Дислокационная ползучесть

Дислокации — нарушение порядка расположения атомов в кристаллической решетке. Все дислокации могут быть представлены в виде суперпозиции двух основных видов: краевых и винтовых дислокаций (рис. 2.16).

Приложенные напряжения приводят к направленному перемещению дислокаций, т.е. к деформации (рис. 2.17).

Дислокационная ползучесть приводит к нелинейному (степенному) характеру зависимости между напряжением и скоростью деформации

где ё — скорость деформации; с = о, — о3 — разность максимального и минимального нормальных напряжений; Т — абсолютная температура; R — газовая постоянная; U — энергия активации; А, п — материальные константы; п = 3—4 (может иметь дробные значения). Лабораторные исследования дают для оливина п = 3, А = = 4,2 • 105 МПа“3 • с-1, U= 523 кДж/моль.

Дислокации в кристаллах

Рис. 2.16. Дислокации в кристаллах:

а — краевая, представляющая собой край атомной полуплоскости, вдвинутой между нормальными атомными плоскостями; б — винтовая возникает тогда, когда атомы «уходят» из плоскости, Ь*— вектор Бюргерса дислокации, необходимый для замыкания контура

Скольжение краевой дислокации под действием сдвиговых

Рис. 2.17. Скольжение краевой дислокации под действием сдвиговых

напряжений:

а, б, в, г — последовательные состояния во времени

По современным оценкам для мантии, при напряжениях ниже КГ2 МПа преобладает диффузионная ползучесть, а при напряжениях выше КГ1 МПа — дислокационная (рис. 2.18).

Вязкость по границам зерен

Вязкость по границам зерен связана с деформированием межзернового пространства по механизму, сходному с механизмом диффузионной ползучести. Она также приводит к линейному соотношению между напряжением и скоростью деформации с коэффициентом вязкости

где Dh коэффициент диффузии по границам зерен.

Зависимость скорости деформации от напряжения для различных температур

Рис. 2.18. Зависимость скорости деформации от напряжения для различных температур: вертикальная линия разделяет области, соответствующие диффузионному и дислокационному механизмам ползучести; наклонные пунктирные линии соответствуют постоянной вязкости в астеносфере и основном объеме мантии (Теркот, Шуберт, 1985. С. 542)

Деформации по границам зерен ограничены предельной величиной

где d — диаметр зерен; 5 — межзерновое расстояние (рис. 2.19). При больших величинах происходит деформация зерен.

К понятию вязкости по границам зерен

Рис. 2.19. К понятию вязкости по границам зерен

Оценки показывают, что вязкость по границам зерен г ., по крайней мере, на 10 порядков меньше вязкости r|g, связанной с деформацией зерен

2.6.5. Особенности реологического поведения Земли

Попробуем объяснить теперь указанные выше особенности (две оценки вязкости) с учетом возможных механизмов вязкости.

1. Быстрые процессы (распространение упругих волн)

где uQ ~ 10-6 м, L ~ 103 м.

Тогда деформация е ~ ~ и0к ~ 1(Г9 « е*.

дх

Таким образом, деформация при распространении сейсмических волн может быть обеспечена межзерновой деформацией. Следовательно, затухание сейсмических волн может определяться вязкостью по границам зерен. В верхних частях Земной коры, где существует открытая пористость и трещиноватость, заполненная флюидом, эффективная вязкость и соответственно затухание сейсмических волн обуславливается вязкостью флюида, движущегося при деформации в поровом пространстве

2. Медленные процессы (тектонические движения).

И

Для постледникового поднятия е ~ ~ КГ4 » в *. При такой де

формации происходит деформирование зерен, и механизм вязкости — диффузионная и/или дислокационная ползучесть с вязкостью rj ~ 10 —1020 Па • с.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >