продолжат копить опасное напряжение для грядущей катастрофы.
Что делать, если вы оказались в районе землетрясения
Как животные предсказывают землетрясения
Читайте «Мою Планету» в MAX