Microcracks in basalt and tonalite at friction

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The growth rate and size of microcracks formed in the surface layer of basalt and tonalite (granodiorite) at friction are studied using luminescence. It is found that upon breaking of crystal lattices of labradorite and quartz contained in these rocks, triboluminescence signals arise. Each signal corresponds to an embryo microcrack whose surface contains electronically excited free radicals ≡Si-O-, Fe3+ ions, and electron traps. The average growth rate of embryo microcracks in basalt varies from ≈0.6 to ≈1 km/s and in tonalite, from ≈0.7 to ≈1.3 km/s. The sizes of embryo microcracks in basalt range within ≈3 to 5.5 μm and in tonalite from ≈3.5 to ≈ 6.5 μm.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время установлено, что процесс разрушения металлов, полимеров и неорганических кристаллов начинается с рождения, роста и объединения мельчайших трещин с размерами от ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  100 нм до нескольких мкм [Регель и др., 1974; Журков и др., 1981; Черемской и др., 1990; Петров и др., 1993; Бетехтин, Кадомцев, 2005]. Процесс образования и накопления трещин в горных породах был исследован методами акустической эмиссии [Куксенко и др., 1983; Lockner et al., 1992; Lockner, 1993; Соболев, Пономарев, 1999; 2003; Lei, Ma, 2014; и др.]. Эти методы позволяют получить информацию о трещинах, размеры которых сравнимы с длиной упругих волн, и поэтому нечувствительны к трещинам, размеры которых меньше 30 мкм [Веттегрень и др., 2012а; 2016]. По этой причине процесс образования и роста таких микротрещин в горных породах до последнего времени оставался слабо изученным. Перспективным для решения этой проблемы может быть метод регистрации и анализа сигналов люминесценции, возникающей при трении горных пород.

Явление триболюминесценции кристаллических веществ известно c 1600 г., когда Cascariolo V. наблюдал свечение при измельчении барита [Beckman, 1846]. С развитием экспериментальной техники и физических методов исследований началось изучение спектров свечения и кинетики люминесценции [Longchambon, 1925; Абрамова и др., 1998; 1999; Беляев и др., 1962; Веттегрень и др., 2009; Молоцкий, 1983; Chudá č MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFneaaaa@397E@ ek, 1967; Chapman, Walton, 1993; Chandra, Zink, 1980; Hardy, Zink, 1976; Kawaguchi Y., 1995; 1998а; б; Langford et al., 1989; Toyoda et al., 2000; Sweeting, Guido, 1985; Zakrevskii, Shuldiner, 1995]. Было обнаружено, что свечение носит характер внезапных вспышек, возникает на стадии хрупкого разрушения кристаллов при образовании микротрещин и наблюдается у многих минералов, хотя механизм явления остается недостаточно изученным [Мартышев, 1965; Пархоменко, 1968; Пархоменко, Мартышев, 1975; Sage, Bourhill, 2011].

Как показали исследования последних лет [Веттегрень и др., 2011; 2012а; б; 2016; 2017а; б; в; 2018], метод люминесценции позволяет наблюдать образование и рост микротрещин с размерами от одного до нескольких мкм. Цель данной работы – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  исследование скорости роста и определение размеров микротрещин, образующихся при трении базальта и тоналита.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Образец порфировидного, равномерно и мелко-среднезернистого базальта отобран из скважины, пробуренной в области Латур (Махараштра, Индия), с глубины 209 м. Основная масса породы (50 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 60%) образована плагиоклазом основного состава (лабрадор), который представлен мелкими призмочками, иногда таблитчатыми зернами, с характерным размером несколько мкм, беспорядочно расположенными в породе. Между кристаллами плагиоклаза находятся мелкие изометричные скопления агрегатов авгита (до 30% породы). Размеры зерен авгита – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  несколько мкм. Рудный минерал составляет 10% породы и рассеян по всей поверхности шлифа. Бурое вулканическое стекло составляет до 10% породы. Структура основной массы – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  долеритовая.

