Кварц под давлением: новый взгляд на прочность земной коры
Считается, что кварц играет ключевую роль в определении механической прочности континентальной коры Земли, однако измерение его прочности при высоких давлениях и температурах долгое время оставалось сложной задачей.
В новом исследовании Медина и его коллеги [2026] деформировали поликристаллический α-кварц в условиях давления и температуры, характерных для земной коры, одновременно напрямую отслеживая напряжение внутри образца с помощью синхротронного рентгеновского дифракционного анализа. В отличие от традиционных экспериментов, которые полагаются на измерения внешней нагрузки, этот подход позволяет рассчитать напряжение по деформации кристаллической решетки самого кварца, что позволяет избежать давних неопределенностей, связанных с корректировкой на трение.
Результаты показывают, что прочность кварца закономерно изменяется с температурой: при температурах ниже 800°C пластичность контролируется сопротивлением кристаллической решетки, а при более высоких температурах начинает доминировать дислокационная ползучесть.
Примечательно, что новые измерения в целом согласуются с классическими экспериментами по деформации, несмотря на использование совершенно разных методик. Полученные данные также демонстрируют слабую зависимость прочности от давления в исследованном диапазоне условий, что позволяет предположить, что именно температура играет главенствующую роль в контроле прочности кварца в большей части коры. Эти выводы создают более надежную экспериментальную основу для реологических законов (уравнений состояния), используемых при моделировании деформации коры, землетрясений и процессов горообразования.
Полученные результаты имеют фундаментальное значение для геодинамики. Традиционные модели прочности литосферы, основанные на экстраполяции данных, полученных при низких температурах, часто содержали значительные погрешности. Новые данные Медины и его коллег позволяют уточнить эти модели, особенно для средне- и нижнекоровых глубин, где температура играет решающую роль.
Отсутствие сильной зависимости прочности кварца от давления в изученном диапазоне подтверждает гипотезу о том, что реология континентальной коры в первую очередь термоактивируема. Это означает, что вариации теплового потока и геотермического градиента будут оказывать гораздо более сильное влияние на прочность коры и, следовательно, на характер ее деформации (хрупкое разрушение или пластическое течение), чем изменения литостатического давления. В перспективе это позволит геофизикам и геологам более точно прогнозировать поведение коры в зонах субдукции, коллизионных поясах и рифтовых зонах, где температура может значительно варьироваться на относительно небольших глубинах.
