dV=dxdydz (2)
в условиях одноосного напряжения (растяжения-сжатия) образца Рис.1. На образец действует сила σxdydz . Эта сила совершает работу на перемещении εxdx . При увеличении напряжения от нулевого уровня до значения σxсоответствующая деформация в силу закона Гука также увеличивается от нуля до значения εx, а работа пропорциональна будет равна:
dА = 0.5σx εxdV (3)
В силу закона сохранения энергии это и будет потенциальная энергия, накапливаемая в процессе деформаций элементарным объёмом горного массива:
dА=dU=0.5σxεxdV (4)
Величина
Ф=dU / dV (5)
есть удельная потенциальная энергия деформации, имеющей физический смысл потенциальной энергии, накопленной в единице объема тела.
Рис.1 Расчетная схема энергии деформации σxdydz
В Связи с тем, что элементарный объём dV=dxdydz находится в массиве и не имеет плоскостей свободы, то любое одноосное нагружение мы можем рассматривать, как объёмное, которое, в свою очередь можно разделить на два состояния, в одном из которых изменяется элементарный объём, а в другом - форма. В связи с этим выделяют потенциальную энергию изменения объёма и потенциальную энергию изменения формы. Так, как наш элементарный объём находится в массиве, то никакого изменения объёма и изменения формы произойти не может, то есть εx= 0, следовательно
dА=dU=0.5σxх 0 хdV= 0 (6)
То есть, потенциальная энергия, накапливаемая в процессе деформации, как и удельная энергия деформации равны 0:
Ф=dU / dV = 0 (7)
А это означает, что горный массив при неизменном объёме и форме физически не может накапливать энергию упругих деформаций. Следовательно, абсолютно все теории, построенные на ошибочном выводе Рейда- Рихтера о накоплении горным массивом энергии деформаций несостоятельны и вредны. Именно эта грубейшая ошибка завела сейсмологию в глухой тупик, из которого учёные не могут найти выход вот уже многие десятилетия, год за годом наматывая теоретические круги вокруг гипотез Резиновой отдачи и Зацепов. Это ошибка хорошо и отчётливо видна и становится очевидной на примере воздействия на земную кору лунных приливов и отливов. Вне всякого сомнения, если бы горные массивы физически могли накапливать энергию деформаций, как утверждают многочисленные сторонники теории резиновой отдачи, то лунные приливы, заставляющие дважды в сутки регулярно "дышать" земную кору, за несколько лет так бы "накачали" породы земной коры энергией этих "вздохов", что нашему миру пришлось бы существовать при постоянных катастрофических землетрясениях. С другой стороны, влияние Земли на Луну намного интенсивнее и хватило бы всего несколько лет "накачки", чтобы разорвать Луну накопленной потенциальной энергией земных приливов. И это ещё не всё. Для полноты картины следует прибавить сюда "накачку" приливной энергии от силы притяжения Солнца. Последнее, что хотелось бы отметить по поводу накопления энергии деформаций массивом - это знаменитые горизонтальные и вертикальные "Зацепы" тектонических плит и блоков, о которых всегда и во всех гипотезах упоминают приверженцы Рейда - Рихтера как об основном источнике аккумулирования энергии землетрясений. Согласно прочностным характеристикам горных пород, кварц является одной из прочнейших пород с пределом прочности на сжатие около 500 Мпа. Возникает закономерный вопрос - как можно соотнести порог разрушения прочного кварца каких-то 500 Мпа с давлением в горном массиве в месте соприкосновения тектонических плит и блоков, достигающего величин нескольких ГПа? То есть, давления образования алмазов и давления, способного легко "выпучивать" из земной коры горные системы типа Гималаев и достигать величин в миллионы раз больше предельного порога разрушения любой породы? Очевидно, что в момент контакта поверхности соприкосновения тектонических плит всевозможные "Зацепы" будут мгновенно превращены в молекулярные обломки пород с выделением и рассеиванием энергии деформации в виде тепла и энергии процесса метаморфизма, который вызовет глубокие изменения в структуре окружающих пород. Под воздействием давления контактируемых поверхностей на фоне разрушения слоев горных пород происходит, и будет происходить их кристаллизация и перекристаллизация с последующим накоплением в зоне контакта этого вновь и вновь новообразующегося материала в течение длительных геологических периодов. Процесс непрерывного накопления метаморфических пород в зоне контакта тектонических плит выливается в процесс деформационного пучения земной коры. То есть, в земной коре происходит непрекращающийся ни на секунду процесс горообразования, который в свою очередь, продолжается последующим тектогенезом: процессом пластической деформации слоёв горного массива без нарушения их сплошности и приводящему к возникновению в горном массиве изгибов массы пород разных масштабов и форм. Например, это могут быть различного рода складки, волнистость, синклинали, антиклинали и т.д. Следовательно, говоря о движении и столкновении тектонических плит или отдельных блоков земной коры, как источнике землетрясений, мы ни в коем случае не можем говорить об упругих деформациях. И, тем более, мы не имеем права говорить о накоплении деформационной энергии горным массивом, ибо при высокоэнергетическом взаимодействии тектонических плит и блоков горного массива все деформации являются пластическими, и большая часть механической энергии этих деформаций рассеивается и расходуется за короткий промежуток времени на процессы горообразования. Мы полагаем, что сложившиеся стереотипы существующих гипотез аккумулирования массивом энергии деформаций и огромная инерционность мышления исследователей подвижек земной коры остаётся главным препятствием решения и понимания вопроса, откуда, каким образом и в какой форме горный массив черпает энергию, способную совершать работу по созданию сейсмического или горного ударов. Суммируя опыт наблюдений за землетрясениями, горными ударами и внезапными выбросами, можно с уверенностью сказать, что энергия подземных толчков образуется при изменении горного давления в массиве и многократного перехода кинетической энергии в потенциальную и, наоборот, в результате механо-электро-магнитических явлений в массиве и перехода одних форм энергии в другие. Чтобы наглядно объяснить, как образуется энергия землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов, предлагаем рассмотреть несколько примеров. Как мы выяснили выше, кинетическая энергия покоящегося массива всегда близка к нулю и возникает только в момент молекулярно-структурных перестроек массива при переходе потенциальной энергии его объёмного сжатия в кинетическую энергию движения электронов пород горного массива. Значит, мы можем констатировать важный вывод, что стартом и движущей силой любого землетрясения, горного удара и внезапного выброса служит только потенциальная энергия горного давления. Но, при стабильном состоянии горного массива, подчёркиваем - при стабильном состоянии, его потенциальная энергия, как и кинетическая, находится на минимуме (близка к нулю). Значит, мы можем констатировать следующий и окончательный вывод: стартом и движущей силой любого землетрясения, горного удара и внезапного выброса служит потенциальная энергия горного давления потерявшего устойчивость массива. Как мы знаем, потенциальная энергия системы (массива) описывается его взаимодействием с некоторым полем в некоторой точке и зависит от трех факторов: напряженности поля, координаты, описывающей точку, в которой находится массив и способности массива воспринять данное поле. Эта способность массива воспринять данное поле является важнейшей характеристикой тела, которая и объясняет, откуда в горном массиве появляется энергия сейсмического удара и которая объясняет всю суть процесса подвижек земной коры. Именно в способности массива воспринимать электромагнитное поле заключено решение образования энергии землетрясений и построена теория Деформационного взрыва, суть которого заключена в следующем и весьма простом положении: Если в массиве нет электрического заряда q, то есть если он равен нулю, электрическое поле "не существует" для данного участка массива и его энергия равна нулю или близка к нему. Это верно и для магнитного поля. Если у массива нет магнитного момента, он не будет реагировать на магнитное поле и энергия массива будет также близка к нулю. Всё это легко понять, представив вместо элементарного объёма горного массива бочку с порохом, которая находится в пороховом погребе и энергия которой равна минимуму и мало отличается от нуля. Как бы мы не пытались сообщить ей дополнительную энергию, долго катая бочку по трюму, как бы ни сталкивали её с другими бочками, как бы ни нагружали её, помещая под другие бочки, вплоть до её механического разрушения, энергия системы бочка + порох будет близка к нулю и не повысится ни на Джоуль. Следовательно, ни о каком накоплении энергии бочкой, которая может реализоваться взрывом, говорить не приходится. Но стоит поднести маленькую искру с энергией в десятые и даже сотые доли Джоуля к пороху и система выделит такое количество энергии, что её хватит, чтобы разворотить пороховой погреб. То есть, не мифическая энергия деформации стенок бочки и всей системы бочка+порох, а тепловой заряд даст старт целому ряду химических реакций и превращений, которые выделят при этом энергию взрыва пороха. Тоже происходит и при землетрясении, когда не накопленная мифическая энергия деформаций горного массива, а электрический заряд в горном массиве даёт старт целому ряду механо-электромагнитных и химических явлений и превращений, в результате которых выделится энергия подземных толчков, горных ударов и внезапных выбросов. В последние годы учёные, разочарованные отсутствием результатов по исследованиям сейсмических процессов предположили, что механизм землетрясений не лежит в основании одного физического явления, а представляет собой сложнейший многоступенчатый механизм на основе различных по природе физических явлений [7]. Похожие подозрения высказал известный новозеландский сейсмолог Д. Эйби, который заявил, что возможно большая часть энергии землетрясения высвобождается не от разрядки упругих напряжений массива, а от чего-то другого, а всё остальное только формы сейсмической активности [8]. То есть, учёные, наконец-то, допустили, что не только энергия упругих деформаций является причиной землетрясений, но и другие виды энергий ответственны за происхождение подземных толчков, т.е. комбинация различных по природе факторов и явлений. В работах [9,10,11] именно комбинациями механизмов образования и реализации энергии горного массива дано объяснение природы землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов в шахтах.