Второй образец исследованной породы представлен лейкократовым тоналитом, слабо-гнейсовидным, средне-кристаллическим, извлеченным с глубины 614 м. Кристаллы плагиоклаза имеют размер около 600 мкм, имеются полисинтетические двойники. Зерна кварца размером от 100 до 800 мкм и более часто наблюдаются в виде реликтов в плагиоклазе и калиевом полевом шпате. Состав породы: плагиоклаз ряда андезин – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ лабрадор – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  (45 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 50)%; кварц – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  (15 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 20)% в виде ориентированных зерен; калиевый полевой шпат (ортоклаз) – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  (12 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 15)%; хлоритизированный амфибол и биотит (1 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 2)%; акцессорные примеси (апатит, сфен, циркон; титанит) ≈1%. MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUcaaIXaGaaiyjaiaac6ca aaa@41A8@  

Фотографии шлифов представлены на рис. 1 и рис. 2.

 

Рис. 1. Фотография шлифа базальта. Увеличение 10. Призмы плагиоклаза (1) и авгита (2) хаотически расположены в породе.

 

Рис. 2. Фотография шлифа тоналита. Увеличение 5. Кристалл плагиоклаза в центре (1) на контакте с калиевым полевым шпатом (3) в окружении ксеноморфных зерен кварца (2) и чешуек биотита (4).

 

Для исследования механизма и динамики трения из обеих пород были изготовлены диски и стержни. Диски имели толщину 18 мм, с отверстием в центре для посадки на ось электромотора. Диаметр диска из базальта составлял 42 мм, а из тоналита – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  41 мм. Стержни имели длину 45 мм и диаметр 9.5 мм, концы стержней затачивались на точильном круге до диаметра ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  2 мм. Диски закрепляли на оси электромотора, включали его и затем к образующей поверхности диска прижимали стержень из той же породы. Линейная скорость движения образующей поверхности диска из базальта V d ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaWGwbWdamaaBaaaleaapeGaamiz aaWdaeqaaOWdbiabgIKi7caa@41CA@  6.5 м/c, а из тоналита – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  6.3 м/c. В момент касания стержня к диску возникала триболюминесценция (рис. 3). Спектр триболюминесценции регистрировали оптоволоконным спектрометром AvaSpec-ULSi2048 L-USB2 OE.

Ранее выполненные исследования показали, что излучение при трении лежит в видимой области спектра [Веттегрень и др., 2011; 2012а; б; 2016; 2017а; б; в; 2018]. Для регистрации временной изменчивости интенсивности триболюминесценции излучение через кварцевый световод подавалось на поверхность фотоэлектронного умножителя ФЭУ 136, который обладает наибольшей чувствительностью в этой области спектра [Аксененко, Бараночников, 1987]. С выхода ФЭУ сигнал подавался на вход аналогово-цифрового преобразователя АЦП-3112, позволяющего оцифровывать сигнал с разрешением 2 нс. Сигнал с выхода АЦП записывался в память персонального компьютера для дальнейшей обработки и хранения.

 

Рис. 3. Фотография триболюминесценции при трении тоналита – свечение с красноватой каймой в месте контакта стержня (1) и вращающегося диска (2).

 

Чтобы оценить скорость роста микротрещин, нам потребуется определить скорость поперечных упругих волн. Ее измеряли при помощи генератора-приемника ультразвуковых сигналов «Olympus 5072 PR» и пар датчиков P- и S-волн «Panametrics» с собственной частотой 1 МГц, один из которых использовался как излучатель, а второй являлся приемником колебаний. Датчик-источник преобразует импульсный электрический сигнал с выхода генератора в ультразвуковой сигнал, а сигнал с датчика-приемника подается на вход усилителя и далее регистрируется цифровым осциллографом. Датчики располагались на торцах кернов, из которых впоследствии были изготовлены диски. Измерения показали, что скорость поперечной упругой волны для образца базальта составляла 3.3 км/с, а для тоналита 3.9 км/с.

Прежде чем перейти к изложению полученных результатов, нужно отметить, что, если давление стержня на вращающийся диск превышало некоторое критическое значение, определяемое опытным путем для каждой породы, число сигналов люминесценции резко возрастало. В этом случае они налагались друг на друга, что не позволяло исследовать каждый сигнал в отдельности. Опытным путем было найдено, что пригодные для анализа сигналы триболюминесценции наблюдаются, когда давление стержня на диск не превышает 1 МПа. Описанные ниже результаты получены при давлении ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  1 МПа.

