Граница хрупкости и пластичности: как рождение кристаллических дефектов рождает звук
Деформация материалов земной коры может происходить либо «хрупким» способом, посредством распространения трещин, излучающих упругие волны, либо за счёт «внутрикристаллической пластичности» — движения дефектов кристаллической решётки, которое традиционно считается практически бесшумным (асесмичным). Однако в так называемой «зоне хрупко-пластического перехода» эти механизмы сосуществуют. Более того, теоретически, если движение кристаллических дефектов происходит достаточно быстро и сопровождается высвобождением напряжения, оно также может генерировать упругие волны.
Исследовательская группа О’Гаффари и др. (2026) впервые провела эксперименты, в которых оптические, механические и акустические измерения выполнялись одновременно в процессе распространения внутрикристаллических дефектов (границ двойникования) в монокристаллах кальцита. Высокоскоростная съёмка с частотой до 12 500 кадров в секунду была совмещена с работой множественных ультразвуковых датчиков, регистрирующих до 50 миллионов отсчётов в секунду. Такой подход позволил детально отследить процессы деформации в невероятно широком диапазоне пространственных и временных масштабов.
В ходе экспериментов удалось зафиксировать эволюцию как хрупких микротрещин, так и пластических двойников по мере их распространения в кристалле. Прямое сопоставление видеопоследовательностей и акустических записей наглядно продемонстрировало, что эти два механизма деформации порождают принципиально различные ультразвуковые сигналы. В частности, тонкие различия в характеристиках формы волны напрямую связаны с физической природой источника дефекта. Это различие предоставляет принципиально новую основу для разделения сигналов хрупкой и пластической деформации в данных акустической эмиссии.
Результаты имеют фундаментальное значение для лабораторных исследований и интерпретации данных акустического мониторинга в геологии и материаловедении. Традиционная сейсмология, фокусирующаяся на хрупких разломах, может недооценивать вклад пластических процессов в общий «звуковой ландшафт» недр. Новый метод позволяет «услышать» и идентифицировать ранее неразличимые процессы постепенной пластической перестройки кристаллической структуры под нагрузкой. Это открывает путь к переосмыслению механизмов деформации в ключевых геологических областях, таких как зоны субдукции, основания ледников или область вокруг нагнетательных скважин при геотехнических работах.
В перспективе данная методика может быть применена не только к кальциту, но и к другим полухрупким материалам, таким как кварц, полевой шпат или даже некоторые виды керамики и композитов. Понимание акустической «подписи» пластических дефектов позволит создавать более точные прогностические модели разрушения конструкций и геологических сред. Это исследование стирает чёткую границу между «шумной» хрупкостью и «тихой» пластичностью, показывая, что мир кристаллических деформаций гораздо более «разговорчив», чем считалось ранее.