ПРИРОДА СИГНАЛОВ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Спектры триболюминесценции, возникающей при трении базальта и тоналита, показаны на рис. 4. Они состоят из нескольких, наложенных друг на друга полос, которые имеют гауссову форму. Это позволяет разложить наблюдаемый спектр на сумму полос и определить энергию их максимумов [Turro et al., 2010].

 

Рис. 4. Спектры излучения при трении базальта (а) и тоналита (б). Пунктир – наблюдаемый спектр, сплошные линии – результат разложения на составные полосы.

 

Максимум 1.6 эВ появляется при релаксации электронного возбуждения в ионах Fe 3+ , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaqGgbGaaeyza8aadaahaaWcbeqa a8qacaaIZaGaey4kaScaaOWdaiaacYcaaaa@4246@  замещающих ионы Si 4+ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaqGtbGaaeyAa8aadaahaaWcbeqa a8qacaaI0aGaey4kaScaaaaa@418F@  в кристаллических ячейках лабрадора [Götze, 2012]. Максимум 2 эВ возникает при релаксации электронного возбуждения радикалов ≡Si− O − , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHHjIUcaqGtbGaaeyAaiabgkHi Tiaab+eapaWaaWbaaSqabeaapeGaeyOeI0caaOGaaiilaaaa@451E@  образующихся при разрывах Si – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ O – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ Si связей в лабрадоре [Götze, 2012]. Максимум 1.38 эВ соответствует излучению при переходе электронов из зоны проводимости лабрадора в ловушки электронов. Как устроены ловушки в лабрадоре, неизвестно. Ими могут являться, например, свободные радикалы – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   O− Si 2+ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaqGpbGaeyOeI0Iaae4uaiaabMga paWaaWbaaSqabeaapeGaaGOmaiabgUcaRaaaaaa@434C@  или ионы Fe 3+ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaqGgbGaaeyza8aadaahaaWcbeqa a8qacaaIZaGaey4kaScaaaaa@417D@  [Huntley et al., 1985; 2007; Trautmann et al., 1999; Baril et al., 2003].

Таким образом, интенсивность сигналов люминесценции при трении базальта и тоналита представляет собой сумму интенсивностей полос, соответствующих возбужденным свободным радикалам ≡Si− O − , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHHjIUcaqGtbGaaeyAaiabgkHi Tiaab+eapaWaaWbaaSqabeaapeGaeyOeI0caaOGaaiilaaaa@451E@  ионам Fe 3+ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaqGgbGaaeyza8aadaahaaWcbeqa a8qacaaIZaGaey4kaScaaaaa@417D@  и ловушкам электронов. Эти радикалы, ионы и ловушки образуются при разрушении кристаллических решеток лабрадора.

Поскольку все указанные радикалы, ионы и ловушки располагаются в поверхностном слое микротрещин [Веттегрень и др., 2011; 2012a; б; 2016; 2017a; 2017б; 2018в; 2018], то интенсивность сигнала триболюминесценции пропорциональна площади их поверхности.

СКОРОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗМЕРЫ МИКРОТРЕЩИН

Фрагменты временных зависимостей интенсивности сигналов люминесценции при трении базальта и тоналита показаны на рис. 5. Они состоят из сотен сигналов длительностью ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  (44 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@ 46) нс (рис. 6). Каждый из них содержит от 4 до 5 наложенных друг на друга максимумов. Это означает, что при трении образуются группы из 4 или 5 микротрещин. Причина появления таких групп микротрещин неясна. Но в настоящее время известно, что при пересечении плоскостей скольжения дислокаций или их выходе на границу кристаллов создаются барьеры, препятствующие их движению. Микротрещины возникают при прорыве таких барьеров [Stroh, 1957; Cottrel, 1964]. Можно предположить, что появление таких групп микротрещин связано с тем, что в кристаллах минералов в базальте и тоналите существует 4 или 5 плоскостей скольжения, при пересечении которых образуются барьеры, прорыв которых ведет к появлению зародышевых микротрещин.

 

Рис. 5. Фрагменты временных зависимостей интенсивности триболюминесценции при трении базальта (а) и тоналита (б).

 

Таблица 1. Скорости роста максимумов люминесценции – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzafaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@3983@  dI/dt и микротрещин – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzafaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@3983@  dL/dt в базальте и тоналите

Порода

 

(dI/dt)min

 

<(dI/dt)>

 

(dI/dt)mах

 

(dL/dt)min

 

<dL/dt>

 

(dL/dt)mах

 

мкВ/нс

 

км/с

 

Базальт

 

12.5

 

21

 

42.5

 

0.6

 

0.8

 

1.1

 

Тоналит

 

2.5

 

4.7

 

7.5

 

0.7

 

1

 

1.3

 

 

Рис. 6. «Одиночный» сигнал люминесценции при трении тоналита.

 

Рассмотрим более подробно временную зависимость интенсивности первого максимума. Она обусловлена временной зависимостью двух противоположных процессов. Первый – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  рост интенсивности триболюминесценции при увеличении площади поверхности микротрещины. Второй – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  затухание интенсивности, которое связано с остановкой роста микротрещины. Оно вызвано конечным временем «жизни» свободных радикалов и ионов в электронно-возбужденном состоянии и заполнением ловушек. Когда скорость роста интенсивности максимальна, вкладом последних двух процессов можно пренебречь [Антонов-Романовский, 1966]. Тогда, дифференцируя начальный участок первого максимума, можно найти максимальную скорость его роста – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   dI/ dt , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaSGbaeaaqaaaaaaaaaWdbiaadsgacaWGjbaapaqa a8qacaWGKbGaamiDaaaapaGaaiilaaaa@426E@  где I – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  интенсивность триболюминесценции, которая пропорциональна скорости роста площади поверхностного слоя микротрещины, а t – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  время.

На рис. 7 показаны распределения dI/ dt , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaSGbaeaaqaaaaaaaaaWdbiaadsgacaWGjbaapaqa a8qacaWGKbGaamiDaaaapaGaaiilaaaa@426E@  а в табл. 1 – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  минимальное – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   ( dI/ dt ) min , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbGaamys aaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacMcadaWgaaWcbaWdbiaab2 gacaqGPbGaaeOBaaWdaeqaaOGaaiilaaaa@46E9@  среднее – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   <( dI/ dt )​> MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacdaGae8hpaWJaiigGcIcadGGyaUGbaeacIbieaaaa aaaaa8qacGGyaoizaiacIb4GjbaapaqaiigGpeGaiigGdsgacGGyao iDaaaapaGaiigGcMcacaaMb8Uae8Npa4daaa@4EE4@  и максимальное – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   ( dI/ dt ) max MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbGaamys aaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacMcadaWgaaWcbaWdbiaab2 gacaqGHbGaaeiEaaWdaeqaaaaa@4631@  значения скорости. Видно, что скорость роста интенсивности, а значит, и скорость роста площади микротрещин, в обеих породах изменяется примерно в три раза.

Оценим скорость роста линейного размера микротрещин – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   dI/ dt . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaSGbaeaaqaaaaaaaaaWdbiaadsgacaWGjbaapaqa a8qacaWGKbGaamiDaaaapaGaaiOlaaaa@4270@  Ее можно вычислить как

       dL/ dt =Q dI/ dt , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qadaWcgaqaaiaadsgacaWGmbaabaGa amizaiaadshaaaGaeyypa0Jaamyua8aadaGcaaqaamaalyaabaGaam izaiaadMeaaeaacaWGKbGaamiDaaaaaSqabaGccaGGSaaaaa@4803@         (1)

где Q – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  коэффициент пропорциональности.

 

Таблица 2. Размеры микротрещин L в базальте и тоналите

Порода

 

Lmin

 

<L>

 

Lmax

 

мкм

 

Базальт

 

3

 

4

 

5.5

 

Тоналит

 

3.5

 

5

 

6.5

 

 

Согласно [Регель и др., 1974] значение предельной скорости роста ( dL/ dt ) lim MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbqcL9va caWGmbaak8aabaWdbiaadsgacaWG0baaa8aacaGGPaWaaSbaaSqaa8 qacaqGSbGaaeyAaiaab2gaa8aabeaaaaa@4708@  микротрещин в твердых телах, полученное опытным путем, составляет ≈1/3 MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUdaWcgaqaaiaaigdaaeaa caaIZaaaaaaa@4120@  скорости поперечной упругой волны. Предположим, что это соотношение справедливо и для лабрадора. Тогда полученные значения dI/ dt MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaSGbaeaaqaaaaaaaaaWdbiaadsgacaWGjbaapaqa a8qacaWGKbGaamiDaaaaaaa@41AF@  можно использовать для грубой оценки скорости роста dL/ dt MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaWaaSGbaeaaqaaaaaaaaaWdbiaadsgacaWGmbaapaqa a8qacaWGKbGaamiDaaaaaaa@41B2@  трещин в базальте и тоналите. Полученные предельные значения скорости роста сигналов триболюминесценции ( dI/ dt ) max MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbGaamys aaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacMcadaWgaaWcbaWdbiaab2 gacaqGHbGaaeiEaaWdaeqaaaaa@4631@  составляют для базальта 42.5 мкВ/нс и для тоналита 7.5 мкВ/нс (рис. 7).

 

Рис. 7. Распределения скоростей dI/dt роста интенсивности максимумов триболюминесценции при трении базальта (а) и тоналита (б).

 

Тогда для базальта имеем следующее уравнение:

1100 нм/нс = Qб (42.5 мкВ/нс)1/2.

Откуда получаем Qб = 169 нм/(мкВ · нс)1/2.

Аналогично для тоналита

1300 нм/нс = Qт (7.5 мкВ/нс)1/2.

И, значит, Qт = 475 нм/(мкВ · нс)1/2.

Знание Qб и Qт позволяет оценить согласно рис. 7 по формуле (1) значения скорости роста микротрещин в базальте и тоналите. В табл. 1 приведены оценочные значения минимальной ( dL/ dt ) min , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbGaamit aaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacMcadaWgaaWcbaWdbiaab2 gacaqGPbGaaeOBaaWdaeqaaOGaaiilaaaa@46EC@  средней <( dL/ dt )​> MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacdaGae8hpaWJaiigGcIcadGGyaUGbaeacIbieaaaa aaaaa8qacGGyaoizaiacIb4GmbaapaqaiigGpeGaiigGdsgacGGyao iDaaaapaGaiigGcMcacaaMb8Uae8Npa4daaa@4EE7@  и максимальной ( dL/ dt ) max MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaGaaiikamaalyaabaaeaaaaaaaaa8qacaWGKbGaamit aaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacMcadaWgaaWcbaWdbiaab2 gacaqGHbGaaeiEaaWdaeqaaaaa@4634@  скорости роста трещин в исследованных породах. Видно, что скорость роста трещин в обеих породах изменяется примерно в 1.8 раза.

Чем же вызвана вариация скорости роста микротрещин? Как уже упоминалось, микротрещины создаются при прорыве барьеров, препятствующих движению дислокаций [Stroh, 1957; Cottrel, 1964]. Скорость роста трещин определяется скоростью перехода дислокаций в микротрещину после прорыва барьера. Чем больше число дислокаций в скоплении, тем больше величина локальных напряжений и скорость роста микротрещины. По-видимому, вариация скоростей роста микротрещин отражает вариацию величины барьеров в исследованных породах.

Оценим время роста микротрещин – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  tc. С этой целью проведем касательную к интенсивности, как показано на рис. 6. Продолжим ее до пересечений с осью времени и вертикальной прямой, проведенной через точку с максимальной интенсивностью Im. Тогда отрезок tc на оси времени будет приблизительно равен времени роста интенсивности сигнала люминесценции. Характерное время tc для базальта и тоналита оказалось приблизительно одинаковым и составило ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  5 нс. Размеры микротрещин можно вычислить как L=( dL/ dt ) ·  t c . MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaWGmbGaeyypa0ZdaiaacIcadaWc gaqaa8qacaWGKbGaamitaaWdaeaapeGaamizaiaadshaaaWdaiaacM cacaaMe8+dbiaacElacaaMe8UaamiDa8aadaWgaaWcbaWdbiaadoga a8aabeaak8qacaGGUaaaaa@4C7C@  Найденные таким способом размеры самых мелких – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   L min , MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaWGmbWdamaaBaaaleaapeGaaeyB aiaabMgacaqGUbaapaqabaGcpeGaaeilaaaa@42A2@  средних – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   <L ​> MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaacdaGae8hpaWJaamitaiaaykW7caaMb8Uae8Npa4da aa@43B0@  и самых крупных – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@   L max MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacaWGmbWdamaaBaaaleaapeGaaeyB aiaabggacaqG4baapaqabaaaaa@41DB@  трещин приведены в табл. 2. Из нее следует, что размеры микротрещин в базальте заключены в пределах от ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  3.5 до 5 мкм, а в тоналите – MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFtacaaa@39A3@  от 3.5 до 6.5 мкм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При трении в поверхностном слое базальта и тоналита образуются микротрещины с линейными размерами от ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  3 до ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  7 мкм. Скорость их роста изменяется от ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  0.6 до ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  1 км/с в базальте и от ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  0.7 до ≈ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaeXafv3ySLgzGmvETj2BSbqefm0B 1jxALjhiov2DaebbnrfifHhDYfgasaacHOaM0xg9vrFfpeea0xh9v8 qiW7rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpe pae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGacaGaamaabeqaaq aabaqbaaGcbaaeaaaaaaaaa8qacqGHijYUaaa@3F92@  1.3 км/с в тоналите.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят М.А. Матвеева за петрографическое описание шлифов, М.А. Краснову и Д.Е. Белобородова за измерение скоростей ультразвуковых волн в образцах. З.-Ю.Я. Майбук и А.Ан. Хромов подготовили диски и стержни пород для экспериментов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Данное исследование начиналось в 2018 г. при поддержке грантом РНФ-DST (Индия) № MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFwecaaa@39A7@  16-47-02003 и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaqefeKCPfgBaG qbaKqzGfaeaaaaaaaaa8qacaWFwecaaa@39A7@  16-05-00137) и завершилось в рамках государственных заданий (получение и анализ спектров, описание и интерпретация данных, технические измерения).

×

About the authors

V. I. Vettegren

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Ioffe Physical Technical Institute, Russian Academy of Sciences

Email: avp@ifz.ru
Russian Federation, Moscow; St. Petersburg

A. V. Ponomarev

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: avp@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

R. I. Mamalimov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Ioffe Physical Technical Institute, Russian Academy of Sciences

Email: avp@ifz.ru
Russian Federation, Moscow; St. Petersburg

I. P. Shcherbakov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: avp@ifz.ru
Russian Federation, Moscow

K. Arora

CSIR: National Geophysical Research Institute (NGRI)

Email: avp@ifz.ru
India, Hyderabad-500007, Telangana

D. Srinagesh

CSIR: National Geophysical Research Institute (NGRI)

Email: avp@ifz.ru
India, Hyderabad-500007, Telangana

R. K. Chadha

CSIR: National Geophysical Research Institute (NGRI)

Email: avp@ifz.ru
India, Hyderabad-500007, Telangana

References

  1. Абрамова К.Б., Русаков А.И., Семенов А.А., Щербаков И.П. Люминесценция металлов, возбуждаемая при быстром неразрушающем нагружении // Физика твердого тела. 1998. Т. 40. № 6. С. 957-965.
  2. Абрамова К.Б., Веттегрень В.И., Щербаков И.П., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Механолюминесценция и субмикрорельеф поверхности меди // Журнал технической физики. 1999. Т. 69. Вып. 12. С. 102-104.
  3. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. М.: Радио и связь. 1987. 245 с.
  4. Антонов Романовский В.В. Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров. М.: Наука. 1966. 324 с.
  5. Беляев Л.М., Набатов В.В., Мартышев Ю.Н. О времени свечения в процессах трибо- и кристаллолюминесценции // Кристаллография. 1962. Т. 4. Вып. 7. С. 576-580.
  6. Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г. Эволюция микроскопических трещин и пор в нагруженных твердых телах // Физика твердого тела. 2005. Т. 47. Вып. 5. С. 801- 807.
  7. Веттегрень В.И., Савицкий А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Триболюминесценция полимеров и композитов // Вопросы материаловедения. 2009. Т. 57. № 1. С. 141-145.
  8. Веттегрень В.И., Куксенко В.С., Щербаков И.П. Кинетика эмиссии света, звука и радиоволн из монокристалла кварца после удара по его поверхности // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. Вып. 4. С. 148-151.
  9. Веттегрень В.И., Куксенко В.С., Мамалимов Р.И., Щербаков И.П. Динамика фрактолюминесценции, электромагнитной и акустической эмиссии при ударе по поверхности гранита // Физика Земли. 2012а. № 5. С. 58-63.
  10. Веттегрень В.И., Куксенко В.С., Щербаков И.П. Динамика микротрещин и временные зависимости деформации поверхности гетерогенного тела (гранита) при ударе // Физика твердого тела. 2012б. Т. 54. Вып. 7. С. 1342-1346.
  11. Веттегрень В.И., Куксенко В.С., Щербаков И.П. Механизм и динамика разрушения горных пород под влиянием механического удара и электрического разряда // Физика Земли. 2016. № 5. С. 134-149.
  12. Веттегрень В.И., Соболев Г.А., Пономарев А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Наносекундная динамика разрушения поверхностного слоя гетерогенного нанокристаллического тела (песчаника) при трении // Физика твердого тела. 2017а. Т. 59. С. 931-934.
  13. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Влияние структуры гетерогенного нанокристаллического тела (песчаника) на динамику накопления микротрещин при трении // Физика твердого тела. 2017б. Т. 59. С. 1557-1560.
  14. ВеттегреньВ.И., Пономарев А.В., Щербаков И.П., Мамалимов Р.И. Динамика разрушения гетерогенного тела (кварцевый диорита) при трении // Физика твердого тела. 2017в. Т. 59. С. 2263-2265.
  15. Веттегрень В.И., Пономарев А.В., Arora K., Raza Haris, Мамалимов Р.И., Щербаков И.П., Фокин И.В. Наносекундная динамика разрушения гетерогенных природных тел при трении // Физика твердого тела. 2018. Т. 60. С. 2266-2264.
  16. Журков С.Н., Куксенко В.С., Петров В.А. Физические основы прогнозирования механического разрушения // Докл. АН СССР. 1981. Т. 259. № 6. С. 1350-1353
  17. Молоцкий М.И. Электронные возбуждения при разрушении кристаллов // Изв. Сиб. отделения АН СССР. 1983. № 12. С. 30-40.
  18. Куксенко В.С., Станчиц С.А., Томилин Н.Г. Оценка размеров растущих трещин в области разгрузки по параметрам акустических сигналов // Механика композитных материалов. 1983. № 3. С. 23-28.
  19. Мартышев Ю.Н. Исследование свечения и электризации при деформировании // Кристаллография. 1965. Т. 10. № 2. С. 224-230.
  20. Пархоменко Э.И. Явления электризации в горных породах. М.: Наука. 1968. 256 с.
  21. Пархоменко Э.И., Мартышев Ю.Н. Явления электризации и свечения минералов в процессе деформации и разрушения. Физика очага землетрясений. М.: Наука. 1975. С. 151-159.
  22. Петров В.А., Башкарев А.Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб.: Политехника. 1993. 475 с.
  23. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука. 1974. 560 с.
  24. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Акустическая эмиссия и стадии подготовки разрушения влабораторном эксперименте // Вулканология и сейсмология. 1999. № 4-5. C. 50-62.
  25. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука. 2003. 270 с.
  26. Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твердом теле. М.: Энергоатомиздат. 1990. 376 с.
  27. Baril M.R, Huntley D.J. Infrared stimulated luminescence and phosphorescence spectra of irradiated feldspars // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V. 15. P. 8029-8048.
  28. Beckman J. A History of Inventions, Discoveries, and Origins / Translated by William Johnston. Fourth Edition, Revised by W. Francis and J.W. Griffith. V. 1. L. 1846. 518 p.
  29. Chapman G.N. Walton A.J. Triboluminescence of glasses and quartz // J. Appl. Phys. 1983. V. 54. № 10. P. 5961-5968.
  30. Chandra B.P., Zink J.I. Turboluminescence and dynamics of crystal fracture // Phys. Rev. B: Solid State. 1980. V. 21. P. 816-826.
  31. Chudáček. The kinetics of the triboluminescence of zinc sulphide // J. Czechoslovak J. Phys. B, Jan. 1967. V. 17. Is. 1. P. 34-42.
  32. Cottrell A.H. Theory of Crystal Dislocations. NY.: Gordon and Breach. 1964. 91 p.
  33. Götze J. Application of cathodoluminescence microscopy and spectroscopy in geosciences // Microsc. Microanal. 2012. V. 18. P. 1270-1284.
  34. Hardy G.E., Zink J.I. Triboluminescence and pressure dependence of the photoluminescence of tetrahedral manganese complexes // Inorg. Chem. 1976. V. 15. P. 3061-3065.
  35. Huntley D.J., Godfrey-Smith D.I., Thewalt M.L.W. Optical dating of sediments // Nature. 1985. V. 313. P. 105-107.
  36. Huntley D.J., Baril M.R., Haidar S. Tunneling in plagioclase feldspars // J. Phys. D: Appl. Phys. 2007. V. 40. № 3. P. 900-906.
  37. Kawaguchi Y. Time-resolved fractoluminescence spectra of silica glass in a vacuum and nitrogen atmosphere // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. № 13. P. 9224-9228.
  38. Kawaguchi Y. Fractoluminescence Spectra in Crystalline Quartz // Jpn. J. Appl. Phys. 1998a. V. 37. P. 1892-1896.
  39. Kawaguchi Y. Charged Particle Emission and Luminescence upon Bending Fracture of Granite Jpn // J. Appl. Phys. 1998б. V. 37. P. 3495-3499
  40. Krbetschek M.R., Rieser U. Luminescence spectra of alkali feldspars and plagioclases // Radiation Measurements. 1995. V. 24. P. 473-477.
  41. Langford C., Zhenyi Ma, Dickinson J.T. Photon emission as a probe of chaotic processes accompanying fracture // J. Mater. Res. 1989. V. 4. P. 1272-1279.
  42. Longchambon H. Recherches experimentales sur les phenomenes de triboluminescence et de cristalloluminescence // Bull. Soc. Fr. Miner. 1925. V. 48. P. 130-211.
  43. Sage I., Bourhill G. Triboluminescent materials for structural damage monitoring // J. Materials Chem. 2001. V. 11. № 2. P. 231-245. doi: 10.1039/b007029 g.
  44. Shaocheng Ji., Mainprice D. Natural deformation fabrics of plagioclase: implications for slip systems and seismic anisotropy // Tectonophysics. 1988. V. 147. P. 145-163.
  45. Stroh А.N. Theory of fracture of metals // Proc. Roy. Soc. 1957. V. 6. № 24. P. 418-465.
  46. Toyoda S., Rink W.J., Schwarcz H.P., Rees-Jones J. Crushing effects on TL and OSL on quartz: relevance to fault dating // Radiation Measurements. 2000. V. 32. P. 667-672.
  47. Sweeting L.M., Guido J.L. An improved method for determining. Triboluminescence spectra // J. Lumin. 1985. V. 33. P. 167-173.
  48. Turro N.J., Ramamwrte V., Scaiano J.C. Modern Molecular Photochemistry. Columbia University: University Sci. Press. 2010. 1110 p.
  49. Zakrevskii V.A., Shuldiner A.V. Electron emission and luminescence owing to plastic deformation of ionic crystals // Philosophical Magazine B. 1995. V. 71. № 2. P. 127-138.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Photograph of basalt thin section. Increase 10. Prism of plagioclase (1) and augite (2) are randomly located in the rock.

Download (580KB)
Indexing metadata
2. Fig. 2. Photo of thin section of tonalite. Magnification 5. A plagioclase crystal in the center (1) at the contact with potassium feldspar (3), surrounded by xenomorphic quartz grains (2) and biotite flakes (4).

Download (363KB)
Indexing metadata
3. Fig. 3. Photograph of triboluminescence during friction of tonalite - glow with a reddish border at the point of contact of the rod (1) and the rotating disk (2).

Download (406KB)
Indexing metadata
4. Fig. 4. Radiation spectra during friction of basalt (a) and tonalite (b). The dotted line is the observed spectrum, solid lines are the result of decomposition into composite bands.

Download (323KB)
Indexing metadata
5. Fig. 5. Fragments of the time dependences of the intensity of triboluminescence during friction of basalt (a) and tonalite (b).

Download (206KB)
Indexing metadata
6. Fig. 6. “Single” luminescence signal during friction of tonalite.

Download (95KB)
Indexing metadata
7. Fig. 7. Distributions of the growth rates dI / dt of the intensity of the maxima of triboluminescence during friction of basalt (a) and tonalite (b).

Download (199KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies